UWBベースの車のキーの詳細

こんにちは Wirelessチームの システムエンジニアのArunです 今日は UWBベースの 車のキーをご紹介します

昨年 iPhone及び Apple Watchに 車のドアの施錠や エンジンのスタート 家族や友人と キーのシェアや 管理が可能な 車のキーが登場しました このシステムは安全かつ プライバシー重視の システムです 今年は車のキーの能力を 拡大します その特徴と取り入れ方を お話しします 供給や管理及びNFCなどの 車のキーに関する基本は 「車のキーの導入」を ご参照ください 追加された 特徴の一つが パッシブエントリーです UWBを使い iPhoneを バッグに入れたまま またApple Watchをしたまま 車の施錠やエンジンを スタートできます リモートキーレス エントリーコントロールは 車のBluetooth圏内で iPhoneやApple Watchで 施錠などの機能を 可能にします また デジタルキーと ドアの識別で 個人設定が可能になります ここでは車のキーの ペアリングや Friend First Approach などには 触れませんが これらも 向上されています それでは 背景にある テクノロジーを 見てみましょう U1チップはUWBを使い 車のキーの正確な位置を 車に認識させます リプレイリレーアタックに 対応するため UWBはセキュアエリア プロトコルを採用しています セキュアエレメントは Appleデバイス内にある 保護されたハードウェアです 車のキー及び クレデンシャルに加え セッション限定の UWBレンジキーのため セキュエレメントの使用を 拡大しました Bluetooth LE (BLE)が 車とAppleデバイス間の 確証とセキュアレンジ セッションの データ交換と管理に 使用されています またBLEはセキュアレンジ タイムグリッドの 初期化のアンカーポイントに 使用されています そして最後に クロスプラットフォームの 開発とサポートのために Appleと業界各社が 標準規格作成のため カーコネクティビティ コンソーシアムを設立 Appleではセキュリティーと プライバシーを重視し UWBパッシブエントリーは それに基づくデザインです キーはセッション毎に変わり コネクション毎に 引き出されます これらのセッションキーは リンク層で メッセージの暗号化に使われ UWBやBLEで トレースされません セッションキーの ランダム識別子を使用します 識別子は定期的に 循環されます そしてUWBベースの 局在化による セキュリティ補強を セキュアレンジング プロトコルで行います これは３パケット エクスチェンジの 相互プロトコルです ピンポンピンと 考えてください iPhoneがメッセージを送り 車がメッセージで返答し 確認のためiPhoneが 再びメッセージを送ります これらのメッセージには 暗号化及びタイムバウンドの スクランブルタイムスタンプ STSが含まれます つまり検証済みの パケットでも STS特定の時間内しか アクセスできず リプレイリレーアタックを 防ぐのです では この仕組みは？ 車にバーチャルゾーンが あります そして検証済みで 有効なデバイスを持って そのゾーンに 出入りすることで ゾーン特定の特徴が アクセス可能になります 外側のゾーンでは 車に近づいた時に ライトやエアコンの作動を 可能にします 車のすぐ側のゾーンでは 近づいた時に車を解錠します そしてロックゾーンでは 離れた時に車を施錠します

ではどうゾーンを 感知するのか？ 車にはいくつものUWBと BLEトランシーバーが 搭載されており これにより車の周囲を カバーすることができます ユーザーが車に接近すると BLEでiPhone及び Apple Watchを察知します コミュニケーション チャンネルが これにより構築されます そして車がデバイスを認証し シェアドレンジングキーが 引き出されます これはセキュア エレメント内で行われ セッション毎に 独特なキーを作成します セキュアレンジング セッションが UWBトランシーバーによって 擁立され デバイスのゾーン限定と 軌道測定が行われます これは局在化アルゴリズムを 使って行われます 詳細は後ほど ユーザーが接近するにつれ 車はデバイスの軌道を 測定します その位置と軌道に基づき ライトの点灯や シートの調整などの 出迎え機能を作動させます デバイスが 解錠ゾーンに入れば ハンドルに触れる前に 解錠機能が可能になります ユーザーのデバイスが 車の中か外かを 確証することで 車内にある時のみ エンジンスタートが可能です 素晴らしい機能として このUWBベースの機能を 低電力モードでも 使用できます ハイキングなどで 一日を過ごし iPhoneの充電残量が 少なくても 帰宅路につけるだけの電力が 残っているかもしれません 以上が パッシブエントリーです 続いてリモートキーレス エントリーを見てみましょう 遠隔操作は 離れている時に便利です 冬の間 乗車前に 車内を温めたり 警音器を鳴らせたりします 多くの機能はWalletから アクセスできます また施錠や 燃料レベルの確認 また充電状況など 車の情報を確認できます これらには Bluetooth LEを使用します UWBから独立しているので UWB圏外でも作動します Car Connectivity Consortiumによって 標準規格が設定され 全車種デバイスに 実装可能です 最高の経験のため リモート施錠だけでなく 全てのリモート機能を 実装することをお勧めします ではリモートキーレス エントリーの仕組みです リモートコマンドを 誘引するため デバイスから その機能に応じた チャレンジが送られ デバイスシグネチャが 生成されます 車はそのシグネチャを アクションに応じた チャレンジと照合します 検証が成功すれば 車でアクションが実行され デバイスに知らせます デジタルの車のキーにより 車内温度やシート設定など 運転席に近づく デジタルキーを判断し 個人設定が可能になります 今日の車のキーも 個人設定が可能ですが どのキーフォブが誰のものか ドライバーが 判断せねばなりません iPhone及びApple Watchの 車のキーにより その心配はありません 正確な軌道判断と ユーザー独特の デバイス情報により これまでにない確実性で 車の個人設定が 可能になるのです たとえユーザーが 多数 近づいても 問題ありません これらの新機能を使用した UWBベースの車の開発を 期待しています U1チップ搭載の iPhoneやApple Watchで ユーザーがこれらの機能を 活用できることでしょう では 自動車業者が どうやってAppleの プラットフォームを活用し 車のキーのデザイン上 注意すべきことについてです ここでは システムアーキテクチャ 時刻同期 トランシーバー同期 局在化アルゴリズムについて お話しします まずシステム アーキテクチャです パッシブエントリーは 正確な局在化が必要で システムの性能がよく 低レイテンシーでなくては なりません 先ほど説明したように 多くのトランシーバーが 装備されており その選択が 第一の決断になります まず トランシーバーの リンクバジェット 許容量です 車のキープロトコルは 双方向性のため 通信力向上のための 送受信力を 査定する必要があります

