【导读】汽车电动化海潮正囊括全世界，这场深刻的财产厘革不仅显著降低了交通运输范畴的碳排放，更有力鞭策了能源布局的绿色转型。患上益在动力电池技能的连续冲破，现代电动汽车的续航能力已经到达与传统燃油车相称的程度，加快机能甚至更胜一筹。跟着全世界每一年近亿辆新车的出产范围，锂离子动力电池的运用正进入史无前例的高速成长期，为可连续交通解决方案提供了坚实的技能支撑。

汽车电动化海潮正囊括全世界，这场深刻的财产厘革不仅显著降低了交通运输范畴的碳排放，更有力鞭策了能源布局的绿色转型。患上益在动力电池技能的连续冲破，现代电动汽车的续航能力已经到达与传统燃油车相称的程度，加快机能甚至更胜一筹。跟着全世界每一年近亿辆新车的出产范围，锂离子动力电池的运用正进入史无前例的高速成长期，为可连续交通解决方案提供了坚实的技能支撑。

全世界每一年出产约1亿辆新车，锂离子电池的运用到达了空前的范围。电动汽车(EV)制造商将是以面对一系列新的挑战，而妥帖应答这些挑战已经成为行业确当务之急。起首，安全始终是首要考量，这不仅关乎车内子员，对于行人及其他车辆中的职员也一样主要。其次，跟着利用寿命有限的车用电池的年夜范围部署，必需存眷可连续能源及情况问题。末了，电动汽车电池是高价值部件，改换成本昂扬。这可能会诱发偷窃举动，催生被盗电池的暗盘生意业务。假如汽车原始装备制造商(OEM)对于这三个问题处置惩罚失慎，不仅会造成自身品牌荣誉受损，并且正品OEM改换电池的发卖收入也会流掉。电动汽车电池的安全认证可以帮忙解决这些问题。ADI公司还有提供有线电池治理体系(BMS)拓扑解决方案。本篇文章重点存眷了有线BMS运用，并具体先容可以或许加强电动汽车电池安全性的汽车安全认证器。假如您但愿联合无线电池治理体系(wBMS)解决方案实现电池认证功效，请接洽ADI公司代表。配备DS28C40等认证器的电池模组可从源头确保安全。

安全与防护往往彼此依存。就汽车而言，假如要害体系的安全性患上不到保障，车辆的总体安全性就可能被减弱。以锂离子电池为例，产物制造缺陷可能激发火警及爆炸1。与OEM认证产物比拟，未经授权的制造商所出产的电池价格可能较低，但于布局用料及安全检测方面往往不达标。年夜大都电池虽不至在引动怒灾，但机能降落可能间接侵害OEM的品牌荣誉。正品电池于汽车中竣事利用寿命后，凡是仍具有“第二次生命”的潜力，可从头部署在固定式储能中央。为了避免正品OEM电池被从头用在其他车辆，应经由过程不成逆的报废步伐将其退役。数字认证技能让汽车可以或许辨认所毗连电池的真伪，确保仅利用正品电池，拒绝假冒产物。ADI公司的DS28C40及DS28E40认证器就属在此类装备，不仅提招供证功效，还有能将电池利用记载安全存放于存储器中，实现可追溯性。制造信息、办事信息及退役状况等要害信息，可以轻松存储于由认证器数字署名的安全一次性可编程(OTP)存储器中。

跟着锂离子电池逐渐老化，其单次充电所能贮存的能量和可提供的峰值电流城市降落，致使电动汽车续航里程缩短及总体机能降落。每一年有数万万至数亿的电池包退役，二次使用是晋升能源可连续性的主要路子2。固定式储能中央可以或许很是有用地贮存能源，而且平抑风能、太阳能等颠簸性较年夜的可再生能源的电力输出。退役的电动汽车电池很是合适从头部署到这些固定式储能中央。可追溯性依然主要，不仅要记载电池插手储能中央的时间，还有要追踪电池的各项机能指标。

图1.电动汽车电池生命周期

如今，年夜大都电动汽车电池包难以拆卸，是以并不是偷窃的重要方针。另外一方面，一些OEM提出了轻松改换电池包的计谋3：成立一个配备预充电电池包及专用电池包存取装备的换电站系统，让驾驶员能于极短期内完成补能，比现有燃油车(ICE)加油还有要迅捷。因为电动汽车电池价值昂扬，这类做法无疑轻易招来窃贼。经由过程身份验证器将电池与特定车辆绑定，可以有用避免窃贼将电池从原车拆下后，再安装到其他车辆上。为实现这一机制，授权换电站于一样平常电池改换操作中，必需可以或许毗连到电池电子节制单位(ECU)，并启动与授权电池的配对于历程。办事站装备可能需要经由过程云毗连，为汽车OEM提供正当配对于操作记载的审计路径。这类要领所需的基础举措措施相称重大。是以，提倡换电计谋的OEM是否会继承推进实行，仍有待不雅察。

