【導讀】汽(qi)車(che)電(dian)動(dong)化(hua)浪(lang)潮(chao)正(zheng)席(xi)卷(juan)全(quan)球(qiu)，這(zhe)場(chang)深(shen)刻(ke)的(de)產(chan)業(ye)變(bian)革(ge)不(bu)僅(jin)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)了(le)交(jiao)通(tong)運(yun)輸(shu)領(ling)域(yu)的(de)碳(tan)排(pai)放(fang)，更(geng)有(you)力(li)推(tui)動(dong)了(le)能(neng)源(yuan)結(jie)構(gou)的(de)綠(lv)色(se)轉(zhuan)型(xing)。得(de)益(yi)於(yu)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)的(de)持(chi)續(xu)突(tu)破(po)，現(xian)代(dai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)續(xu)航(hang)能(neng)力(li)已(yi)達(da)到(dao)與(yu)傳(chuan)統(tong)燃(ran)油(you)車(che)相(xiang)當(dang)的(de)水(shui)平(ping)
，加(jia)速(su)性(xing)能(neng)甚(shen)至(zhi)更(geng)勝(sheng)一(yi)籌(chou)。隨(sui)著(zhe)全(quan)球(qiu)每(mei)年(nian)近(jin)億(yi)輛(liang)新(xin)車(che)的(de)生(sheng)產(chan)規(gui)模(mo)，鋰(li)離(li)子(zi)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)的(de)應(ying)用(yong)正(zheng)進(jin)入(ru)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)的(de)高(gao)速(su)發(fa)展(zhan)期(qi)
，為(wei)可(ke)持(chi)續(xu)交(jiao)通(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)提(ti)供(gong)了(le)堅(jian)實(shi)的(de)技(ji)術(shu)支(zhi)撐(cheng)。

汽(qi)車(che)電(dian)動(dong)化(hua)浪(lang)潮(chao)正(zheng)席(xi)卷(juan)全(quan)球(qiu)，這(zhe)場(chang)深(shen)刻(ke)的(de)產(chan)業(ye)變(bian)革(ge)不(bu)僅(jin)顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)了(le)交(jiao)通(tong)運(yun)輸(shu)領(ling)域(yu)的(de)碳(tan)排(pai)放(fang)，更(geng)有(you)力(li)推(tui)動(dong)了(le)能(neng)源(yuan)結(jie)構(gou)的(de)綠(lv)色(se)轉(zhuan)型(xing)。得(de)益(yi)於(yu)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)技(ji)術(shu)的(de)持(chi)續(xu)突(tu)破(po)，現(xian)代(dai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)續(xu)航(hang)能(neng)力(li)已(yi)達(da)到(dao)與(yu)傳(chuan)統(tong)燃(ran)油(you)車(che)相(xiang)當(dang)的(de)水(shui)平(ping)
，加(jia)速(su)性(xing)能(neng)甚(shen)至(zhi)更(geng)勝(sheng)一(yi)籌(chou)。隨(sui)著(zhe)全(quan)球(qiu)每(mei)年(nian)近(jin)億(yi)輛(liang)新(xin)車(che)的(de)生(sheng)產(chan)規(gui)模(mo)
，鋰(li)離(li)子(zi)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)的(de)應(ying)用(yong)正(zheng)進(jin)入(ru)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)的(de)高(gao)速(su)發(fa)展(zhan)期(qi)，為(wei)可(ke)持(chi)續(xu)交(jiao)通(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)提(ti)供(gong)了(le)堅(jian)實(shi)的(de)技(ji)術(shu)支(zhi)撐(cheng)。

