Sicherheitsorientierte Kfz-Zutrittsteuerung (Remote Keyless Entry)
Moderne Fahrzeuge besitzen heute in der Regel die Möglichkeit, ohne Verwendung eines Schlüssels das Fahrzeug zu öffnen. Dazu dienen sog. Remote-Keyless-Entry-Systeme.
Diese Systeme erlauben es, per Fernbedienung das Fahrzeug zu öffnen. Dazu erhält der Benutzer eine in den Zündschlüssel integrierte Funkfernsteuerung.
Im allgemeinen besitzt die Fernsteuerung dabei mindestens zwei Taster, mit denen die Türen geöffnet oder geschlossen werden können. Häufig sind noch weitere Taster vorhanden, um zusätzliche Funktionen wie das Öffnen des Kofferaums oder das Heben und Senken der Fenster zu ermöglichen.
Neben dieser Bauform verwendet man heute ebenfalls Systeme in Smartcards, die sich bei Annäherung an das Fahrzeug selbst aktivieren und keine Taster mehr benötigen. Sie sind Bestandteil eines sog. Keyless-Go-Systems, in dem keinerlei Zündschlüssel mehr benötigt wird.
Bei Annäherung mit einer Smartcard bzw. beim Betätigen eines Tasters wird ein Code an das Fahrzeug gesendet, der dem Fahrzeug die gewünschte Funktion (z.B. das Öffnen der Türen) mitteilt.
Als digitales Übertragungsverfahren haben sich dabei vor allem ASK (amplitude shift keying) und FSK (frequency shift keying) bewährt.
Da jede Funkübertragung prinzipiell abhörbar ist, sind die Anforderungen an eine sichere Kommunikation besonders hoch. Dabei muß verhindert werden, daß ein potentiell abgehörter Code dazu genutzt wird, um sich unerlaubt Zutritt zum Fahrzeug zu verschaffen. Aus diesem Grund werden die Daten verschlüsselt übertragen.
Außerdem besteht jede Übertragung aus einem sog. Einmal-Telegramm. Dazu verwenden Sender und Empfänger den gleichen Pseudo-Zufallszahl-Generator (Rolling Code). Diese Zufallszahl wird mit jedem Tastendruck verändert und dann zusammen mit Statusinformationen verschlüsselt übertragen. Das Verfahren setzt allerdings voraus, daß die Zufallszahl-Generatoren im Sender und Empfänger synchron arbeiten.
Es ist daher möglich, daß nach mehrfachen Tastendrücken, die nicht in der Reichweite des Fahrzeugs stattfinden, die Synchronisation zwischen Schlüssel und Fahrzeug nicht mehr gegeben ist. In diesem Fall läßt sich das Fahrzeug nicht mit der Fernbedienung öffnen. Daher muß jedes Fahrzeug gewährleisten, daß der Zugang auch ohne Funkfernbedienung über ein sog. Notschloß möglich ist.
Eine Resynchronisation von Schlüssel und Fahrzeug kann dann allerdings erfolgen, wenn der Schlüssel in das Zündschloß eingeführt wird. In diesem Fall läuft das Wegfahrsperren-Protokoll ab, das auch die Möglichkeit zur erneuten Synchronisation der beiden Zufallszahl-Generatoren bietet.
RKE-Systeme früherer Generationen bestanden vor allem aus fest konfigurierten Hardware-Chips, in die das verwendete Protokoll fest eincodiert war. Diese Chips besaßen den Nachteil, daß Protokoll-Veränderungen z.B. auf speziellen Kundenwunsch oder bei technischen Innovationen nicht eingebunden werden konnten, sondern stets ein neuer Chip hergestellt werden mußte. Das war häufig nur mit hohem Zeitaufwand möglich und diese Neu-Entwicklung war dann zusätzlich mit hohen Kosten verbunden.
Moderne Schlüssel-Hardware besteht aus diesem Grund heute in der Regel aus einem speziell designten Microcontroller, dessen Protokoll als Software abläuft. Hier sind Kundenwünsche oder Innovationen schneller umsetzbar, da die Hardware-Plattform erhalten bleibt und nur die Software angepaßt werden muß.
Da die Fernbedienung mobil ist, wird sie über eine Batterie mit der nötigen Betriebsspannung versorgt. Um den Stromverbrauch möglichst klein zu halten, wird die gesamte Hardware gezielt auf diese Randbedingung hin entwickelt. Hier haben sich speziell designte 8 Bit Microcontroller als besonders geeignet erwiesen, um den Stromverbrauch zu minimieren.
Außerdem soll neben dem Stromverbrauch auch die Hardware-Fläche möglichst klein gehalten werden, so daß die Größe des Speichers (RAM und ROM bzw. E-ROM) ebenfalls limitiert ist.
Aus diesem Grund ergeben sich eine Reihe von Randbedingungen an die Entwicklung der Software. Die Zahl der Instruktionen muß dabei, um Speicher zu sparen, möglichst klein gehalten werden, so daß die Code-Optimierung einen hohen Stellenwert besitzt. Damit Innovationen und Kundenwünsche schnell und problemlos eingebunden werden können und dadurch der Zeit- und Kostenaufwand möglichst gering gehalten wird, ist bei der Entwicklung auf eine möglichst funktionale Software-Struktur zu achten, die ohne großen Aufwand erweiterbar ist.
Außerdem muß aufgrund des sicherheitskritischen Einsatzgebietes ein erhöhter Anspruch an die Qualität der Programmierung gestellt werden, da jede Ungenauigkeit zu Sicherheitslecks führen könnte und die geforderte unbedingte Ausfallsicherheit beeinflussen kann. Aus diesem Grund muß während der Entwicklung ein hohes Augenmerk auf Software-Systemtests gelegt werden.
Hinzu kommt, daß in modernen Schlüssel-Systemen immer mehr Funktionen integriert werden. So verwendet man z.B. EEPROMs, in denen kundenspezifische Daten abgelegt werden können. Hier wird u.a. die letzte Einstellung der Spiegel und des Sitzes gespeichert, um automatisch bei Detektion des Schlüssels die letzte Einstellung abzurufen und diesen Zustand im Fahrzeug wiederherzustellen. Oder es werden Fahrzeugdaten wie Fahrtzeit und Strecke festgehalten, um bei betrieblichen Fahrzeugflotten mobile Fahrtenbücher zu unterstützen.
Trotz steigender Komplexität der Software sind dabei die strengen Hardware-Randbedingungen und -Limits im Laufe der Jahre kaum verändert worden, so daß die Ansprüche an eine hochoptimierte, ausfallsichere und gezielt strukturierte Software stetig gewachsen sind.
telos ist seit vielen Jahren im Bereich der Software-Entwicklung für Remote-Keyless-Entry-Systeme tätig und unterstützt damit verschiedene Fahrzeughersteller und Kfz-Zulieferer bei deren Produktentwicklung und Qualitätssicherung.