实行电动汽车电池认证

质询-相应身份验证的上风

上文切磋了电动汽车电池认证及退役处置惩罚的差别动因，包括避免电池于未经授权的环境下再次用在电动汽车。接下来，咱们将明确提出一种充足强盛的实行方案，以真准确保用户安全及车辆机能，同时掩护汽车OEM的经济好处及品牌荣誉。

一些看似直不雅的要领，例如经由过程序列号追踪或者将数据存储于无安全防护的存储器中，往往轻易被攻破，缺少充足的安全强度：一位具有中等技能程度并利用低成本装备的黑客，一般于半天时间内就能绕过此类安全办法。身份验证要领的强度应与所需应答的挑战相匹配。强身份验证需要借助加密手腕。对于在很多运用而言，质询-相应认证已经被证实是验证装备或者备件身份的首选技能。

图2.经由过程质询-相应认证，于不泄露任何奥秘信息的环境下对于电池举行认证

采用对于称及非对于称方案的质询-相应身份验证

质询-相应认证必需以健旺的算法作为支撑。ADI公司的DS247八、DS28C40及DS28E40撑持如下算法：

安全哈希算法(SHA)，它基在汽车BMS及电芯之间的同享密钥，是一种对于称方案。

基在椭圆曲线数字署名算法(ECDSA)的非对于称方案，它于模组中利用私钥，于汽车侧BMS上利用公钥。

图3.采用基在SHA-256的对于称方案实现质询-相应认证

图4.采用基在ECDSA的非对于称方案实现质询-相应认证

ECDSA及SHA算法被暗码专家公认为安全性较高的算法，并已经由美国国度尺度与技能研究院(NIST)实现尺度化。

DS247八、DS28C40及DS28E40均切合汽车AEC-Q100尺度，专为子体系或者备件认证而设计。它们撑持认证所需的基本特征，防止了市道上解决方案的功效堆砌及过分设计。

这些安全IC中的硬件加快器撑持SHA-256及ECDSA计较。

此刻，咱们来切磋对于称及非对于称认证要领的长处与局限性。

基在SHA-256的对于称方案的重要长处是机能。虽然SHA-256是一种高安全性算法，但其繁杂度适中。是以，它计较速率很快，运行一个模组的质询-相应认证约莫需要5ms。

该方案要求特定汽车及车上所有电池模组同享统一密钥。

安装此类同享密钥的一种可能要领以下：

电池供给商及OEM（以和授权维修机构）最初同享一个主密钥。

使用DS28C40或者DS28E40提供的独一ID及该主密钥，一真个电池供给商及另外一真个安装机构为特定模组计较出独一的派生同享密钥。所述派生密钥采用SHA-256算法来计较。此计较由电池模组侧的DS28C40/DS28E40履行，也可由汽车/电池治理侧的DS2478履行。

图5.派生密钥计较

挑战于在，一级主密钥必需始终遭到掩护。为此，往往需要于供给链的各个环节设立安全举措措施，但如许做不仅实行难度年夜，并且成本昂扬。ADI公司可以代表OEM或者一级客户设置主密钥，从而免去他们掩护举措措施物理安全的承担，并降服对于称加密要领的一个重要弱点。

另外一方面，基在ECDSA的非对于称认证方案的重要长处是防止了同享密钥。此外，基在证书的方案撑持每一个电池模组实现独一密钥对于。

图6.制造时期板载密钥对于的天生及证书安装历程

图7.基在证书的身份验证

该方案的一个重要长处是，模组可以依附其独占的私钥举行认证，该私钥始终驻留于DS28C40或者DS28E40的安全存储器中。显然，相较在同享密钥方案，私钥受到泄露的危害要低患上多。独一需要举措措施安全防护的环节是认证机构利用其私钥对质书举行署名的操作。此环节可由OEM或者电池供给商利用所谓的硬件安全模块，经由过程合理的投入来完成，而无需为整个举措措施提供物理安全防护。密钥对于天生及证书署名也能够委托给ADI公司，OEM或者电池供给商收到的器件可直接集成，无需分外配置。

但于享受这类矫捷性的同时，也要支付必然的价钱：每一次电池认证，都需要运行两次ECDSA验证操作，致使认证履行时间延伸。于模组以菊花链方式毗连的配置中，每一次引擎启动都需要较长的认证时间，是以这类方案的实用性年夜打扣头。

为了降服这一错误谬误，同时仍旧保留基在SHA-256的认证的上风和机能，配置同享密钥的一种替换要领是使用DS28C40的非对于称加密能力：DS28C40撑持椭圆曲线Diffie-Hellman (ECDH)算法。该算法撑持为两个彼此认证的实体计较一个同享密钥。

