在V2X通信中，車(chē)輛與路側(cè)設(shè)備（RSU）需實(shí)時(shí)交換關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如緊急制動(dòng)、道路異常等場(chǎng)景信息）。為了確保車(chē)輛與周?chē)h(huán)境之間的V2X通信安全，通常會(huì)基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）來(lái)部署通信安全認(rèn)證系統(tǒng)。

盡管不同國(guó)家和地區(qū)的PKI架構(gòu)存在差異，但大體相似，這里簡(jiǎn)要介紹中國(guó)《YD/T 3957-2021》標(biāo)準(zhǔn)義的LTE-V2X證書(shū)管理系統(tǒng)。其架構(gòu)如下圖所示:

圖1：LTE-V2X 證書(shū)管理體系架構(gòu)

1. V2X安全系統(tǒng)核心組件：

根證書(shū)機(jī)構(gòu)（Root CA）：LTE-V2X系統(tǒng)最高信任源，負(fù)責(zé)簽發(fā)LTE-V2X證書(shū)機(jī)構(gòu)的數(shù)字證書(shū)，并維護(hù)根證書(shū)生命周期。

LTE-V2X證書(shū)機(jī)構(gòu)（分層架構(gòu)）：負(fù)責(zé)管理LTE-V2X安全通信應(yīng)用相關(guān)數(shù)字證書(shū)，根據(jù)證書(shū)類(lèi)型及用途不同，可分為：注冊(cè)證書(shū)機(jī)構(gòu)（ECA）、假名證書(shū)機(jī)構(gòu)（PCA）、應(yīng)用證書(shū)機(jī)構(gòu)（ACA）。

-注冊(cè)證書(shū)機(jī)構(gòu)（ECA）：負(fù)責(zé)向V2X設(shè)備簽發(fā)注冊(cè)證書(shū)，用于設(shè)備身份初始認(rèn)證。

-假名證書(shū)機(jī)構(gòu)（PCA）：負(fù)責(zé)向OBU簽發(fā)假名證書(shū)，用于簽名基本安全消息（BSM），實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)。

-應(yīng)用證書(shū)機(jī)構(gòu)（ACA）：負(fù)責(zé)向OBU簽發(fā)身份證書(shū)、向RSU等簽發(fā)應(yīng)用證書(shū)。OBU會(huì)使用身份證書(shū)向RSU證明其身份，RSU使用應(yīng)用證書(shū)對(duì)其發(fā)送的特定應(yīng)用消息（如SPAT）進(jìn)行數(shù)字簽名。

認(rèn)證授權(quán)機(jī)構(gòu)（AAA）：執(zhí)行V2X設(shè)備的身份認(rèn)證與權(quán)限分配，確保僅授權(quán)設(shè)備可接入證書(shū)管理系統(tǒng)。

V2X設(shè)備：包括車(chē)載單元（OBU）和路側(cè)單元（RSU），需通過(guò)證書(shū)實(shí)現(xiàn)消息簽名與驗(yàn)簽。

2. V2X安全通信流程

在基于LTE的車(chē)聯(lián)網(wǎng)中，V2X設(shè)備使用基于數(shù)字證書(shū)的應(yīng)用層安全機(jī)制進(jìn)行消息的簽名和驗(yàn)證，發(fā)送端對(duì)V2X消息添加數(shù)字簽名，接收端驗(yàn)證簽名的有效性及證書(shū)的可信鏈。發(fā)送方和接收方必須擁有相同的根證書(shū)，或者發(fā)送方的根證書(shū)已包含在接收方的可信證書(shū)列表（CTL）中。否則消息將被拒絕并丟棄。

V2X安全測(cè)試：

測(cè)試工具的核心要求

在LTE-V2X安全通信測(cè)試中，通常需要將被測(cè)設(shè)備（DUT）置于各種場(chǎng)景中進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試工具需要根據(jù)預(yù)設(shè)場(chǎng)景生成對(duì)應(yīng)的V2X報(bào)文。同時(shí)，這些報(bào)文還需包含基于證書(shū)生成的安全協(xié)議數(shù)據(jù)單元（SPDU）。為了實(shí)現(xiàn)證書(shū)的分發(fā)及SPDU的生成，測(cè)試工具必須能夠識(shí)別、管理和應(yīng)用PKI。

測(cè)試工具需滿足以下要求：

支持生成自定義證書(shū)，并允許用戶靈活配置證書(shū)屬性（如有效期等）；

支持從外部導(dǎo)入證書(shū)。在實(shí)際測(cè)試中，DUT通常已配置安全證書(shū)。測(cè)試設(shè)備所使用證書(shū)也應(yīng)從同一提供商獲取，并與DUT的根證書(shū)需保持一致，以便與DUT通信從而滿足測(cè)試需求；

支持將生成的證書(shū)導(dǎo)出并提供給DUT；

能夠生成用于驗(yàn)證異常場(chǎng)景的證書(shū)，例如已過(guò)期證書(shū)或權(quán)限不足的證書(shū)，以仿真復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境。支持使用證書(shū)簽署其發(fā)送的V2X報(bào)文；

