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ISO/SAE 21434 标准为道路车辆的网络安全提供了一个系统化的框架，涵盖了从概念阶段到退役的整个生命周期。为了更好地理解如何在具体开发目标中应用该标准，本次推文以BMS系统为例作为一个基于具体开发目标的安全工程示例。

【相关项定义具体步骤】

1.相关项架构图绘制

根据车内E/E架构、车内外网络、系统架构图、早期开发文档等输入物，确定相关项边界。通过梳理功能及信号交互，绘制相关项架构图，包括相关项资产、资产间的连接、运行环境、相关项边界。

如图1所示为BMS系统架构图。根据该系统架构图中各个组件的功能、交互信号、交互信号的类型，将系统架构图中具有网络安全属性的资产与交互信号作为《相关项定义》的输入信息。

 

 

图1 MS系统架构图

 

除此之外，可在相关项架构图后加上对敏感数据的备注。敏感数据包括个人隐私数据、密钥）等。

2.相关项资产描述

资产为组件发送的信号和功能模块。信号类型包括通信信号（CAN/CANFD、LIN、以太网等）、串口信号（SPI、IIC等）、PWM、调试信号（JTAG、USB等），功能类型包括MCU固件、CAN收发器、继电器、SPI通信模块、PWM通信模块、ADC采样模块等。

对相关项内资产进行描述，包括资产名称、资产发送的信号名称、发送信号对应的接口类型。

说明：接口类型包括但不限于JTAG、UART、USB等调试接口，CAN、以太网等标定接口，OBD等诊断接口，4G/5G、WIFI、蓝牙、USB、OBD、GNSS、TPMS等无线接口，CAN、LIN、以太网等通讯接口以及硬线接口等。

例如，在BMS的快充充电管理功能中，XX模块采集XX电压信号作为一个相关项资产，可对其进行如下描述：

表1 相关项资产表

3.功能实现逻辑描述

对功能实现的每一步过程，包括该过程中资产间信号的收发进行描述。

以快充充电管理功能中XX向XX发送快充相关信号为例，该部分的功能实现逻辑可以描述为：XX向BMS的CAN收发器发送上高压请求、快充插枪信号以及充电允许信号，CAN收发器将相应CAN信号通过硬线发给MCU。

4.功能逻辑时序图与数据流图绘制

根据功能实现逻辑描述，将基于资产间信号的交互绘制功能逻辑时序图，基于资产间的数据交互关系绘制数据流图。功能逻辑时序图需体现各资产间的信号传递先后顺序和处理逻辑；数据流图需体现该功能所涉及到的所有资产及信号交互关系。以BMS快充充电管理功能为例，其功能逻辑时序图如图3所示，数据流图如图4所示。

 

 

 

 

图2 BMS快充充电管理功能逻辑时序图

 

图3 BMS快充充电管理数据流图

 

 

注意：功能逻辑时序图与数据流图中的各资产交互细节（如资产名称、信号名称、信号交互方向、功能逻辑顺序等），应与相关项架构图保持一致。

【TARA分析具体步骤】

1.资产识别

资产为《相关项定义》中组件发生的信号和功能模块，资产的类别分为Data和Function。资产的网络安全属性包括机密性Confidentiality、完整性Integrity、可用性Availability。

例1：伪造遥控钥匙解锁请求信号，使得车辆在停靠期间被意外解锁，导致车内财物、行车记录仪丢失。这破坏了遥控钥匙解锁请求信号的真实性。

不同接口类型的资产所拥有的网络安全属性不同，具体可参考表2。

表2 资产网络安全属性表

资产接口类型	资产示例说明	网络安全属性	备注
JTAG	具备快充管理功能、热管功能、碰撞断电功能等MCU固件	机密性 完整性 可用性	快充管理功能等MCU固件中包含敏感信息，因此有机密性；通过JTAG接口可以对快充管理功能等MCU固件进行篡改、拒绝、伪造攻击，因此有完整性、可用性、真实性；通过JTAG接口没有权限要求，因此无授权；通过JTAG接口没有否认攻击，因此没有不可抵赖性。

