引言
随着现代汽车逐渐演变为复杂的、软件驱动的互联系统，网络威胁的攻击面正在迅速扩大。从自动驾驶功能、无线更新到车联网 (V2X) 通信，汽车行业迫切需要实施强大的网络安全策略。 汽车安全分析的威胁建模在识别、评估和缓解整个车辆生命周期中的潜在网络风险方面发挥着至关重要的作用。它使工程师和安全团队能够通过了解可能的攻击媒介（尤其是在ECU、信息娱乐单元和CAN总线等系统中）来主动设计防御措施。
随着 ISO/SAE 21434 等法规的兴起以及人们向设计安全转型的趋势，将威胁建模纳入汽车开发流程已不再是可有可无，而是势在必行。本指南探讨了车辆威胁建模如何增强汽车网络安全，概述了有效的技术、工具和最佳实践，并展示了如何实现互联汽车的合规性和端到端保护。
汽车安全中的威胁建模是什么？
在汽车网络安全领域，威胁建模是一个结构化流程，用于识别、分析和确定车辆系统中潜在网络威胁的优先级。它可以帮助工程师在设计阶段早期了解攻击者可能如何利用系统漏洞，以及如何降低这些风险。
汽车威胁建模的主要目标是通过将网络安全分析融入汽车开发生命周期的每个阶段（从概念到生产），确保设计安全。这种主动方法对于保护ECU、信息娱乐系统、远程信息处理单元和V2X模块等关键组件至关重要。
为什么威胁建模对于汽车网络安全至关重要？
现代汽车日益软件定义和互联，使其容易受到各种网络攻击。从远程代码执行到拒绝服务攻击，这些威胁可能危及车辆安全、乘客隐私和品牌声誉。
实施车辆威胁建模使制造商能够：
- 在汽车网络威胁被利用之前识别并缓解它们。
- 降低后期安全修复的成本。
- 符合ISO/SAE 21434等国际标准。
- 通过更安全、更有弹性的车辆建立消费者信任。
通过将网络安全威胁模型嵌入到工程流程中，组织可以增强防御针对汽车系统的复杂威胁的能力。
威胁建模与传统风险评估方法
虽然威胁建模和风险评估都旨在减少漏洞，但它们的重点和时间有所不同：
| 方面 | 威胁建模 | 风险评估 |
| 专注 | 识别潜在的攻击者目标、入口点和系统弱点 | 根据可能性和影响评估现有风险 |
| 定时 | 在系统设计阶段早期进行 | 通常在系统设计或部署之后执行 |
| 研究方法 | 场景驱动，以攻击者为中心（例如，STRIDE、攻击树） | 定量/定性评分模型 |
| 成果 | 设计中嵌入的可操作缓解措施 | 风险报告和建议的控制措施 |
与传统的汽车风险评估不同，威胁建模提供了详细的技术视角，展现了系统可能如何受到攻击，以及可以主动采取哪些预防措施。两者结合使用，构成了一个全面的汽车安全分析框架。
汽车系统中常见的网络威胁
汽车网络威胁示例
随着汽车互联化和自动驾驶技术日益成熟，潜在的汽车网络威胁也日益增多。现实世界的事件表明，网络攻击可能导致安全系统瘫痪、远程控制转向和刹车，甚至泄露驾驶员的敏感数据。
一些值得注意的例子包括：
- 远程访问信息娱乐系统可实现对车辆的完全控制。
- 对无钥匙进入系统的无线攻击可导致汽车盗窃。
- 通过无线 (OTA) 更新或受损的服务工具注入恶意软件。
- 欺骗或干扰 GPS 和 V2X 通信以误导车辆导航和行为。
这些事件凸显了严格的汽车安全分析和主动车辆威胁建模的必要性。
ECU、CAN 总线、信息娱乐和 V2X 中的常见攻击媒介
网络攻击者经常以车辆数字架构中的关键组件为目标，包括：
- 电子控制单元 (ECU)： 这些容易受到固件篡改、未经授权的诊断和通过暴露的调试端口进行权限提升的影响。
- 控制器局域网（CAN总线）： CAN 总线缺乏加密和身份验证，因此经常成为消息注入、欺骗和拒绝服务攻击的目标。