具備驗(yàn)證接收消息簽名的能力。

基于CANoe的V2X安全通信方案

1. Security Manager證書(shū)管理

從CANoe18.0開(kāi)始，Security Manager引入了支持管理V2X PKI的安全配置文件（Security Profile）的全新模板，可根據(jù)歐盟、美國(guó)和中國(guó)等地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)生成或?qū)胱C書(shū)。在測(cè)試過(guò)程中，可以將外部的證書(shū)導(dǎo)入Security Manager，用于對(duì)DUT進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；也可以生成測(cè)試PKI，并將其根證書(shū)添加到DUT的證書(shū)信任列表（CTL），從而使DUT接受使用測(cè)試PKI簽名的測(cè)試消息。

使用Security Manager配置V2X證書(shū)的基本步驟：

打開(kāi)Security Manager并選擇V2X模板

在CANoe的工具菜單（Tools）中打開(kāi)Security Manager。在左側(cè)的Security Profile Explorer中，選擇V2X PKI模板，然后點(diǎn)擊工具欄中Security Profile欄的Add按鈕，創(chuàng)建一個(gè)新的安全配置文件。

設(shè)置安全配置文件參數(shù)

選擇新建的Security Profile，點(diǎn)擊工具欄中Parameters欄的Add按鈕。在彈出的窗口中為證書(shū)組命名，并選擇所使用的證書(shū)標(biāo)準(zhǔn)（如ETSI、IEEE或中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）。

圖2：Security Manager添加Security Profile

添加或?qū)胱C書(shū)

在右側(cè)編輯窗口中，找到V2X Certificates欄目，點(diǎn)擊Parameters欄的Add按鈕添加證書(shū)?？梢赃x擇創(chuàng)建新證書(shū)，也可以導(dǎo)入現(xiàn)有證書(shū)。如果有從其他項(xiàng)目中導(dǎo)出的*.c2xcert文件，可右鍵點(diǎn)擊V2X Certificate Group，選擇Import直接導(dǎo)入證書(shū)文件。

圖3：Security Manager配置證書(shū)

查看和管理證書(shū)

配置完成后，Security Manager會(huì)以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)顯示安全配置文件的詳細(xì)內(nèi)容，包括證書(shū)及其私鑰信息，便于進(jìn)一步管理和檢查。

圖4：Security Manager查看證書(shū)列表

2. V2X安全報(bào)文配置與監(jiān)控

激活V2X Security配置

進(jìn)入Simulation -> Security Configuration，切換到V2X頁(yè)面，選擇配置好的Security Profile，并激活對(duì)應(yīng)的證書(shū)組。

圖5：Security Configuration激活V2X Profile

V2X數(shù)據(jù)庫(kù)中為報(bào)文配置證書(shū)

打開(kāi)Car2x Network Explorer，可以通過(guò)編輯數(shù)據(jù)庫(kù)中報(bào)文的相關(guān)屬性來(lái)配置證書(shū)信息：

圖6：為V2X報(bào)文關(guān)聯(lián)證書(shū)

Certificate Name：若仿真的V2X報(bào)文中需要包含有安全報(bào)頭，則須在此處輸入對(duì)應(yīng)于Security Manager中配置的證書(shū)名稱。

Certificate Signer Type：選擇證書(shū)簽名類(lèi)型：Unsecured-報(bào)文中插入安全報(bào)頭，但不對(duì)有效載荷進(jìn)行簽名，Digest-安全報(bào)頭僅包含證書(shū)的摘要信息，Certificate-安全報(bào)頭包含完整的證書(shū)，Certificate Chain-安全報(bào)頭包含完整的證書(shū)鏈。

Certificate Change Time：指定證書(shū)更換的周期。

Certificate Matching：指定在證書(shū)更換時(shí)使用特定字段開(kāi)頭的證書(shū)。

Trace窗口觀測(cè)V2X安全報(bào)文

在通信和測(cè)試過(guò)程中，Trace窗口會(huì)實(shí)時(shí)顯示報(bào)文中的證書(shū)簽名者信息及其有效性狀態(tài)，完整的報(bào)文數(shù)據(jù)可以通過(guò)左側(cè)的Detail Views查看，比如所選報(bào)文中證書(shū)的詳細(xì)信息：

圖7：Trace窗口觀測(cè)V2X報(bào)文

Car2x Certificate Explorer實(shí)時(shí)安全狀態(tài)監(jiān)控

CANoe的Car2x Certificate Explorer窗口提供實(shí)時(shí)的證書(shū)信息查看功能，包括預(yù)先配置的證書(shū)以及在測(cè)量期間接收到的證書(shū)，可展示證書(shū)的可信狀態(tài)、層級(jí)結(jié)構(gòu)、有效期等關(guān)鍵信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)證書(shū)全生命周期的可視化監(jiān)控與管理。

如圖8所示，窗口左側(cè)顯示證書(shū)的概覽，右側(cè)則提供所選證書(shū)的詳細(xì)信息。通過(guò)導(dǎo)出功能，可以將證書(shū)保存至本地，方便在其他配置中重復(fù)使用。

圖8：Car2x Certificate Explorer窗口