Verbundprojekt ConnRAD - Connectivity und Resilienz für automatisierte Fahrfunktionen in Deutschland

Abstract

Das Projekt ConnRAD entwickelte resiliente Systemarchitekturen und Kommunikationsmechanismen für vernetzte, sicherheitskritische Fahrfunktionen. Die Infineon Technologies AG fokussierte sich dabei auf hardwarebasierte Sicherheitsmechanismen zur schnellen Authentifizierung von Kommunikationspartnern in latenzkritischen Vehicle-to-everything (V2X) - Szenarien. Protokollbasierte Authentifizierungsverfahren bei direkter Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation werden den gleichzeitigen Anforderungen an niedrige Latenz und hohe Sicherheit nicht ausreichend gerecht. IFAG entwickelte daher einen Ansatz durch Kombination von Radiofrequenz (RF) - Fingerprinting mit physikalisch nicht klonbaren Funktionen (PUF). Die umfassende Analyse sicherheitsrelevanter V2X-Anforderungen zeigte, dass native Prozessvariationen in relevanter Hardware allein für zuverlässige Identifikation nicht ausreichen. Als Kernbeitrag entwickelte IFAG eine PUF-basierte digitale Security-Engine in 28nm CMOS-Technologie, die ein gerätespezifisches, nicht klonbares Bitmuster erzeugt. Diese verstärkt die RF-Signatur und ermöglicht eine kryptografische Absicherung bei niedriger Latenz und Energieverbrauch. Ergänzend wurde ein Simulationsmodell der RF-Übertragungsstrecke erstellt, das verschiedene Kanalmodelle und Hardware-Impairments abbildet. Monte-Carlo-Simulationen mit bis zu 1000 simulierten Sendern ermöglichten die Bewertung von Feature-Extraction-Methoden und Machine-Learning-basierten Klassifikatoren unter realistischen Bedingungen. Die systematische Analyse relevanter Standardisierungsgremien identifizierte Lücken in bestehenden Normen bezüglich hardwarebasierter Authentifizierung für latenzkritische Anwendungen. Die Forschungsergebnisse tragen maßgeblich zur Entwicklung resilienter Kommunikationsarchitekturen für automatisierte Fahrfunktionen bei und stärken die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie im Bereich des vernetzten automatisierten Fahrens. The ConnRAD project developed resilient system architectures and communication mechanisms for networked, safety-critical driving functions. Infineon Technologies AG focused on hardware-based security mechanisms for rapid authentication of communication partners in latency-critical vehicle-to-everything (V2X) scenarios. Protocol-based authentication methods do not adequately meet the simultaneous requirements for low latency and high security. IFAG therefore developed an approach combining radio frequency (RF) fingerprinting with physical unclonable functions (PUF). The analysis demonstrated that native process variations in relevant hardware alone are insufficient for reliable identification. As a core contribution, IFAG developed a PUF-based digital security engine in 28nm CMOS technology, which generates a device-specific, unclonable bit pattern enabling cryptographic security with low latency and energy consumption. Additionally, a simulation model of the RF transmission path was created, which represents various channel models and hardware impairments. Monte Carlo simulations with up to 1000 simulated transmitters enabled the evaluation of feature extraction methods and machine learning-based classifiers under realistic conditions. The research results contribute substantially to the development of resilient communication architectures for automated driving functions and strengthen the competitiveness of German industry.