2.损害场景识别

损害场景是指资产的网络安全属性被破坏以后，涉及车辆或车辆功能并影响道路使用者的不良后果，如车辆无法运动、撞到行人、撞到其它车辆、撞到建筑物、车辆使用体验差、车辆起火、发送触电等。

例1：资产为存储在信息娱乐系统中的用户敏感信息，其网络安全属性是机密性。损害场景是指在未征得客户同意的情况下泄露了客户的个人信息，导致信息损失机密性。

具体损害场景库可见下图：

Damage ID	Damage scenario	Impact category								Impact Rating
		S-JUST.	S	F-JUST.	F	O-JUST.	O	P-JUST.	P
D1	车辆无法运动	未造成人身伤害	S0	影响正常运营	F1	车辆无法运行	O3	无隐私泄露风险	P0	Severe

图4 损害场景库举例

3.损害场景影响等级确定

确定损害场景时需要从道路使用者的人身Safety、财产Financial、操作Operational、隐私Privacy这四个方面综合考虑，考虑在不同损害场景下对这四个影响类别造成的严重程度，严重程度等级分为轻微0，中等1、严重2、非常严重3。

例如车辆无法运动的损害场景，未造成人身安全，因此人身安全为S0即Negligible；影响了车辆的运营，因此财产为F1即Moderate；车辆无法运行，因此操作为O3即Severe；无隐私泄露风险，因此隐私为P0即Negligible，取影响等级最严重的等级，所以车辆无法运动的损害场景的影响等级为Severe。

Damage scenario	Impact category								Impact rating
	S-JUST.	S	F-JUST.	F	O-JUST.	O	P-JUST.	P
车辆无法运动	未造成人身伤害	S0	影响正常运营	F1	车辆无法运行	O3	无隐私泄露风险	P0	Severe

图5 损害场景举例

4.威胁场景识别

识别威胁场景时，需要依据资产识别和损害场景的分析结果，针对攻击行为会破坏某个资产的某个网络安全属性进行具体分析，进而分析造成损害场景的潜在威胁。资产的网络安全属性与威胁（参考微软STRIDE威胁模型）的对应关系如下表所示。

表3 资产网络安全属性与威胁模型对应表

资产安全属性 Asset Cybersecurity Properties	威胁模型 （STRIDE）
真实性 Authenticity	伪造 Spoofing
完整性 Integrity	篡改 Tampering
授权 Authority	提升权限 Elevation of Privilege
不可抵赖性 Non-repudiation	否认 Repudiation
机密性 Confidentiality	信息泄漏 Information Disclosure
可用性 Availability	拒绝服务 Denial of Service

在描述威胁场景时，应具体描述资产类型、攻击方法（此处的攻击方法指STRDIE模型中的伪造、篡改、提升权限、否认、信息泄漏、拒绝服务）、攻击路径，列出所有相关项已识别资产涉及到的威胁场景。

不同类型的资产所拥有的网络安全属性不同，对应的攻击方法不同，描述威胁场景时可参考表3。

分析攻击路径时，需结合攻击者的动机与控制器的功能，分析对控制器可能的攻击。可结合控制器功能的数据流图对攻击场景进行分析，识别攻击路径和连接方式。连接方式分为物理（需要破线或拆除车辆零部件后连接）、本地（连接车辆对外暴露接口，如OBD口、充电口）、近程（如蓝牙、WIFI）、远程（如5G）。

