防止中繼攻擊的車輛控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，該被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)被配置成通過分析由安裝在車輛上的多個(gè)天線產(chǎn)生的磁矢量和角度來防止中繼攻擊。提供了包括控制單元的車輛以及扣，控制單元被配置成在扣處于低電力消耗模式的情況下播送用以提示扣上電的喚醒信號(hào)并且通過耦接至車輛的多個(gè)天線發(fā)射信號(hào)，扣被配置成識(shí)別喚醒信號(hào)并且響應(yīng)于識(shí)別出喚醒信號(hào)而生成用于控制單元的響應(yīng)信號(hào)?？郯刂破?，控制器被編程用以：接收從耦接至車輛的該多個(gè)天線中的每個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)；從存儲(chǔ)器中檢索所存儲(chǔ)的恒定值；并且計(jì)算定義了該多個(gè)天線中的每個(gè)天線的相對位置的磁完整性?？刂破髟诖磐暾员话l(fā)現(xiàn)的情況下允許對車輛的訪問，而在磁完整性未被發(fā)現(xiàn)的情況下拒絕對車輛的訪問。
【專利說明】防止中繼攻擊的車輛控制系統(tǒng)
[0001] 對相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年12月3日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/911，225以及2014年1 月4日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/975,447的權(quán)益，這兩個(gè)申請通過引用整體并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 傳統(tǒng)上，已使用物理鑰匙和鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了門訪問和授權(quán)啟動(dòng)車輛如機(jī)動(dòng)車。在這 些系統(tǒng)中，將正確的鑰匙插入到門和點(diǎn)火鎖中使得用戶能夠進(jìn)和駕駛車。
[0004] 然而，近年來，傳統(tǒng)的鑰匙系統(tǒng)已倍增，并且在許多情況下被遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入 (RKE)裝置所取代，在遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入(RKE)裝置中，用戶能夠通過在遠(yuǎn)距離處按壓便攜式 通信裝置如鑰匙扣(key fob)或鑰匙卡上的按鈕來打開他們的機(jī)動(dòng)車。在這些系統(tǒng)中，通常 繼續(xù)由物理鑰匙和鎖系統(tǒng)來提供對駕駛的授權(quán)。然而，在一些情況下，物理按鈕包括用以防 止鑰匙復(fù)制的嵌入式防盜芯片。
[0005] 最近，復(fù)雜的嵌入式電子系統(tǒng)已普遍用于提供訪問和啟動(dòng)功能以及提供寬測距功 能以提高駕駛員的安全性和方便性。這些系統(tǒng)包括被動(dòng)進(jìn)入被動(dòng)啟動(dòng)(PEPS)系統(tǒng)。在PEPS 系統(tǒng)中，便攜式通信裝置如鑰匙扣或卡中的遠(yuǎn)程接收器和發(fā)射器(或收發(fā)器）由用戶攜帶。 便攜式通信裝置在被成功質(zhì)詢時(shí)向車輛內(nèi)的模塊發(fā)射射頻(RF)信號(hào)以執(zhí)行各種遙控車輛 功能如門鎖定/解鎖，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)或激活外部/內(nèi)部照明。被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)包括發(fā)射器 和接收器(或收發(fā)器），其設(shè)置于車輛內(nèi)的電子控制模塊中。收發(fā)器通常與一個(gè)或更多個(gè)裝 置(例如門鎖機(jī)構(gòu))通信，以確定用戶何時(shí)發(fā)起對裝置的驅(qū)動(dòng)請求(例如提升門把手）。
[0006] 當(dāng)檢測到驅(qū)動(dòng)請求時(shí)，則收發(fā)器播送被動(dòng)進(jìn)入詢問信號(hào)。當(dāng)扣(fob)從ECU接收到 詢問信號(hào)時(shí)，便攜式通信裝置確定該詢問信號(hào)是否有效。如果確定詢問信號(hào)是有效信號(hào)，則 扣將包括加密識(shí)別碼或滾動(dòng)識(shí)別碼的輸出信號(hào)自動(dòng)播送至電子控制模塊。此后，電子模塊 確定該輸出信號(hào)的有效性，并且如果該輸出信號(hào)被確定為有效，則生成用于使裝置執(zhí)行操 作(例如門鎖定機(jī)構(gòu)對門進(jìn)行解鎖)的信號(hào)。