全球每年生產約1億輛新車，鋰離子電池的應用達到了空前的規模。電動汽車(EV)zhizaoshangjiangyincimianlinyixiliexindetiaozhan，ertuoshanyingduizhexietiaozhanyichengweixingyededangwuzhiji。shouxian，anquanshizhongshishouyaokaoliang，zhebujinguanhucheneirenyuan，duixingrenheqitacheliangzhongderenyuanyetongyangzhongyao。qici，suizheshiyongshoumingyouxiandecheyongdianchidedaguimobushu
，bixuguanzhukechixunengyuanhehuanjingwenti。zuihou，diandongqichedianchishigaojiazhibujian，genghuanchengbengaoang。zhekenenghuiyoufadaoqiexingwei，cuishengbeidaodianchideheishijiaoyi。ruguoqicheyuanshishebeizhizaoshang(OEM)對這三個問題處理不慎
，不僅會造成自身品牌聲譽受損，而且正品OEM更換電池的銷售收入也會流失。電動汽車電池的安全認證可以幫助解決這些問題。ADI公司還提供有線電池管理係統(BMS)拓撲解決方案。本篇文章重點關注了有線BMS應用

，並詳細介紹能夠增強電動汽車電池安全性的汽車安全認證器。如果您希望結合無線電池管理係統(wBMS)解決方案實現電池認證功能
，請聯係ADI公司代表。配備DS28C40等認證器的電池模組可從源頭確保安全。

安an全quan與yu防fang護hu往wang往wang相xiang互hu依yi存cun。就jiu汽qi車che而er言yan
，如ru果guo關guan鍵jian係xi統tong的de安an全quan性xing得de不bu到dao保bao障zhang，車che輛liang的de整zheng體ti安an全quan性xing就jiu可ke能neng被bei削xue弱ruo。以yi鋰li離li子zi電dian池chi為wei例li，產chan品pin製zhi造zao缺que陷xian可ke能neng引yin發fa火huo災zai和he爆bao炸zha1。與OEM認ren證zheng產chan品pin相xiang比bi
，未wei經jing授shou權quan的de製zhi造zao商shang所suo生sheng產chan的de電dian池chi價jia格ge可ke能neng較jiao低di，但dan在zai結jie構gou用yong料liao和he安an全quan檢jian測ce方fang麵mian往wang往wang不bu達da標biao。大da多duo數shu電dian池chi雖sui不bu至zhi於yu引yin起qi火huo災zai，但dan性xing能neng下xia降jiang可ke能neng間jian接jie損sun害haiOEM的品牌聲譽。正品電池在汽車中結束使用壽命後，通常仍具備“第二次生命”的潛力，可重新部署於固定式儲能中心。為了防止正品OEM電(dian)池(chi)被(bei)重(zhong)新(xin)用(yong)於(yu)其(qi)他(ta)車(che)輛(liang)，應(ying)通(tong)過(guo)不(bu)可(ke)逆(ni)的(de)報(bao)廢(fei)程(cheng)序(xu)將(jiang)其(qi)退(tui)役(yi)。數(shu)字(zi)認(ren)證(zheng)技(ji)術(shu)讓(rang)汽(qi)車(che)能(neng)夠(gou)識(shi)別(bie)所(suo)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)的(de)真(zhen)偽(wei)
，確(que)保(bao)僅(jin)使(shi)用(yong)正(zheng)品(pin)電(dian)池(chi)，拒(ju)絕(jue)假(jia)冒(mao)產(chan)品(pin)。ADI公司的DS28C40和DS28E40認證器就屬於此類設備，不僅提供認證功能，還能將電池使用記錄安全存放在存儲器中，實現可追溯性。製造信息、服務信息和退役狀態等關鍵信息，可以輕鬆存儲在由認證器數字簽名的安全一次性可編程(OTP)存儲器中。

隨(sui)著(zhe)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)逐(zhu)漸(jian)老(lao)化(hua)，其(qi)單(dan)次(ci)充(chong)電(dian)所(suo)能(neng)儲(chu)存(cun)的(de)能(neng)量(liang)及(ji)可(ke)提(ti)供(gong)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)都(dou)會(hui)下(xia)降(jiang)，導(dao)致(zhi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)續(xu)航(hang)裏(li)程(cheng)縮(suo)短(duan)和(he)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)下(xia)降(jiang)。每(mei)年(nian)有(you)數(shu)千(qian)萬(wan)至(zhi)數(shu)億(yi)的(de)電(dian)池(chi)包(bao)退(tui)役(yi)

