文章总结： 本文系统介绍了车载硬件安全模块(HSM)作为汽车网络安全基石的核心价值，详细阐述了HSM的基础概念、EVITA项目中的三级分类标准(Full/Medium/LightHSM)，并以英飞凌AURIX芯片集成方案和Vector的AUTOSAR兼容固件为例说明实际应用。文章重点分析了HSM在性能优化方面的五大优势：硬件安全架构、独立内核任务分担、多核多应用并发支持、批量MAC接口提升实时性以及定制化适配能力，为车企在集中式域控平台下的安全建设提供解决方案参考。 综合评分： 88 文章分类： 车联网安全,IoT安全,安全建设,解决方案,技术标准

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一文读懂车载 HSM：汽车网络安全的安全基石

谈思实验室

2026年6月27日 18:00 上海

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01

硬件安全模块 HSM 基础概念

谈及信息安全与加解密工作，我们常会用锁与钥匙做类比，这里用一个生活化场景通俗解释 HSM：

一位父亲给三个儿子各购置一台掌上游戏机，为防止孩子沉迷，他把每台机器单独收纳进可上锁的盒子，盒子交由孩子自行保管，但钥匙统一由父亲留存。孩子想要游玩时，必须把盒子送到父亲处解锁；钥匙绝不会交给孩子，避免孩子私自配钥匙。而盒子不长期放在父亲身边，是考虑到父亲不便随身携带过多物品。

这个场景里，父亲是整套安全体系的核心依托，对应到技术领域就是 HSM。HSM 全称 Hardware Security Module，中文名为硬件安全模块，核心价值是管控机密数据、执行各类密码学运算。

它属于一类计算机硬件设备，专门用于保管、保护高等级身份认证体系用到的密钥与各类敏感信息，同步配套完整密码学操作能力。HSM 所有功能围绕加密、解密展开，既能隔绝未授权主体，保障只有合规接收方、合规应用程序可读取敏感数据，也能提供安全解密手段，保障传输信息的机密性与真实性。

HSM 的安全功能专业且单一，行业普遍存在一项工程需求：在保障安全能力达标的前提下，尽可能降低算力消耗、提升运算效率。该需求在工程乃至各行各业都十分常见，对应的解决思路是搭载专用硬件资源，也就是硬件加速器，依靠定制集成电路或专用硬件单元分担运算压力。

传统 IT 领域的 HSM 多以拓展板卡、外接设备形式，直连电脑或网络服务器；伴随云计算技术成熟，云端 HSM 应运而生，同样承载敏感数据管理、加解密运算等安全服务，文中附带 Utimaco 云端 HSM 架构示意图。

图：Utimaco 云端HSM的架构示意图

02

车载场景下的HSM

大众谈及汽车安全，第一反应大多是行车安全、碰撞测试、安全气囊等硬件防护，但汽车安全覆盖维度更广。如今车辆全面联网、智能化程度持续提升，车载信息安全的重要性愈发突出，相关机构早已提前布局相关研究。

早在 2008 年，欧盟就出资启动 EVITA 车载安全项目，全称 E-safety Vehicle Intrusion Protected Applications，目标是强化车载网络、车联网 V2X 业务的网络攻击抵御能力。项目梳理车载电子电气使用场景，排查潜在安全威胁与对应风险，梳理出整套车载网络安全规范，并将研究成果转化为标准化文档，给出可落地的软硬件架构设计指引。

EVITA 项目还划定了车载 HSM 硬件分级规范，依据硬件安全性能划分为 Full HSM、Medium HSM、Light HSM 三类，这套分级标准目前广泛应用于汽车网络信息安全行业，核心差异如下：

1. Full HSM 与 Medium HSM：区分标准为硬件是否搭载非对称加密加速单元；
2. Medium HSM 与 Light HSM：区分标准为是否配备独立运算存储单元、内置真随机数发生器。

配套 EVITA HSM 分类对照表可直观区分三者硬件能力差异。

03

英飞凌 AURIX 芯片集成的 HSM 模块

下面以英飞凌 AURIX 系列芯片内置 HSM 为例，讲解车载 HSM 硬件落地形态。

狭义层面的 HSM 单指硬件载体，汽车电子领域中，它要么是独立芯片，要么是主控芯片内部隔离的专属分区。互联网行业成熟安全芯片品类繁多，但能满足严苛车规可靠性标准的产品十分有限，英飞凌 AURIX 系列芯片广泛装车，且原生集成 HSM 硬件单元，其内部框架结构包含以下组件：