アンテナの指向性を 微調整することで トランシーバーのアンテナが 必要範囲をカバーすることを 確認します この範囲の達成に ダイバーシティが重要です たとえば異極性のアンテナを 数個使うことにより シグナルの向上が 達成できます 最後に3Dタイムオブ フライトの測定が 精密でなければなりません パッシブエントリーと 局在化は タイムオブフライトの 計算に依拠しています ですので接近角度に関わらず 設定範囲内の 正確性でなければなりません 優れたデザインの トランシーバーでも 全域をカバーできず 余計なエリアまで カバーするため 必要エリアを カバーできるよう トランシーバーの位置を 調整する必要があります また 同時に コスト削減のため トランシーバーの数を 限らねばなりません 高さと指向性を 考慮してください 一般的に設置位置が高ければ カバーする範囲が 大きくなります 車のデザインの 許容内に収めねばなりません また指向性が悪ければ カバー範囲が限られたり 車上など余計なエリアを カバーすることになります 最適のトランシーバーと 設定位置が決まれば 次はRFパフォーマンスの 実証です トランシーバーの 放射パターンを調べ 全サイドが対照的に カバーされるようにします また最大範囲にも 注意しましょう ウェルカムランプや エアコンなどの 長距離機能に重要です そして何よりも 体やシャドーイング フェージングなどによる 電波減衰が起きても 解錠機能が作動するよう 適度のリンクマージンが あることが重要です システムレイテンシーも 重要です 車に近づくと 複雑な連鎖作用が始まります BLEの接続　確証 キーの派生　そして セキュアレンジング セッションです 各UWBトランシーバーが デバイスの位置確定のため スキャンを開始 これらはユーザーが ドアを開ける前に行われます レイテンシーを 許容内に抑えるため 確証とキーの管理に 高性能の クリプトプロセッサが必要です ECUとトランシーバーを結ぶ バスシステムも 低レイテンシーが必要です 遅いバスはシステムに 影響を与えます 最後にマルチスレッド Appであれ 時刻同期の結合であれ 適正化を支持できる 適応性のある ソフトウェア構造が必要です 時刻同期について話しましょう UWBトランシーバーは常に スキャンを繰り返します 時刻同期がなければ パケットの検出に 長いスキャンが 必要になります これにはパワーと 時間がかかります 正確な時刻同期を実行すれば 各トランシーバーは マイクロ秒の正確さで パケットを 受信することができます その時だけ スキャンすることで マルチセッションや 混雑した状況下で パワー削減と 性能向上できるだけでなく デバイスの局在化が 速くなります これはトランシーバーを 同期化することで 最初の検知サイクルから レンジングを 成功させられるからです トランシーバの同期も 重要なテクニックです 時々 いくつかの トランシーバーが 接続に失敗したり 同調しない場合 トランシーバーの同期で 接続に成功した トランシーバーが 車の他のトランシーバーと タイミング情報をシェアし フルレンジングサイクルに 失敗した時でも 接続や タイムオブフライトの 計算を可能にするのです 最後に局在化 アルゴリズムについてです パッシブエントリー のデザインで 最も重要なことは デバイスの位置を確定できる 局在化アルゴリズムの 開発です 局在化アルゴリズムは 車のECU内のコードです UWBトランシーバーと デバイスの距離を集計し iPhone及びApple Watchの 空間上の位置を計算します 方法はたくさんあります その一つがトゥルーレンジ マルチラテレーションです 局在化アルゴリズムは 最も重要な解決策の一つです ユーザーが車に近づく際の 軌道の確定であれ デバイスの位置の確認であれ 局在化アルゴリズムは 素早く正確でなくては なりません 速さと的確さ及び精密性は 単一トランシーバーベースの 施錠システムであれ 局在化ソリューションの 鍵となります また車のタイプや デザインによって 局在化アルゴリズムを 調整する 必要があります 車のキーの特徴は以上です 開発に興味があれば ソフトウェア開発と 適格のため 以下の手順をお勧めします まずUWBの 相互運用性に注目し 仕様通りか確認します テスト用のツールがあります また進歩的に 暗号オペレーションが可能で 一歩一歩 システムを開発できます 次に接続管理と ペアリングのための BLE層を取り入れます そしてパッシブ エントリーに重要な セキュアレンジング管理に 注目します 最後に遠隔操作のための リモートアクションに 取り掛かります さらに学びたければ カーコネクティビティー コンソーシアムに参加し iPhoneとApple Watchに 関する詳細は MFiプログラムに ご加入ください MFiプログラムで 開発に関する 更なる書類やツールを 入手できます ありがとうございました [音楽]