，二(er)次(ci)利(li)用(yong)是(shi)提(ti)升(sheng)能(neng)源(yuan)可(ke)持(chi)續(xu)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)途(tu)徑(jing)2。固定式儲能中心能夠非常有效地儲存能源，並且平抑風能、太(tai)陽(yang)能(neng)等(deng)波(bo)動(dong)性(xing)較(jiao)大(da)的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)電(dian)力(li)輸(shu)出(chu)。退(tui)役(yi)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)重(zhong)新(xin)部(bu)署(shu)到(dao)這(zhe)些(xie)固(gu)定(ding)式(shi)儲(chu)能(neng)中(zhong)心(xin)。可(ke)追(zhui)溯(su)性(xing)依(yi)然(ran)重(zhong)要(yao)，不(bu)僅(jin)要(yao)記(ji)錄(lu)電(dian)池(chi)加(jia)入(ru)儲(chu)能(neng)中(zhong)心(xin)的(de)時(shi)間(jian)，還(hai)要(yao)追(zhui)蹤(zong)電(dian)池(chi)的(de)各(ge)項(xiang)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)。

圖1.電動汽車電池生命周期

如今，大多數電動汽車電池包難以拆卸
，因此並非盜竊的主要目標。另一方麵
，一些OEM提出了輕鬆更換電池包的策略3：建立一個配備預充電電池包和專用電池包存取設備的換電站體係，讓駕駛員能在極短時間內完成補能，比現有燃油車(ICE)加jia油you還hai要yao迅xun捷jie。由you於yu電dian動dong汽qi車che電dian池chi價jia值zhi高gao昂ang，這zhe種zhong做zuo法fa無wu疑yi容rong易yi招zhao來lai竊qie賊zei。通tong過guo身shen份fen驗yan證zheng器qi將jiang電dian池chi與yu特te定ding車che輛liang綁bang定ding，可ke以yi有you效xiao防fang止zhi竊qie賊zei將jiang電dian池chi從cong原yuan車che拆chai下xia後hou，再zai安an裝zhuang到dao其qi他ta車che輛liang上shang。為wei實shi現xian這zhe一yi機ji製zhi，授shou權quan換huan電dian站zhan在zai日ri常chang電dian池chi更geng換huan操cao作zuo中zhong，必bi須xu能neng夠gou連lian接jie到dao電dian池chi電dian子zi控kong製zhi單dan元yuan(ECU)，並啟動與授權電池的配對過程。服務站設備可能需要通過雲連接，為汽車OEM提供合法配對操作記錄的審計路徑。這種方法所需的基礎設施相當龐大。因此，倡導換電策略的OEM是否會繼續推進實施
，仍有待觀察。

實施電動汽車電池認證

質詢-響應身份驗證的優勢

上(shang)文(wen)探(tan)討(tao)了(le)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)認(ren)證(zheng)和(he)退(tui)役(yi)處(chu)理(li)的(de)不(bu)同(tong)動(dong)因(yin)，包(bao)括(kuo)防(fang)止(zhi)電(dian)池(chi)在(zai)未(wei)經(jing)授(shou)權(quan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)再(zai)次(ci)用(yong)於(yu)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)。接(jie)下(xia)來(lai)，我(wo)們(men)將(jiang)明(ming)確(que)提(ti)出(chu)一(yi)種(zhong)足(zu)夠(gou)強(qiang)大(da)的(de)實(shi)施(shi)方(fang)案(an)
，以(yi)真(zhen)正(zheng)確(que)保(bao)用(yong)戶(hu)安(an)全(quan)和(he)車(che)輛(liang)性(xing)能(neng)，同(tong)時(shi)保(bao)護(hu)汽(qi)車(che)OEM的經濟利益和品牌聲譽。