[0007] 被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)很容易受到安全威脅如中繼攻擊。當(dāng)?shù)谝槐I賊例如通過提升車門把 手來觸發(fā)對詢問信號(hào)的驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)生中繼攻擊。由于預(yù)期到扣在正提升車門把手的用戶的 附近，所以車輛中的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)播送該詢問信號(hào)。第一盜賊攜帶中繼裝置，該中繼裝置用 于接收該詢問信號(hào)并且將該詢問信號(hào)重新發(fā)射至在具有授權(quán)扣的用戶附近的第二盜賊，其 中授權(quán)扣能夠播送的用于對車輛解鎖的響應(yīng)信號(hào)。所重新發(fā)射的信號(hào)通常是可以與低頻 (LF)信號(hào)完全不同的經(jīng)由長距離被發(fā)射的超高頻信號(hào)。同樣攜帶中繼裝置的第二盜賊接收 來自第一盜賊的UHF信號(hào)。對該信號(hào)進(jìn)行解碼，并且將該信號(hào)作為低頻信號(hào)重新發(fā)射至攜帶 著授權(quán)扣的用戶?？劢邮諄碜缘诙I賊的所重新發(fā)射的信號(hào)并且相應(yīng)地響應(yīng)所接收的詢問 信號(hào)。第二盜賊接收其中具有有效編碼信息的響應(yīng)信號(hào)，并且將該信號(hào)重新發(fā)射至第一盜 賊。第一盜賊接收被驗(yàn)證的響應(yīng)信號(hào)并且將該響應(yīng)信號(hào)發(fā)射至車輛。車輛接收該響應(yīng)信號(hào)、 對該信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證、并且對車門進(jìn)行解鎖。還可以提示PEPS系統(tǒng)允許盜賊啟動(dòng)車輛。本公開 內(nèi)容提供了一種用于防止上述類型的中繼攻擊的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本公開內(nèi)容提供了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，該被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)被配置成 通過分析由安裝在車輛上的多個(gè)天線產(chǎn)生的磁矢量和角度來防止中繼攻擊。在一方面，本 公開內(nèi)容提供了包括控制單元的車輛以及扣，控制單元被配置成在扣處于低電力消耗模式 的情況下播送用以提示扣上電的喚醒信號(hào)并且通過耦接至車輛的多個(gè)天線發(fā)射信號(hào)，扣被 配置成識(shí)別喚醒信號(hào)并且響應(yīng)于識(shí)別出喚醒信號(hào)而生成用于控制單元的響應(yīng)信號(hào)。扣包括 控制器，控制器被編程用以：接收從耦接至車輛的該多個(gè)天線中的每個(gè)天線發(fā)射的信號(hào);從 存儲(chǔ)器中檢索所存儲(chǔ)的恒定值;并且計(jì)算定義了該多個(gè)天線中的每個(gè)天線的相對位置的磁 完整性?？刂破髟诖磐暾员话l(fā)現(xiàn)的情況下允許對車輛的訪問，而在磁完整性未被發(fā)現(xiàn)的 情況下拒絕對車輛的訪問。
[0009] 在另一方面，本公開內(nèi)容提供了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)。該車輛包括： 控制單元，其被配置成在扣處于低電力消耗模式的情況下播送用以提示扣上電的喚醒信號(hào) 并且向耦接至車輛的多個(gè)天線施加驅(qū)動(dòng)電流并且通過多個(gè)天線發(fā)射信號(hào)；以及扣，其被配 置成識(shí)別該喚醒信號(hào)并且響應(yīng)于識(shí)別出喚醒信號(hào)而生成用于控制單元的響應(yīng)信號(hào)?？郯?扣控制器，該扣控制器被編程用以：接收從耦接至車輛的多個(gè)天線中的每個(gè)天線發(fā)射的信 號(hào);計(jì)算由該多個(gè)天線中的至少兩個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)之間的第一角度;接收來自控制單元 的、描述了施加于天線的驅(qū)動(dòng)電流的改變的加密信號(hào)；并且計(jì)算由該多個(gè)天線中的至少兩 個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)之間的第二角度?？刂破鲗⒌谝唤嵌扰c第二角度相比較，并且在第一角 度基本上等于第二角度的情況下拒絕對車輛功能的訪問。
【附圖說明】
[0010] 圖1是具有被動(dòng)啟動(dòng)和進(jìn)入系統(tǒng)(PEPS)的機(jī)動(dòng)車輛的框圖，該P(yáng)EPS被配置成與個(gè) 人通信裝置或令牌通信。
[0011] 圖2是示出中繼攻擊的車輛簡化圖。
[0012] 圖3a是示出兩個(gè)天線系統(tǒng)和相應(yīng)磁場的圖，所述兩個(gè)天線系統(tǒng)包括與鑰匙扣通信 的對應(yīng)于車輛12的天線。
[0013] 圖3b是示出三個(gè)天線系統(tǒng)的等距視圖和由系統(tǒng)中的天線生成的磁場的圖。
[0014] 圖4示出了施加于天線的驅(qū)動(dòng)電流，其中可以改變驅(qū)動(dòng)電流以將車輛與由盜賊操 作的中繼器進(jìn)行區(qū)分。
[0015] 圖5示出了施加于天線的驅(qū)動(dòng)電流的另一實(shí)施方式，其中可以改變驅(qū)動(dòng)電流以將 車輛與由盜賊操作的中繼器進(jìn)行區(qū)分。
[0016] 圖6是車輛和對應(yīng)的扣的俯視圖，示出了車輛上的天線以及與扣對應(yīng)的矢量。
[0017] 圖7是車輛和對應(yīng)的扣的替選俯視圖，示出了車輛上的天線以及與扣對應(yīng)的矢量。
[0018] 圖8是車輛和對應(yīng)的扣的另一俯視圖，示出了車輛上的天線以及與扣對應(yīng)的矢量。
[0019] 圖9是車輛和對應(yīng)的扣的另一俯視圖，示出了車輛上的天線以及與扣對應(yīng)的矢量。
[0020] 圖10是示出用于防止RSA的處理步驟中的一組處理步驟的框圖。
[0021]圖11是示出用于防止RSA的處理步驟中的替選組處理步驟的框圖。
[0022]圖12是車輛和對應(yīng)的扣的另一俯視圖，示出了車輛上的天線以及與扣對應(yīng)的矢 量。
