基于安全FPGA SoC的可信执行环境，护航车载舱内AI

本文演示可信执行环境（TEE）结合安全FPGA SoC，如何保护现代汽车舱内AI系统。

系列第一部分"联网汽车中的可信执行环境"指出：TEE虽普及于智能手机，汽车系统采用仍有限。缺乏TEE会使关键车辆功能暴露于攻击。第二部分聚焦舱内AI案例，展示现代TEE与FPGA SoC如何构建强健安全基石。

典型舱内AI系统

舱内AI是高级驾驶辅助系统（ADAS）关键组件，部署比全自动驾驶更广。利用摄像头或其他传感器，提供情境安全引导，支持语音手势等直观交互。例如，内向摄像头监测卡车司机醉酒、分心、疲劳、倦怠迹象并预警防事故。该技术已普及商用车队，逐渐渗透乘用车提升驾驶安全。AI摄像头还能检测遗留儿童宠物，规避热害风险。

典型舱内平台追踪驾驶行为、验证安全带使用、可训练识别关注物体——手机、钥匙扣、婴儿座椅等。须对视频流执行ML推理、与其他ECU（如中央ADAS或车载娱乐）通信、支持安全固件升级。额外功能包括侧后视摄像头盲区检测、从中央ADAS卸载车内网络（IVN）认证。

硬件加固案例

Microchip PolarFire SoC FPGA典范集成混合关键性负载平台。FPGA结构高效执行ML推理，四核RISC-V处理器子系统处理控制监控任务。系统支持确定性RTOS与节能Linux发行版并行，如图1。

图1. PolarFire SoC舱内AI平台。ML推理跑FPGA结构。RISC-V SoC承载控制监控功能。

PolarFire SoC内置硬件安全特性：防篡改封装、差分功耗分析（DPA）对抗措施、SECDED保护的128 kB启动Flash实现安全启动。这些措施防侧信道攻击、防比特流克隆、允许车厂限制FPGA编程仅授权单元。

AI推理模型与数据资产保护

平台关键数据资产：

• IVN（CAN总线） — 未授权访问可危及车辆控制
• 驾乘人员PII — 隐私合规要求保密
• OTA代码与数据 — 抗篡改与劫持
• AI推理模型 — 面临知识产权窃取或模型投毒攻击
• 加密密钥 — IVN消息认证所需

为保障机密性、完整性、可用性（CIA）设计至关重要。典型攻击面与威胁：

实施可信执行环境

强制安全分离的TEE是零信任架构强力对策。Hex Five MultiZone® Security利用内存分区原语（RISC-V PMP、ARM MPU）和CPU特权级创建隔离区。在PolarFire SoC上，MultiZone将系统分区为5个安全容器，如图2。

图2. MultiZone在PolarFire SoC创建5区域。仅MultiZone运行于M模式（RISC-V CPU Ring 0）；每红框表示软件定义、硬件隔离区域。

五大区域：

1. OTA — 保护空中升级CIA
2. 摄像头 — 保障传感器数据流
3. IVN认证 — 类HSM功能，保护加密密钥和签名
4. RTOS — 控制IVN流量
5. Linux飞地 — 遏制操作系统源故障

此配置展示TEE与硬件加固如何为舱内AI建立基础安全平台。

TEE作为基础安全层

强健汽车安全态势应至少包含：

• 应用层安全控制
• 网络流量入侵检测/防御系统（IDPS）
• 安全OTA机制
• 可信执行环境
• 内置安全原语与信任根的硬件

将TEE引入车辆，与现代智能手机保护并行，为更高车辆安全铺路。

本文由Microchip Diptesh Nandi合著。

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