一些看似直觀的方法，例如通過序列號追蹤或將數據存儲在無安全防護的存儲器中
，往往容易被攻破
，缺乏足夠的安全強度：一yi名ming具ju備bei中zhong等deng技ji術shu水shui平ping並bing使shi用yong低di成cheng本ben設she備bei的de黑hei客ke，一yi般ban在zai半ban天tian時shi間jian內nei就jiu能neng繞rao過guo此ci類lei安an全quan措cuo施shi。身shen份fen驗yan證zheng方fang法fa的de強qiang度du應ying與yu所suo需xu應ying對dui的de挑tiao戰zhan相xiang匹pi配pei。強qiang身shen份fen驗yan證zheng需xu要yao借jie助zhu加jia密mi手shou段duan。對dui於yu許xu多duo應ying用yong而er言yan，質zhi詢xun-響應認證已被證明是驗證設備或備件身份的首選技術。

圖2.通過質詢-響應認證，在不泄露任何秘密信息的情況下對電池進行認證

采用對稱和非對稱方案的質詢-響應身份驗證

質詢-響應認證必須以強健的算法作為支撐。ADI公司的DS2478、DS28C40和DS28E40支持以下算法：

安全哈希算法(SHA)，它基於汽車BMS和電芯之間的共享密鑰，是一種對稱方案。

基於橢圓曲線數字簽名算法(ECDSA)的非對稱方案，它在模組中使用私鑰，在汽車側BMS上使用公鑰。

圖3.采用基於SHA-256的對稱方案實現質詢-響應認證

圖4.采用基於ECDSA的非對稱方案實現質詢-響應認證

ECDSA和SHA算法被密碼專家公認為安全性較高的算法，並已由美國國家標準與技術研究院(NIST)實現標準化。

DS2478、DS28C40和DS28E40均符合汽車AEC-Q100標準
，專為子係統或備件認證而設計。它們支持認證所需的基本特性，避免了市麵上解決方案的功能堆砌和過度設計。

這些安全IC中的硬件加速器支持SHA-256和ECDSA計算。

現在，我們來探討對稱和非對稱認證方法的優點與局限性。

基於SHA-256的對稱方案的主要優點是性能。雖然SHA-256是一種高安全性算法，但其複雜度適中。因此，它計算速度很快
，運行一個模組的質詢-響應認證大約需要5ms。 

該方案要求特定汽車和車上所有電池模組共享同一密鑰。

安裝此類共享密鑰的一種可能方法如下：

電池供應商和OEM（以及授權維修機構）最初共享一個主密鑰。

利用DS28C40或DS28E40提供的唯一ID和該主密鑰

，一端的電池供應商和另一端的安裝機構為特定模組計算出唯一的派生共享密鑰。所述派生密鑰采用SHA-256算法來計算。此計算由電池模組側的DS28C40/DS28E40執行
，也可由汽車/電池管理側的DS2478執行。

圖5.派生密鑰計算

挑(tiao)戰(zhan)在(zai)於(yu)，一(yi)級(ji)主(zhu)密(mi)鑰(yao)必(bi)須(xu)始(shi)終(zhong)受(shou)到(dao)保(bao)護(hu)。為(wei)此(ci)，往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)在(zai)供(gong)應(ying)鏈(lian)的(de)各(ge)個(ge)環(huan)節(jie)設(she)立(li)安(an)全(quan)設(she)施(shi)
，但(dan)這(zhe)樣(yang)做(zuo)不(bu)僅(jin)實(shi)施(shi)難(nan)度(du)大(da)，而(er)且(qie)成(cheng)本(ben)高(gao)昂(ang)。ADI公司可以代表OEM或一級客戶設置主密鑰，從而免除他們保護設施物理安全的負擔，並克服對稱加密方法的一個主要弱點。