[0023]圖13是示出用于防止RSA的處理步驟中的替選組處理步驟的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 現(xiàn)在參照圖1，示出了具有被動(dòng)啟動(dòng)和進(jìn)入系統(tǒng)(PEPS)的機(jī)動(dòng)車輛12,該被動(dòng)啟動(dòng) 和進(jìn)入系統(tǒng)被配置成與個(gè)人通信裝置或令牌14例如扣、卡裝置等通信。機(jī)動(dòng)車輛12包括內(nèi) 部控制系統(tǒng)，該內(nèi)部控制系統(tǒng)包括與低頻發(fā)射器18電耦接的微控制器16以及高頻接收器20 例如射頻接收器。當(dāng)然，其他配置和布置同樣可行。例如，微控制器16可以與高頻發(fā)射器(未 示出）和/或低頻接收器(未示出）電耦接。應(yīng)當(dāng)理解，本文中的術(shù)語被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)包括該防 盜系統(tǒng)可適用于的被動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)。
[0025]如本文所用，短語"低頻"通常是指在3KHz至300KHZ范圍內(nèi)的頻率。短語"高頻"或 "超高頻"（UHF)通常是指在300MHZ至3GHz范圍內(nèi)的頻率。然而，其他范圍同樣可行。最典型 地在125kHz處發(fā)射低頻信號(hào)，而最典型地在300MHz范圍內(nèi)發(fā)射高頻信號(hào)。
[0026]在圖1所示的實(shí)施方式中，天線22、24和25與低頻發(fā)射器18電耦接。天線26與射頻 接收器20耦接。微控制器16已知天線22、24、25在車輛12內(nèi)的位置。如下面所討論的，可以由 微控制器16和扣14使用該位置信息來確定扣14相對于天線22、24、25的位置。例如，可以將 天線22、24、25分別定位在車輛12的車頂上或附近以及駕駛員側(cè)門和乘客側(cè)車門上或附近。 在其他實(shí)施方式中，除此之外，還可以在整個(gè)車輛上安置另外的天線（以及另外的接收器 和/或發(fā)射器)以監(jiān)視車輛12的另外的區(qū)域如后備箱。
[0027]圖1的微控制器16可以與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)28和門系統(tǒng)30耦接。微控制器16可以控制/監(jiān) 視系統(tǒng)28、30的操作。例如，微控制器16可以響應(yīng)于接收到合適的遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入命令來對 門系統(tǒng)30進(jìn)行鎖定和解鎖。在其他實(shí)施方式中，微控制器16還可以耦接至由PEPS模塊控制/ 監(jiān)視以控制照明系統(tǒng)或氣候控制系統(tǒng)的任何合適的車輛系統(tǒng)。
[0028]在圖1的實(shí)施方式中，扣14包括微控制器32和高頻發(fā)射器36例如射頻發(fā)射器，其中 微控制器32與低頻接收器34電耦接。在其他實(shí)施方式中，微控制器32可以與高頻接收器和/ 或低頻發(fā)射器電耦接。其他配置和布置同樣可行。能量存儲(chǔ)單元37例如電池、電容器等向微 控制器32、低頻接收器34和高頻發(fā)射器36供電。
[0029]低頻接收器34電耦接至三維線圈天線38。射頻發(fā)射器36電耦接至天線40。在其他 實(shí)施方式中，扣14可以包括與遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入功能如門鎖定/解鎖和緊急報(bào)警以及其他功 能相關(guān)的按鈕和/或顯示器(未顯示）。
[0030]在圖1的實(shí)施方式中，扣14的低頻接收器34接收來自車輛12的經(jīng)由低頻發(fā)射器18 播送的喚醒信號(hào)。喚醒信號(hào)提示微控制器34從低電力消耗模式上電，預(yù)備進(jìn)一步通信并且 預(yù)先執(zhí)行進(jìn)一步的代碼。
[0031]當(dāng)門系統(tǒng)30的門把手開關(guān)(未示出）生成觸發(fā)脈沖時(shí)，可以開始示例性被動(dòng)進(jìn)入序 列。將此觸發(fā)脈沖提供給微控制器16。響應(yīng)于觸發(fā)脈沖，微控制器16生成觸發(fā)生成函數(shù)。激 活低頻發(fā)射器18以生成如上所述的與觸發(fā)器生成函數(shù)相關(guān)聯(lián)的低頻喚醒信號(hào)。經(jīng)由天線 22、24、25來播送低頻喚醒信號(hào)。由天線22、24、25分別播送的低頻喚醒信號(hào)可以包括用于指 示進(jìn)行播送的天線的信息。
[0032] 如上文所討論的，低頻喚醒信號(hào)可以便于確定扣14相對于天線22、24、25的位置。 在一些實(shí)施方式中，低頻接收器34包括適當(dāng)?shù)碾娐?未示出），用于測量所接收到的每個(gè)低 頻喚醒信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)。微控制器32包括被發(fā)射至控制器16的響應(yīng)中的RSSI信 息。控制器16基于RSSI信息來確定天線22、24、25中的哪一個(gè)最接近扣14。扣14相對于天線 22、24、25的定位可以確保:扣14的用戶位于其中請求了被動(dòng)功能的區(qū)域中。例如，扣14相對 于天線22、24、25的定位可以確保：當(dāng)門把手開關(guān)(未示出）被驅(qū)動(dòng)時(shí)，扣14的用戶位于門系 統(tǒng)30的外部。同樣，扣14相對于天線22、24的定位可以顯示扣14位于車輛12的車廂內(nèi)。