- 信息娱乐系统： 它们充当内部网络的网关，容易受到蓝牙、Wi-Fi 和基于 USB 的攻击。
- 车联网 (V2X) 接口： 攻击者可以拦截或操纵车辆与外部系统（例如交通基础设施或其他车辆）之间的通信。
每一种汽车攻击媒介都呈现出独特的风险，必须通过有效的网络安全威胁建模来解决。
尽早识别攻击面的重要性
在汽车开发生命周期的早期识别和分析攻击面对于实施有效的安全控制至关重要。后期安全补丁通常成本高昂，且不足以缓解深层漏洞。
通过在设计阶段应用联网汽车的威胁建模技术，工程师可以：
- 可视化攻击者可能利用的潜在路径。
- 优先考虑高风险组件以进行更深入的分析。
- 将安全需求融入系统架构。
- 支持符合 ISO/SAE 21434 等标准。
主动识别攻击面可以通过设计方法实现安全，降低长期风险并增强整体车辆的弹性。
汽车系统的威胁建模技术
三种威胁建模技术
在汽车网络安全领域，应用正确的威胁建模技术对于系统地识别、分类和缓解潜在的网络威胁至关重要。目前，有几种广泛采用的方法通过关注系统架构和威胁形势的不同方面来支持车辆威胁建模：
- STRIDE（欺骗、篡改、否认、信息泄露、拒绝服务、权限提升）： STRIDE 由微软开发，是一种结构化模型，非常适合分析软件密集型汽车系统中的威胁。
- PASTA（攻击模拟和威胁分析过程）： 一种以风险为中心的方法，用于模拟攻击并评估其潜在影响。PASTA 有助于在联网汽车环境中将威胁建模与业务风险相结合。
- 攻击树： 一种层次结构图，用于描绘攻击者如何实现特定的恶意目标。攻击树对于可视化复杂的汽车攻击向量以及了解其如何在 ECU、CAN 总线或信息娱乐系统中传播尤其有效。
每种方法都提供了进行彻底的汽车安全分析的独特视角，支持强大的系统设计和安全的开发实践。
选择正确的车辆威胁建模方法
为车辆系统选择合适的威胁建模方法取决于几个因素，包括系统复杂性、可用数据、开发阶段和监管要求：
- 使用 STRIDE 分析软件驱动的组件，如 ADAS 或信息娱乐。
- 在将技术风险与业务目标和安全关键结果相结合时应用 PASTA。
- 利用攻击树对车载网络和外部接口（如 V2X）的安全架构进行审查。
在实践中，结合多种方法通常会产生更全面的结果，尤其是在汽车网络安全生命周期的不同层面上工作时。
安全设计在威胁建模过程中的作用
“安全设计”是现代汽车网络安全的一项基本原则，强调从车辆开发的最初阶段就将安全措施融入其中。威胁建模是这一方法的基石。
通过在架构和系统设计阶段嵌入车辆威胁模型，组织可以：
- 在实施之前主动识别漏洞。
- 尽早定义明确的安全要求。
- 降低下游安全修复的成本。
- 确保符合 ISO/SAE 21434 和 UNECE WP.29 规定。
将威胁建模技术集成到汽车开发生命周期中，可以支持系统化、前瞻性的车辆网络安全方法，最终提高安全性、合规性和客户信任度。
利用 Visure 需求 ALM 平台中的 AI 进行威胁建模和风险分析
利用人工智能自动化转变威胁建模
随着汽车系统日益复杂，传统的手动威胁建模和风险分析方法已不足以确保全面覆盖和及时决策。将人工智能和自动化集成到网络安全工作流程中，尤其是在 Visure 需求 ALM 平台中，为管理汽车网络安全威胁提供了一种更智能、更快速、更准确的方法。
Visure 内置对车辆威胁建模、风险评估和安全设计原则的支持，利用 AI 来：
- 根据系统架构和功能需求自动生成威胁模型。
- 检测 ECU、CAN 总线、信息娱乐系统和 V2X 模块中的攻击媒介和漏洞。
- 建议符合 ISO/SAE 21434 和行业最佳实践的缓解措施。