另一方麵，基於ECDSA的非對稱認證方案的主要優點是避免了共享密鑰。此外，基於證書的方案支持每個電池模組實現唯一密鑰對。

圖6.製造期間板載密鑰對的生成和證書安裝過程

圖7.基於證書的身份驗證

該方案的一個主要優點是
，模組可以憑借其獨有的私鑰進行認證，該私鑰始終駐留在DS28C40或DS28E40的de安an全quan存cun儲chu器qi中zhong。顯xian然ran，相xiang較jiao於yu共gong享xiang密mi鑰yao方fang案an，私si鑰yao遭zao到dao泄xie露lu的de風feng險xian要yao低di得de多duo。唯wei一yi需xu要yao設she施shi安an全quan防fang護hu的de環huan節jie是shi認ren證zheng機ji構gou使shi用yong其qi私si鑰yao對dui證zheng書shu進jin行xing簽qian名ming的de操cao作zuo。此ci環huan節jie可ke由youOEM或(huo)電(dian)池(chi)供(gong)應(ying)商(shang)使(shi)用(yong)所(suo)謂(wei)的(de)硬(ying)件(jian)安(an)全(quan)模(mo)塊(kuai)，通(tong)過(guo)合(he)理(li)的(de)投(tou)入(ru)來(lai)完(wan)成(cheng)，而(er)無(wu)需(xu)為(wei)整(zheng)個(ge)設(she)施(shi)提(ti)供(gong)物(wu)理(li)安(an)全(quan)防(fang)護(hu)。密(mi)鑰(yao)對(dui)生(sheng)成(cheng)和(he)證(zheng)書(shu)簽(qian)名(ming)也(ye)可(ke)以(yi)委(wei)托(tuo)給(gei)ADI公司
，OEM或電池供應商收到的器件可直接集成
，無需額外配置。

但在享受這種靈活性的同時，也要付出一定的代價：每次電池認證，都需要運行兩次ECDSAyanzhengcaozuo
，daozhirenzhengzhixingshijianyanchang。zaimozuyijuhualianfangshilianjiedepeizhizhong，meiciyinqingqidongdouxuyaojiaochangderenzhengshijian，yincizhezhongfangandeshiyongxingdadazhekou。

為了克服這一缺點，同時仍然保留基於SHA-256的認證的優勢及性能，配置共享密鑰的一種替代方法是利用DS28C40的非對稱加密能力：DS28C40支持橢圓曲線Diffie-Hellman (ECDH)算法。該算法支持為兩個相互認證的實體計算一個共享密鑰。

圖8.使用Diffie-Hellman算法建立共享密鑰

在zai此ci方fang案an中zhong，密mi鑰yao和he證zheng書shu分fen別bie安an裝zhuang在zai電dian池chi和he車che輛liang中zhong。證zheng書shu受shou相xiang關guan認ren證zheng機ji構gou的de信xin任ren。認ren證zheng過guo程cheng可ke能neng涉she及ji多duo家jia電dian池chi供gong應ying商shang的de認ren證zheng機ji構gou及ji多duo家jia電dian池chi管guan理li控kong製zhi器qi一yi級ji供gong應ying商shang。

安裝時，在汽車和電池模組進行ECDSA相互認證之後，使用ECDH算法在汽車電池管理控製器(BMC)和電池模組上計算共享密鑰。計算發生在BMC側的DS2478上及電池模組側的DS28C40/DS28E40上
，得到的共享密鑰存儲在DS28C40或DS28E40的安全存儲器中。每次需要認證操作時，可以使用共享密鑰運行HMAC/SHA-256身份驗證。耗時的非對稱認證和共享密鑰計算隻需在安裝期間進行一次，電池認證期間性能不受影響。這樣既能在汽車啟動時發揮SHA-256的性能優勢，又能確保密鑰在整個供應鏈中不會被泄露。