[0033] 在某些實(shí)施方式中，微控制器16生成在數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換中要用作種子數(shù)的隨機(jī)數(shù)，該隨 機(jī)數(shù)還被微控制器32已知作為任何合適的質(zhì)詢/響應(yīng)驗(yàn)證序列的一部分。質(zhì)詢信號(hào)包括指 示隨機(jī)數(shù)的信息，可以從車輛12播送該質(zhì)詢信號(hào)?？?4接收質(zhì)詢信號(hào)。微控制器32對隨機(jī)數(shù) 應(yīng)用數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。在發(fā)射至車輛12的響應(yīng)中包括所轉(zhuǎn)換的隨機(jī)數(shù)以及上文所討論的RSSI信息 和扣標(biāo)識(shí)符。然后，微控制器16可以檢查扣標(biāo)識(shí)符和所轉(zhuǎn)換的隨機(jī)數(shù)以驗(yàn)證扣14。
[0034] 如上文所討論的，控制器32可以允許例如用戶對車輛12進(jìn)行解鎖和/或啟動(dòng)車輛 12。在一些實(shí)施方式中，門（未示出）上的觸摸傳感器或按鈕觸發(fā)控制器32以開始上述詢問 處理。在其他實(shí)施方式中，扣14的用戶無需按壓/觸摸扣14來例如對車輛12進(jìn)行解鎖和/或 啟動(dòng)車輛12。相反，用戶只需接近車輛12。在這樣的實(shí)施方式中，控制器32可以如上文所討 論的那樣定期地發(fā)射無線信號(hào)例如輪詢信號(hào)以檢查在車輛12的附近范圍內(nèi)是否有任何扣。 示例性消息速率可以近似為每秒一次，以便觸發(fā)正接近車輛12的用戶的扣。如上文所討論 的，在通信范圍內(nèi)的任何扣可以響應(yīng)輪詢信號(hào)。此后，控制器32可以在用戶例如拉動(dòng)門把手 (未示出）之前發(fā)起并完成上述詢問處理。
[0035] 再次回到圖1，扣14可以如上面所介紹的那樣識(shí)別由控制器32播送的輪詢信號(hào)。例 如，扣14可以存儲(chǔ)一個(gè)或更多個(gè)標(biāo)識(shí)符，其中，將一個(gè)或更多個(gè)標(biāo)識(shí)符與嵌入在所接收的輪 詢信號(hào)中的對應(yīng)標(biāo)識(shí)符相比較。如果嵌入在輪詢信號(hào)中的標(biāo)識(shí)符與所存儲(chǔ)的標(biāo)識(shí)符中的一 個(gè)標(biāo)識(shí)符相匹配，則扣14可以識(shí)別該輪詢信號(hào)。
[0036]在一些實(shí)施方式中，扣14可以存儲(chǔ)全局標(biāo)識(shí)符和局部標(biāo)識(shí)符。全局標(biāo)識(shí)符可以為 由這樣的扣的制造商生產(chǎn)的一些或全部扣所共有，并且可以用于例如測試由制造商生產(chǎn)的 一批扣。然而，其他用途同樣可行。局部標(biāo)識(shí)符可以特定于某一車輛并且可以例如經(jīng)由輪詢 信號(hào)被播送。這樣，用于不同車輛的扣可以具有相同的全局標(biāo)識(shí)符和不同的局部標(biāo)識(shí)符。
[0037] 在圖1所示的扣14可以將局部識(shí)別符存儲(chǔ)在與低頻接收器34相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器(未 示出"接收器存儲(chǔ)器"）以及與微控制器32相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器(未示出"微控制器存儲(chǔ)器"） 中?？?4可以將全局標(biāo)識(shí)符存儲(chǔ)在微控制器存儲(chǔ)器中。在示例性識(shí)別處理期間，扣14可以將 嵌入在所接收的輪詢信號(hào)中的標(biāo)識(shí)符與存儲(chǔ)在接收器存儲(chǔ)器中的局部標(biāo)識(shí)符的副本以及 存儲(chǔ)在微控制器存儲(chǔ)器中的全局標(biāo)識(shí)符的副本相比較。如果所接收的標(biāo)識(shí)符與上述所存儲(chǔ) 的標(biāo)識(shí)符相匹配，則扣14可以識(shí)別輪詢信號(hào)并且上電，預(yù)備進(jìn)一步的通信例如響應(yīng)信號(hào)的 發(fā)射、數(shù)據(jù)處理等。如果所接收的標(biāo)識(shí)符與所存儲(chǔ)的標(biāo)識(shí)符不匹配，則扣14不識(shí)別輪詢信 號(hào)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，如果扣14識(shí)別輪詢信號(hào)，則會(huì)消耗電池37的較多電量， 這是因?yàn)榭?4在識(shí)別輪詢信號(hào)的情況下上電的緣故。
[0038] 現(xiàn)在參照圖2,在中繼攻擊事件中，第一盜賊42通過執(zhí)行發(fā)起事件如提升門把手來 驅(qū)動(dòng)被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，如上所述。第一盜賊42攜帶第一裝置如第一中繼裝置(未示出），用于接 收由控制器32經(jīng)由低頻天線22、24和25播送的低頻信號(hào)。如上所述，典型地在125KHz處播送 低頻信號(hào)。第一裝置對所接收的詢問信號(hào)46進(jìn)行解調(diào)，并且嘗試將詢問信號(hào)46再現(xiàn)為超高 頻信號(hào)（例如800KHz)。將詢問信號(hào)46作為高頻或超高頻信號(hào)發(fā)射至由第二盜賊44攜帶的第 二中繼裝置。第二盜賊位于非常接近攜帶授權(quán)扣14的用戶。由第一盜賊42發(fā)射的信號(hào)作為 超高頻信號(hào)被發(fā)射，使得通信信號(hào)具有用于經(jīng)過長距離將所再現(xiàn)的信號(hào)傳送至第二盜賊44 的足夠信號(hào)強(qiáng)度（即，該信號(hào)強(qiáng)度大于可通過低頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)強(qiáng)度）。作為結(jié)果，攜帶扣 14的用戶不必非常接近于車輛12;更確切地，用戶可以與車輛12相距一定距離使得攜帶認(rèn) 證扣14的用戶無法觀察到第一盜賊在車輛12處的動(dòng)作。
