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 Remote-Keyless-Entry-Systeme.

Diese Systeme erlauben es, per Fernbedienung das Fahrzeug zu öffnen oder zu verriegeln. Dazu verwendet der Benutzer i.d.R. eine in den Zündschlüssel integrierte Funkfernsteuerung.

Die Fernsteuerung besitzt dazu mindestens zwei Taster, mit denen die Türen entriegelt und verriegelt werden können. Häufig sind noch weitere Taster vorhanden, um zusätzliche Funktionen wie das Öffnen des Kofferraums oder das Heben und Senken der Fenster zu ermöglichen.

Als digitale Funk-Übertragungsverfahren vom Schlüssel zum Fahrzeug haben sich dabei vor allem ASK (amplitude shift keying) und FSK (frequency shift keying) im UHF-Bereich bewährt. Unterstützt werden diese Verfahren durch geeignete Kontroll-Mechanismen, die dazu beitragen, Übertragungen auch in Umgebungen zu gewährleisten, die für eine Funkübertragung schwierig sind und erhebliche elektro-magnetische Störeinflüsse beinhalten können.

Da jede Funkübertragung prinzipiell abgehört werden kann, sind die Anforderungen an eine abhörsichere 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. Hierbei werden offene Standards wie AES oder Hersteller-bezogene, proprietäre Kryptoverfahren genutzt.

Zudem besteht jede Übertragung aus einem sogenannten 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 mehrfacher Betätigung einer Taste, die nicht in der Reichweite des Fahrzeugs stattfindet, 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 Notschloss möglich ist. Eine Resynchronisation von Schlüssel und Fahrzeug kann dann erfolgen, wenn der Schlüssel in das Zündschloss eingeführt wird. In diesem Fall läuft das Wegfahrsperren-Protokoll (siehe: Immobilizer) ab, das auch die Möglichkeit zur erneuten Synchronisation der beiden Zufallszahl-Generatoren bietet.

RKE-Systeme früherer Generationen bestanden dabei 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 direkt eingebunden werden konnten, sondern stets zunächst ein neuer Chip entworfen und hergestellt werden musste. Diese Neu-Entwicklung war dann häufig mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden.

Moderne Schlüssel-Hardware besteht daher heute in der Regel aus einem speziell dafür entwickelten Microcontroller, auf dem das Zutritts-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.

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, um Speicher zu sparen, möglichst gering gehalten werden, Laufzeiten müssen zudem so gering wie möglich ausfallen, um den Stromverbrauch zu optimieren. Aus diesem Grund besitzt die Entwicklung von optimiertem Code einen hohen Stellenwert.

Damit Innovationen und Kundenwünsche schnell und problemlos eingebunden werden können und 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 zur Beeinträchtigung der Sicherheit führen könnte, was zudem die geforderte unbedingte Ausfallsicherheit beeinflussen kann. Aus diesem Grund muss während der Entwicklung ein hohes Augenmerk auf die Einhaltung von Software-Design-Standards und die Durchführung einer Vielzahl von Systemtests gelegt werden. In diesem Zusammenhang wird für Software, die in der Automobilindustrie eingesetzt wird, u.a. die konsequente Einhaltung des MISRA-Standards vorausgesetzt.

Hinzu kommt, dass in modernen Schlüssel-Systemen immer mehr Funktionen integriert werden. So verwendet man z.B. EEPROMs oder Flash-Speicher, 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.

Aufgrund der steigenden Komplexität der Software sind die strengen Anforderungen an Hard- und Software sowie die Ansprüche an eine hochoptimierte, ausfallsichere und gezielt strukturierte Software im Laufe der Jahre stetig gewachsen.

telos hat sich dieser Herausforderung schon frühzeitig gestellt und ist seit vielen Jahren maßgeblich im Bereich der Entwicklung für Remote-Keyless-Entry-Systeme beteiligt. Mit unserer dabei erworbenen Kompetenz unterstützen wir heute eine Reihe von namhaften Fahrzeugherstellern und Kfz-Zulieferern bei deren Produktentwicklung und Qualitätssicherung.

Zudem bieten wir unseren Kunden umfassende Beratungsdienstleistungen an, die von der ersten Idee, über das Systemdesign bis zur Entwicklung und Tests alle Ebenen in der Entwicklung von Automotive-Anwendungen abdeckt.