得益於非對稱加密和證書的靈活性，上述方案可以適應更複雜的供應鏈組織。有關所有可能版本的更多信息，請聯係ADI公司代表。

公鑰證書存儲使汽車OEM能夠：

利用現有公鑰基礎設施(PKI)來管理OEM和一級供應商密鑰。

實現車輛與電池模組的配對。

安全存儲器可以存儲和保護敏感數據，例如可追溯性信息、製造數據和生命周期信息。

與ADI電池管理係統相結合

有線電池管理係統

在ADI有線BMS中，電池管理控製器通過ISO SPI與電池模組通信。ISO SPI協議允許兩個隔離器件進行串行外設接口(SPI)通信。ISO SPI具有I2C隧道能力
，支持與DS28C40連接，如圖9所示。通過這種通信媒介，BMC可以單獨驗證每個電池模組的身份。有關ISO SPI的更多信息，請參閱本文。

圖9.有線電池管理係統

無線電池管理係統

雖然ADI公司的wBMS解決方案具有內置安全性，但對電池模組本身進行身份驗證仍然有意義。如果您對此類解決方案感興趣，請聯係ADI公司銷售代表。

使用安全認證器進行退役處理

正如本應用筆記第一部分所述，將退役的電動汽車電池重新部署於固定式儲能中心，是應對未來環境挑戰的重要舉措。

為wei此ci，必bi須xu確que保bao這zhe些xie退tui役yi電dian池chi在zai其qi性xing能neng已yi不bu符fu合he電dian動dong汽qi車che要yao求qiu後hou
，不bu再zai重zhong複fu用yong於yu其qi他ta車che輛liang。也ye就jiu是shi說shuo

，應ying以yi安an全quan且qie不bu可ke逆ni的de方fang式shi對dui電dian動dong汽qi車che電dian池chi模mo組zu進jin行xing退tui役yi處chu理li。除chu了le電dian池chi模mo組zu認ren證zheng之zhi外wai
，DS28C40、DS28E40和DS2478還支持安全退役。一個很直觀的想法是：我們可以在電池模組附加的芯片中存儲一個“魔法值”（即任意已知的預設值），利用它來判斷電池模組是否仍可用於電動汽車，還是已經退役。這種簡單方法隻有在滿足以下條件時才有意義：

未經授權的實體無法更改存儲器內容。

從存儲器中讀出的值是可信的，並且在讀取時不會被修改。

否則，攻擊者隻需在編程或讀取階段更改存儲器內容
，便可輕鬆破壞該機製
，重新啟用本應退役的電池模組。

DS28C40或DS28E40及可選配的DS2478提供了確保存儲器內容可信的機製。6kb板載一次性可編程存儲器(OTP)的用戶頁麵保護設置可能根據需求進行自定義。更具體地說，通過將保護設置為“認證寫入”，可以防止未經授權寫入頁麵。

為了對寫入操作進行認證，有效載荷數據會附加哈希消息認證碼(HMAC)。HMAC是有效載荷數據和共享密鑰的函數。得益於SHA-256的數學特性
，不知道密鑰就無法偽造HMAC。這樣就可以確保，隻有車輛的BMC或授權服務中心才被允許對存儲魔法值的存儲器頁麵進行編程。一旦魔法值被寫入板載芯片存儲器中，攻擊者就無法修改它。

讀取存儲器內容時，DS28C40或DS28E40也會根據IC中存儲的密鑰附加HMAC

，從而保證從存儲器中讀取的值是可信的。同樣，由於攻擊者不知道共享密鑰
，因此無法替換從存儲器中提取的值。

圖10.寫入和讀取魔法值以確保安全退役

結語

ADI公司為各類垂直市場和應用提供身份驗證解決方案已有逾35年曆史。ADIgongsidechengshujishunenggoubaozhangyiliaopeijianhehaocaideanquan，fangzhihuanzheshiyongliezhichanpin，congeryouxiaoshouhuhuanzhedejiankangyuanquan。zhexiejishuxianzaikeyonglaiyingduidiandongqichehehuanjingbaohumianlindezhongdatiaozhan。

借助ADI公司的安全認證器
，開發者能夠實現強加密保護，而無需依賴複雜或過度設計且昂貴的解決方案。

參考文獻

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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