[0039]由第二盜賊44攜帶的第二中繼裝置接收并解調(diào)UHF信號(hào)，試圖再現(xiàn)原始的詢問信 號(hào)46。響應(yīng)于對UHF信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，由第二盜賊44攜帶的第二中繼裝置對所接收的信號(hào)的數(shù) 據(jù)進(jìn)行調(diào)制，并且將所述數(shù)據(jù)作為再生的低頻信號(hào)發(fā)射至扣14,試圖復(fù)制由控制器32播送 的原始低頻信號(hào)。來自第二盜賊44的再現(xiàn)低頻信號(hào)由附近的扣14接收。如果接收到的低頻 信號(hào)的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在扣14上的認(rèn)證數(shù)據(jù)相匹配，則扣14發(fā)射響應(yīng)信號(hào)。由第二盜賊44攜帶 的第二中繼裝置接收由扣 14發(fā)射的響應(yīng)信號(hào)。對響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并且將響應(yīng)信號(hào)作為 再現(xiàn)的響應(yīng)信號(hào)重新發(fā)射至第一盜賊42。由第一盜賊42攜帶的中繼裝置接收該信號(hào)，并且 將再現(xiàn)的響應(yīng)信號(hào)播送至車輛12的控制器32，以便實(shí)現(xiàn)對車輛12的訪問。
[0040]在由第二盜賊44播送至扣14的低頻通信信號(hào)與存儲(chǔ)在扣14的存儲(chǔ)器中的認(rèn)證數(shù) 據(jù)不匹配的情況下，扣14保持不響應(yīng)，且中繼攻擊被阻撓。
[00411 現(xiàn)在參照圖3a，示出了包括例如與車輛12對應(yīng)的天線22(0)和天線24(0 '）的雙天 線系統(tǒng)，并且示出了鑰匙扣14(P)以說明在系統(tǒng)中生成的磁場。以下等式被用來定義系統(tǒng)中 的磁場、距離、角度：
[0042] 坐標(biāo)系：
[0043] 1 ?具有原點(diǎn)〇的XYZ
[0044] 2.具有原點(diǎn)0'的X'Y'Z'
[0045] 3.具有原點(diǎn)P的UVW
[0046] 線圈天線0在P w.r.t.UVWP框架處生成H(Hu，Hv，Hw)
[0047] 線圈天線0'在P w.r.t.UVWP框架處生成H'（H'u，H'v，H'w)
[0048]來自天線0和天線0 '的H場是線性相關(guān)的。
[0049] 1?=從〇到〇'的距離
[0050] 在天線〇的點(diǎn)p處，付=^77￥7^^7 [0051 ]在天線0' 的點(diǎn)P處，/:/> = 士/\,2+/八..;+//'/:
[0052]對于空間中的任何兩個(gè)矢量：
[0053] H

[0057]兩個(gè)天線之間的角度可以被扣用來確定中繼攻擊是否已發(fā)生。
[0058] 現(xiàn)在參照圖3b，示出了包括與車輛12對應(yīng)的天線和25(A2)的三個(gè)天 線系統(tǒng)和對應(yīng)的鑰匙扣14的等距視圖，以說明由系統(tǒng)中的天線生成的磁場。如下所述，可以 使用恒定數(shù)據(jù)(m0，ml，m2，R0，Rl，R2，k，1，n)、扣與天線之間的相對距離、以及與扣相對于天 線系統(tǒng)的位置對應(yīng)的角度數(shù)據(jù)來計(jì)算在天線之間的通信的磁場完整性，并且因此確定是否 從授權(quán)的扣14或從另一個(gè)發(fā)射器發(fā)射了信號(hào)。以下等式定義了天線和扣之間的磁場強(qiáng)度矢 量、距離和角度，如圖3所示：
[0059] 線圈天線A0生成;
[0060] 線圈天線A1生成吞1
[0061] 線圈天線A2生成;
[0062] R0 =從A1到A2的距離
[0063] R1=從A〇到A2的距離
[0064] R2 =從A0到A1的距離
[0065] r〇 =從F到A0的距離
[0066] r]_=從F到A1的距離
[0067] r2 =從F到A2的距離
[0068] 9〇= 1*0與天線A0之間的角度
[0069] (pl= T〇與天線A1之間的角度
[0070] <p2= r〇與天線A2之間的角度
[0071] 在 AFA0A2中，令ZFA0A2 = a0，ZFA2A0 = al
[0072] 在 AFA1A2中，令ZFA2Al=a2，ZF AlA2 = a3
[0073] 在 AFA0A1 中，令ZFAlA0 = a4，ZFA0Al=a5
[0074] 在 AA0A1A2中，令ZA1A0 A2=A，ZA0 A2A1=B,令ZA0A1A2 = C

[0087] 111〇、1111、1112是驅(qū)動(dòng)電流，1?0、1?1、1?2是天線之間的距離，而1^、1、11是在預(yù)設(shè)坐標(biāo)系中天 線之間的角度。