图8.利用Diffie-Hellman算法成立同享密钥

于此方案中，密钥及证书别离安装于电池及车辆中。证书受相干认证机构的信托。认证历程可能触及多家电池供给商的认证机构和多家电池治理节制器一级供给商。

安装时，于汽车及电池模组举行ECDSA彼此认证以后，利用ECDH算法于汽车电池治理节制器(BMC)及电池模组上计较同享密钥。计较发生于BMC侧的DS2478上和电池模组侧的DS28C40/DS28E40上，获得的同享密钥存储于DS28C40或者DS28E40的安全存储器中。每一次需要认证操作时，可使用同享密钥运行HMAC/SHA-256身份验证。耗时的非对于称认证及同享密钥计较只需于安装时期举行一次，电池认证时期机能不受影响。如许既能于汽车启动时阐扬SHA-256的机能上风，又能确保密钥于整个供给链中不会被泄露。

患上益在非对于称加密及证书的矫捷性，上述方案可以顺应更繁杂的供给链构造。有关所有可能版本的更多信息，请接洽ADI公司代表。

公钥证书存储使汽车OEM可以或许：

使用现有公钥基础举措措施(PKI)来治理OEM及一级供给商密钥。

实现车辆与电池模组的配对于。

安全存储器可以存储及掩护敏感数据，例如可追溯性信息、制造数据及生命周期信息。

与ADI电池治理体系相联合

有线电池治理体系

于ADI有线BMS中，电池治理节制器经由过程ISO SPI与电池模组通讯。ISO SPI和谈答应两个断绝器件举行串行外设接口(SPI)通讯。ISO SPI具备I2C地道能力，撑持与DS28C40毗连，如图9所示。经由过程这类通讯前言，BMC可以零丁验证每一个电池模组的身份。有关ISO SPI的更多信息，请参阅本文。

图9.有线电池治理体系

无线电池治理体系

虽然ADI公司的wBMS解决方案具备内置安全性，但对于电池模组自己举行身份验证仍旧成心义。假如您对于此类解决方案感兴致，请接洽ADI公司发卖代表。

利用安全认证器举行退役处置惩罚

正如本运用条记第一部门所述，将退役的电动汽车电池从头部署在固定式储能中央，是应答将来情况挑战的主要举措。

为此，必需确保这些退役电池于其机能已经不切合电动汽车要求后，再也不反复用在其他车辆。也就是说，应以安全且不成逆的方式对于电动汽车电池模组举行退役处置惩罚。除了了电池模组认证以外，DS28C40、DS28E40及DS2478还有撑持安全退役。一个很直不雅的设法是：咱们可以于电池模组附加的芯片中存储一个“邪术值”（即肆意已经知的预设值），使用它来判定电池模组是否仍可用在电动汽车，还有是已经经退役。这类简朴要领只有于满意如下前提时才成心义：

未经授权的实体没法更改存储器内容。

从存储器中读出的值是可托的，而且于读取时不会被修改。

不然，进犯者只需于编程或者读取阶段更改存储器内容，即可轻松粉碎该机制，从头启用本应退役的电池模组。

DS28C40或者DS28E40和可选配的DS2478提供了确生存储器内容可托的机制。6kb板载一次性可编程存储器(OTP)的用户页面掩护设置可能按照需求举行自界说。更详细地说，经由过程将掩护设置为“认证写入”，可以避免未经授权写入页面。

为了对于写入操作举行认证，有用载荷数据会附加哈希动静认证码(HMAC)。HMAC是有用载荷数据及同享密钥的函数。患上益在SHA-256的数学特征，不知道密钥就没法伪造HMAC。如许就能够确保，只有车辆的BMC或者授权办事中央才被答应对于存储邪术值的存储器页面举行编程。一旦邪术值被写入板载芯片存储器中，进犯者就没法修改它。

读取存储器内容时，DS28C40或者DS28E40也会按照IC中存储的密钥附加HMAC，从而包管从存储器中读取的值是可托的。一样，因为进犯者不知道同享密钥，是以没法替代从存储器中提取的值。

图10.写入及读取邪术值以确保安全退役

结语

ADI公司为各种垂直市场及运用提供身份验证解决方案已经有逾35年汗青。ADI公司的成熟技能可以或许保障医疗配件及耗材的安全，避免患者利用劣质产物，从而有用守护患者的康健与安全。这些技能此刻可用来应答电动汽车及情况掩护面对的庞大挑战。

借助ADI公司的安全认证器，开发者可以或许实现强加密掩护，而无需依靠繁杂或者过分设计且昂贵的解决方案。

参考文献

1. “Lithium-ion battery fires are happening more often.Here s how to prevent them” | CNN Business

2. “Electric vehicles, second life batteries, and their effect on the power sector” | McKinsey

3. Innovative Smart Power Service Solution

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