例如：从整车角度考虑，BMS对外通信接口均为非对外暴露接口（CAN、SPI、PWM、硬线），因此针对BMS的连接方式均为物理连接。

描述攻击路径时需要按步描述从收集信息到实现威胁的攻击路径，例如：

1）攻击者逆向通信矩阵，校验算法；

2）攻击者伪造有校验（无密钥参与）的通信信息；

3）连接CAN通信接口，发送仍能通过校验的通信信息。

5.攻击可行性等级分析

需针对每一条攻击路径进行攻击可行性分析，可以采用基于攻击潜力的分析方法。

采用基于攻击潜力的分析方法对攻击可行性进行分析时，需要从经历时间Elapsed time、专业知识Expertise、相关项或组件知识Knowledge of the item or component、机会窗口Window of opportunity、设备Equipment这五个参数进行分析，最终取值由以上5个参数累加而成，并根据下表中的映射关系得出攻击可行性，攻击可行性分为Very low、Low、Medium、High4个层级。

表4 攻击可行性映射表

Attack feasibility rating	Explanation	Value
High	The attack path can be accomplished utilizing low effort.	0-9
		10-13
Medium	The attack path can be accomplished utilizing medium effort.	14-19
Low	The attack path can be accomplished utilizing high effort.	20-24
Very low	The attack path can be accomplished utilizing very high effort.	≥25

6.风险等级确定

确定风险等级时，需要根据损害场景的影响等级和威胁场景的攻击可行性来综合判断，具体参考下表。

表5 风险等级表

风险值 Risk Value		攻击可行性 Attack Feasibility
		Very low	Low	Medium	High
影响等级 Impact Rating	Severe	2	3	4	5
	Major	1	2	3	4
	Moderate	1	2	2	3
	Negligible	1	1	1	1

7.确定风险处置决策

在确定风险处置决策后需要定义网络安全目标或声明。如果风险处置决策为Reducing，需要定义网络安全目标。

【网络安全概念具体步骤】

1.网络安全目标描述 Description of Cybersecurity Goals

在TARA分析中确定风险处置决策后，与相关方进行决策并确定导出网络安全目标。

以资产为固件功能的TARA分析举例：当由于攻击者从JTAG调试接口侵入而导致该固件功能的网络安全属性被破坏时，根据TARA分析得出风险处置决策为降低风险，导出的网络安全目标为：确保ECU的JTAG被保护。

表6 网络安全目标表举例

网络安全目标ID	目标描述	CAL
CSG_01	确保ECU的JTAG被保护。	2

2.网络安全机制设计

针对由TARA分析得出的网络安全目标，为网络安全目标设计合适的网络安全机制。应对网络安全机制进行详细描述，包括触发检测机制、响应机制，最终处理结果说明，和涉及的安全资产说明。

以网络安全目标为"确保ECU的JTAG被保护"为例，设计的网络安全机制为：移除JTAG连接器，并为其增加接入密码。该机制涉及到的网络安全资产为：在侵入JTAG调试接口后网络属性被破坏的资产。

表7 网络安全机制表举例

网络安全机制ID	网络安全机制
ID_01	移除JTAG连接器，并为其增加访问密码。

3.网络安全需求分配

针对提出的网络安全机制，进行分模块/部件安全需求设计，明确各组件职责，并关联相关安全目标。首先确保所有的网络安全机制都有对应的需求，同时每个需求都细化到具体的模块/组件，此时不需要区分软硬件需求。对网络安全机制进行拆分时，保证拆分出的各个需求没有重叠或遗漏。每个网络安全需求应与其对应机制的对应网络安全目标相一致，确保需求与目标之间的关联。

以上述网络安全目标和机制为例，根据其设计得到的网络安全需求如下：

表8 网络安全需求表举例

网络安全需求 ID	网络安全需求描述	CSM ID	CAL	模块	CSG ID
CSR_01	MCU应在量产时移除JTAG连接器。	CSM_01	2	MCU	CSG_01

【总结】

通过以上示例，可以看到如何在具体开发目标中应用ISO/SAE 21434标准。该标准提供了一个系统化的方法，帮助开发团队在整个生命周期内管理网络安全风险，确保系统的安全性和可靠性。

另外，这里列出一些芯片厂商分享的车辆通信场景的网络安全需求，也包括车载网络和车到云端的通信安全需求供参考。

 

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