[0088]利用以上恒量和等式，可以將來自線圈天線22、24和25的磁矢量計(jì)算為： 、M和M?？梢詫⒋藬?shù)據(jù)與由扣14中的三維線圈天線38收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合以計(jì)算 相對于天線的取向（側(cè)傾、俯仰、橫擺）。如果恒量(m0、ml、m2、R0、R1、R2、k、1、n)中的任一個(gè) 缺少或不正確，則不能正確地求解用于確定;^5、M和77=的等式。在這些條件下，磁場與 存儲(chǔ)在所述裝置的存儲(chǔ)器中的預(yù)設(shè)條件不匹配，并且不存在磁完整性。因此，磁完整性計(jì)算 可以用于評估是否已發(fā)生天線與對應(yīng)于車輛12的扣14之間的通信或者是否已發(fā)生中繼站 攻擊(RSA)。
[0089]現(xiàn)在參照圖4和圖5，在本發(fā)明的另一方面，可以改變被施加于天線22、24,和25的 驅(qū)動(dòng)電流以將車輛12與由盜賊操作的中繼器完全區(qū)分。示出了可以分別用作天線22、24和 25的兩個(gè)天線配置64和66。首先參照圖4，天線64包括第一電容率yl的中央部分54、左線性 元件50和右線性元件52,其中，中心部分54通過連接第二介電常數(shù)y2的部分56和58來將左 線性元件50與右線性元件52分隔開。端部部分60和62由具有電容率y2的材料構(gòu)成?，F(xiàn)在參 照圖5，天線66在構(gòu)造上是類似的。這里，右元件50和左元件52相對于彼此成一定角度，這里 示為大約90度的角度。其他角度同樣可行。
[0090] 現(xiàn)在參照圖1、圖4、圖5、圖6和圖10,示出了與鑰匙扣14(圖1和圖6)對應(yīng)的車輛12 以及用于防止RSA的處理70的第一實(shí)施方式。當(dāng)發(fā)起對車輛裝置的驅(qū)動(dòng)請求(例如提升門把 手)時(shí)，啟動(dòng)該處理70。在收到請求之后，在步驟72中，車輛12中的天線22向扣14中的天線38 發(fā)射信號(hào)以喚醒鑰匙扣14,如上所述。在步驟74中，鑰匙扣14中的控制器32計(jì)算與由天線22 和24產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度矢量對應(yīng)的由鑰匙扣14中的三維線圈產(chǎn)生的矢量VjPV 2之間的角度 說。控制器32可以將該角度與所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相比較來確定天線是否處于預(yù)期位置。
[0091] 在另外的安全步驟中，在步驟78中，車輛12可以向扣14發(fā)射加密信號(hào)，從而確定天 線元件50和52中的驅(qū)動(dòng)電流的改變(L1/L2)。在步驟80中，天線22上的驅(qū)動(dòng)電流的改變引起 天線22處的磁場的改變，這引起了扣14處的矢量乂:'的相應(yīng)改變。在步驟82中，鑰匙扣14中 的控制器32計(jì)算矢量￥1'與V2之間的夾角說'。然后，控制器32將角度說與角度說'相比較。如 果說=說'，則來自向鑰匙扣14發(fā)射信號(hào)的發(fā)射源的驅(qū)動(dòng)電流不改變，并且可能發(fā)生RSA。在 這些情況下，可以使門鎖、點(diǎn)火器以及其他特征不動(dòng)或保持在鎖定位置，從而防止對車輛的 訪問（步驟86)?？商娲兀绻f辛說'，則請求是來自被授權(quán)訪問車輛的鑰匙扣14,并且訪 問被允許。還可以計(jì)算說'的預(yù)期值的另外的數(shù)學(xué)驗(yàn)證以保證對訪問車輛中的功能的授權(quán)。 [0092] 現(xiàn)在參照圖7和圖11，示出了車輛12、鑰匙扣14和用于評估RSA是否已發(fā)生的對應(yīng) 處理90的替選實(shí)施方式。這里，處理90依賴于以上參照圖3所討論的磁完整性計(jì)算。在步驟 92中，如上所述，喚醒扣14。在步驟94中，扣14中的控制器32執(zhí)行基于扣14、以及由車輛12上 的天線22、24和25產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度矢量H所描述的磁完整性計(jì)算。在步驟96中，控制器32確 定是否可以如所述的那樣求解磁矢量等式。如果磁場完整性存在(步驟96)，則控制器32可 以允許對車輛功能的訪問?，F(xiàn)在參照圖8,作為另外的安全步驟，還可以如以上參照圖10所 述的那樣調(diào)節(jié)天線22中的驅(qū)動(dòng)電流，從而生成矢量％'以用于如上所述的那樣相比較。可以 僅當(dāng)驗(yàn)證了兩個(gè)磁完整性并且驗(yàn)證了角度調(diào)整時(shí)允許對車輛功能的訪問。另外，如果在步 驟96中未發(fā)現(xiàn)磁場完整性，則RSA可能已發(fā)生，并且可以使門和其他功能不動(dòng)或鎖定(步驟 100)。
[0093]現(xiàn)在參照圖9,示出了車輛12的替選實(shí)施方式。這里，天線25被定位成與后車門相 鄰。如上所述，基于天線22、24、25的位置來進(jìn)行扣14處的計(jì)算?？梢詥为?dú)使用這些計(jì)算來確 定系統(tǒng)中的天線之間的關(guān)系的磁完整性，或者可以將這些計(jì)算與如上所述的天線中的驅(qū)動(dòng) 電流調(diào)節(jié)相結(jié)合。
[0094]現(xiàn)在參照圖12,示出了車輛12的另一替選實(shí)施方式。這里，使用了如下兩個(gè)天線： 定位于車輛中或上的中央位置如中央控制臺(tái)的天線22、以及與駕駛員側(cè)門相鄰地定位的另 一天線24。現(xiàn)在參照圖13,示出了用于確定是否要允許對圖12的車輛的訪問的一系列步驟。 最初，在步驟110中，由天線22或天線24中的一者喚醒扣14。在步驟112中，扣14中的控制器 32評估由初始矢量￥ 1和％代表的從天線22和24發(fā)射的信號(hào)的場強(qiáng)，并且計(jì)算矢量之間的初 始角度說。作為在車輛12與扣14之間的通信的喚醒序列的一部分，隨機(jī)數(shù)R0/R1被加密并發(fā) 射至扣14,其包括所存儲(chǔ)的用以對數(shù)據(jù)進(jìn)行解密的密鑰(步驟114)。向天線22和24同時(shí)地施 加驅(qū)動(dòng)電流R0,產(chǎn)生第一合成矢量V 3。（步驟116)。然后，控制器32計(jì)算矢量￥1與乂3之間的第 一驗(yàn)證角度（步驟118)。接著，向天線22和24同時(shí)地施加第二驅(qū)動(dòng)電流R1(Im/I A2)，產(chǎn)生 合成矢量V3'。然后，控制器32計(jì)算矢量化與^'之間的第二驗(yàn)證角度說。（步驟118)