- 通过智能可追溯性和报告加速合规文档。
这大大减少了人工工作量，同时确保了更深层次的需求生命周期覆盖和一致的端到端威胁分析。
人工智能在汽车渗透测试和持续风险监控中的应用
Visure ALM 平台中的 AI 驱动功能还支持自动渗透测试模拟和动态风险建模。这使团队能够：
- 根据实时风险评分确定威胁的优先顺序。
- 模拟攻击者的行为和渗透途径。
- 随着系统在整个开发生命周期中的发展，不断更新模型。
通过使用 Visure 的人工智能需求工程解决方案，团队可以无缝连接需求、威胁、测试用例和风险缓解措施，确保整个汽车开发生命周期的可追溯性、版本控制和安全验证。
为什么选择 Visure 进行汽车安全分析
VisureRequirements ALM 平台经过独特设计，支持汽车威胁建模，提供：
- 人工智能驱动的风险检测
- 可定制的安全模板
- 实时可追溯性并符合网络安全标准
- 需求管理、渗透测试和网络风险分析的端到端集成
通过利用人工智能，Visure 可以确保更快的开发周期、更好的安全态势和简化的认证流程，使团队能够提供安全、符合标准且具有弹性的汽车系统。
ISO/SAE 21434 和汽车网络安全法规合规性
ISO/SAE 21434 是汽车网络安全风险管理的全球标准。它提供了一个结构化的框架，以确保道路车辆的安全设计、开发、生产、运行和维护。该标准涵盖整个汽车生命周期的网络安全，强调基于风险的方法和需求的可追溯性。
ISO/SAE 21434 的关键要素包括：
- 网络安全风险评估与管理
- 安全需求规范
- 威胁和漏洞分析（TARA）
- 安全验证和确认
- 持续的网络安全监控和事件响应
对于旨在满足 UNECE WP.21434 法规并获得联网和自动驾驶汽车市场准入的原始设备制造商 (OEM) 和供应商来说，遵守 ISO/SAE 29 是强制性要求。
威胁建模如何支持 ISO/SAE 21434 合规性
威胁建模在满足 ISO/SAE 21434 要求方面发挥着核心作用，它使组织能够主动识别和缓解网络安全风险。当通过 STRIDE 或 PASTA 等结构化方法实施，并借助 Visure 需求 ALM 平台等工具的支持时，威胁建模可以提供：
- 结构化威胁和风险分析（TARA）： 通过将威胁映射到资产、攻击媒介和潜在影响，团队可以满足第 15 条和第 8 条的要求。
- 安全设计： 尽早整合威胁模型可确保网络安全要求从概念到退役都得到贯彻。
- 需求可追溯性： 将已识别的威胁与安全需求、测试用例和风险缓解活动联系起来，可确保完整的需求生命周期覆盖和可审计性。
- 监管准备情况： 通过 ALM 工具生成的自动报告有助于简化 ISO/SAE 21434 审核和合规性提交的文档。
通过将车辆威胁模型嵌入汽车开发生命周期，组织可以满足标准对持续风险管理、实时威胁分析和强大的网络安全保障的期望。
结语
随着汽车行业互联互通、自动化程度不断提升，软件复杂性也日益提升，强大的威胁建模已成为确保汽车网络安全不可或缺的关键。从识别ECU、CAN总线和V2X接口上的网络威胁，到遵守ISO/SAE 21434等标准，威胁建模使企业能够采用“安全设计”方法。
利用 Visure 需求 ALM 平台等 AI 驱动的平台，将传统的安全分析转变为自动化、可扩展且符合标准的流程。Visure 集成了对威胁建模、风险管理、需求可追溯性和渗透测试的支持，可帮助团队确保汽车开发生命周期每个阶段的安全。
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