[0095]為了確定RSA是否已發(fā)生，控制器32然后執(zhí)行以下計(jì)算之一：
[0096] (cos0q-cos0i)/(cos0q-cos02) =k*R0/Rl
[0097] 或者
[0099]其中k是可存儲(chǔ)在扣14或車輛12的存儲(chǔ)器中的恒量。（步驟124)。如果該等式滿足， 則訪問車輛的請求被確定為有效，并且對執(zhí)行諸如打開門或啟動(dòng)點(diǎn)火器的功能的訪問被允 許。如果該等式不滿足(步驟126)，則中繼站攻擊已發(fā)生，并且使車輛不動(dòng)。因此，防止了對 門和點(diǎn)火器的訪問。
[0100] 盡管該系統(tǒng)被描述為由扣14中控制器32進(jìn)行計(jì)算，但是還可以由車輛12中的控制 器16進(jìn)行計(jì)算?？梢詫⒑懔縍0/R1和k存儲(chǔ)在車輛12或扣14的存儲(chǔ)器中。還可以將該驗(yàn)證與 上述其他驗(yàn)證程序一起使用。
[0101] 盡管以上描述了具體的實(shí)施方式，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，可以在 本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)做出許多變化。例如，可以由扣14中的控制器32、車輛12中的控制器 16、或控制器32和控制器16二者進(jìn)行磁完整性的計(jì)算?？梢愿淖兣c車輛12和扣14相關(guān)聯(lián)的 天線的數(shù)目，并且可以相應(yīng)地調(diào)整磁完整性等式。在一些實(shí)施方式中，在磁完整性計(jì)算之 前，可以如以上參照處理90所討論的那樣執(zhí)行對天線中的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的步驟。雖然 以上描述了具體的實(shí)施方式，但是明顯的是，可以以各種順序?qū)崿F(xiàn)包括測量兩個(gè)或三個(gè)不 同天線之間的角度、確定鑰匙扣相對于天線的位置、以及調(diào)節(jié)天線中的電流的如上所述的 各種算法以提供不同級別的使不發(fā)生中繼攻擊的保證。此外，可以間歇地改變由車輛和鑰 匙扣系統(tǒng)使用的中繼攻擊回避的方法，以進(jìn)一步阻撓要竊取車輛的企圖。盡管在本文中如 上所述將扣描述為鑰匙扣，但是在本申請中還可以使用各種類型的電子設(shè)備，這包括處理 器和射頻通信裝置。例如，可以將參照鑰匙扣所描述的功能設(shè)置在個(gè)人通信裝置如蜂窩式 電話、智能電話、平板電腦、筆記本電腦以及其他類型的裝置上。
[0102] 因此，應(yīng)當(dāng)理解，以上描述的方法和設(shè)備僅是示例性的，并不限制本發(fā)明的范圍， 并且可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。為了告知本發(fā)明的范圍的公 開，作出了下面的權(quán)利要求書。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于機(jī)動(dòng)車輛的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，包括： 控制單元，所述控制單元被配置成在扣處于低電力消耗模式的情況下播送用以提示所 述扣上電的喚醒信號(hào)、并且通過耦接至所述車輛的多個(gè)天線發(fā)射信號(hào)；以及 扣，所述扣被配置成識(shí)別所述喚醒信號(hào)、并且響應(yīng)于識(shí)別出所述喚醒信號(hào)而生成用于 所述控制單元的響應(yīng)信號(hào)，所述扣包括扣控制器，所述扣控制器被編程用以： 接收從耦接至所述車輛的所述多個(gè)天線中的每個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)； 從存儲(chǔ)器中檢索恒定值； 計(jì)算定義了所述多個(gè)天線中的每個(gè)天線的相對位置的磁完整性;并且 當(dāng)磁完整性被發(fā)現(xiàn)時(shí)，選擇性地允許對所述車輛的訪問。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，其中，所述扣控制器被編程用以計(jì)算與對應(yīng)于 所述多個(gè)天線中的至少兩個(gè)天線的信號(hào)對應(yīng)的矢量之間的角度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，其中，所述控制單元被進(jìn)一步編程用以改變所 述多個(gè)天線中的至少一個(gè)天線上的驅(qū)動(dòng)電流，并且所述扣控制器被編程用以計(jì)算與對應(yīng)于 所述多個(gè)天線中的至少兩個(gè)天線的信號(hào)對應(yīng)的矢量之間的第二角度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，其中，所述扣控制器被進(jìn)一步編程用以將所述 角度與所述第二角度相比較。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述角度等于所述第二角度時(shí)，所述 控制單元使車輛鎖和車輛點(diǎn)火器中的至少一個(gè)不動(dòng)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述角度等于所述第二角度時(shí)，所述 控制單元使得能夠進(jìn)行對車輛鎖和車輛點(diǎn)火器中的至少一個(gè)的訪問。7. -種用于機(jī)動(dòng)車輛的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，包括： 控制單元，所述控制單元被配置成在扣處于低電力消耗模式的情況下播送用以提示所 述扣上電的喚醒信號(hào)、并且向耦接至所述車輛的多個(gè)天線施加驅(qū)動(dòng)電流并且通過所述多個(gè) 天線發(fā)射信號(hào)；以及 扣，所述扣被配置成識(shí)別所述喚醒信號(hào)、并且響應(yīng)于識(shí)別出所述喚醒信號(hào)而生成用于 所述控制單元的響應(yīng)信號(hào)，所述扣包括扣控制器，所述扣控制器被編程用以： 接收從耦接至所述車輛的所述多個(gè)天線中的每個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)； 計(jì)算由所述多個(gè)天線中的至少兩個(gè)天線發(fā)射的所述信號(hào)之間的第一角度； 接收來自所述控制單元的、描述了施加于所述天線的驅(qū)動(dòng)電流的改變的加密信號(hào)； 計(jì)算由所述多個(gè)天線中的至少兩個(gè)天線發(fā)射的所述信號(hào)之間的第二角度； 將所述第一角度與所述第二角度相比較;并且 在所述第一角度基本上等于所述第二角度的情況下，拒絕對車輛功能的訪問。8. -種用于機(jī)動(dòng)車輛的被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，包括： 控制單元，所述控制單元被配置成在扣處于低電力消耗模式的情況下播送用以提示所 述扣上電的喚醒信號(hào)、并且通過耦接至所述車輛的第一天線和第二天線發(fā)射信號(hào)；以及 扣，所述扣被配置成識(shí)別所述喚醒信號(hào)、并且響應(yīng)于識(shí)別出所述喚醒信號(hào)而生成用于 所述控制單元的響應(yīng)信號(hào)，所述扣包括扣控制器，所述扣控制器被編程用以： 接收從耦接至所述車輛的所述第一天線和所述第二天線中的每一個(gè)發(fā)射的信號(hào)； 從存儲(chǔ)器中檢索所存儲(chǔ)的恒定驗(yàn)證值，所述恒定驗(yàn)證值定義了施加于所述第一天線和 所述第二天線的用于扣驗(yàn)證的驅(qū)動(dòng)電流的比率;并且 計(jì)算代表所述第一天線的輸出的矢量與代表所述第二天線的輸出的矢量之間的初始 角度； 利用從存儲(chǔ)器中檢索到的相對于所述第一天線的驅(qū)動(dòng)電流的預(yù)定義驅(qū)動(dòng)電流比率來 同時(shí)地驅(qū)動(dòng)所述第二天線； 基于在所述預(yù)定義驅(qū)動(dòng)電流被施加之后所述天線的輸出來計(jì)算合成矢量； 利用從存儲(chǔ)器中檢索到的相對于所述第一天線的驅(qū)動(dòng)電流的第二預(yù)定義驅(qū)動(dòng)電流比 率來同時(shí)地驅(qū)動(dòng)所述第二天線； 基于在所述預(yù)定義驅(qū)動(dòng)電流被施加之后所述天線的輸出來計(jì)算第二合成矢量； 計(jì)算代表所述第一天線的輸出的矢量與所述第一合成矢量的輸出之間的第一驗(yàn)證角 度以及代表所述第一天線的輸出的矢量與所述第二合成矢量之間的第二驗(yàn)證角度； 按照所述初始角度的余弦與所述第一驗(yàn)證角度的余弦之差以及所述初始角度的余弦 與所述第二驗(yàn)證角度的余弦之差來計(jì)算驗(yàn)證比率； 將驗(yàn)證比率與所存儲(chǔ)的預(yù)定義恒量相比較;并且 在所計(jì)算出的比率基本上等于驗(yàn)證比率的情況下，允許對所述車輛的訪問。9. 一種被動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)，包括： 控制單元，所述控制單元被配置成在扣處于低電力消耗模式的情況下播送用以提示所 述扣上電的喚醒信號(hào)、并且通過耦接至所述車輛的多個(gè)天線發(fā)射信號(hào)；以及 扣，所述扣被配置成識(shí)別所述喚醒信號(hào)、并且響應(yīng)于識(shí)別出所述喚醒信號(hào)而生成用于 所述控制單元的響應(yīng)信號(hào)，所述扣包括扣控制器，所述扣控制器被編程用以： 接收從耦接至所述車輛的所述多個(gè)天線中的每個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)； 計(jì)算由所述多個(gè)天線中的至少兩個(gè)天線產(chǎn)生的矢量之間的角度； 計(jì)算對應(yīng)于所述多個(gè)天線中的一個(gè)天線的矢量與因所述多個(gè)天線中的至少一個(gè)天線 上的驅(qū)動(dòng)電流的改變而產(chǎn)生的合成矢量之間的第二角度； 計(jì)算對應(yīng)于所述多個(gè)天線中的一個(gè)天線的矢量與因所述多個(gè)天線中的至少一個(gè)天線 上的驅(qū)動(dòng)電流的第二改變而產(chǎn)生的合成矢量之間的第三角度； 計(jì)算定義了所述多個(gè)天線中的每個(gè)天線的相對位置的磁完整性;并且 當(dāng)磁完整性被發(fā)現(xiàn)時(shí)，選擇性地允許對所述車輛的訪問。
【文檔編號(hào)】B60R25/24GK105899413SQ201480065765
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月2日
【發(fā)明人】羅易, 約翰·南茨
【申請人】胡夫北美汽車零件制造股份有限公司, 霍弗·霍斯貝克及弗斯特兩合公司