1. 32 位 ARM Cortex M 处理器，主频最高 100MHz；
2. 专属隔离保护存储区；
3. BootRom 启动固件，支撑安全可信启动功能；
4. AES128 对称加密硬件加速器，CMAC 消息验证码加解密吞吐速率超 25MB/s；
5. 真随机数发生器 TRNG，用于密钥生成、挑战应答校验等场景。文中附 AURIX 芯片 HSM 内部框架示意图。

图：AURIX的HSM框架图

补充介绍模块核心算法单元 AES 加速器与 CMAC：

AES 全称高级加密标准，是主流对称加密算法，常用 AES128、AES256 两个版本，二者区别在于密钥长度（128 比特 / 256 比特）与加密迭代轮数（10 轮 / 14 轮），日常 WiFi 加密设置中也常出现 AES 选项。AURIX 集成的加速器专门适配 AES128，针对 128 比特数据定制专属叠加、移位、替换运算电路。

CMAC 全称为基于密码的消息认证码，依靠密钥搭配对称加密算法（如 CBC-MAC）生成校验码，通过比对 CMAC 数值完成权限校验与身份核验，车辆安全启动流程也依靠校验固件 CMAC 实现可信验证。

配套逻辑框图展示 HSM 与芯片其余模块的连接关系：HSM 经由系统外设总线 SPB 和芯片其他单元通信；存储程序、数据的 PFlash、DFlash 为芯片全局共享存储，但可通过 TriCore 内核访问权限管控，隔离保护 HSM 专属存储分区，杜绝非法读取、篡改，各类安全密钥统一存储在 DFlash 分区内。

图：HSM及AURIX芯片内其他部件的连接框图

04

AUTOSAR 标准中的 HSM 软件交互接口

广义 HSM 除硬件本体外，还包含配套固件与驱动程序，车载电子软件体系核心规范 AUTOSAR 针对 HSM 设计了完整密码学软件栈，适配车辆联网、智能化带来的信息安全需求，整套密码栈分为 CSM、CryIf、CryDrv 三大模块：

1. CSM（密码服务管理器）：上层调用加解密功能的统一入口。应用层软件组件通过 RTE 调用 CSM，底层基础软件、复杂驱动可直接对接；同时统一管理安全任务队列，实现任务优先级调度；
2. CryIf（密码接口层）：承接 CSM 下发指令，内部每一项加密基础功能都对应 CSM 一类服务，支持任务分发，可调度不同软硬件驱动，分别处理对称、非对称加密等运算；
3. Crypto Driver（密码驱动）：底层硬件交互单元，直接操控加密加速器、真随机数发生器等硬件，完成实际加解密运算。

图：AUTOSAR中HSM相关模块的框图

05

Vector 厂商 HSM 固件解决方案

Vector 是业内主流 AUTOSAR 底层软件供应商，推出了符合 AUTOSAR 规范的完整 HSM 固件方案，配套架构示意图如下：

图：Vector的HSM固件方案

方案内 vHSM 加密模块对应 AUTOSAR 标准中的 CSM，向上为应用层、底层基础软件提供统一抽象加解密服务；CryIf 接口层依靠进程间通信、共享内存机制实现，根据安全启动、SecOC 车载安全通信等不同业务场景，调度对应底层驱动，对接加密硬件加速器、密钥存储隔离内存等硬件资源。

整体 HSM 固件和芯片硬件深度绑定，需匹配对应芯片型号开发适配。

06

硬件安全模块 HSM 的性能优化能力

1. 原生硬件架构从底层筑牢安全防线

伴随车内互联设备持续增加，混合式车载网络对 “安全左移、软硬件解耦、软件迭代更新” 提出更高要求。集中式车载架构落地后，可统一管控全车信息安全能力，同时保障各域控制器外接 ECU 的运行安全，而 HSM 是实现 SecOC 车载安全通信不可或缺的核心部件。HSM 能够校验所有车载交互数据真实性，阻断攻击者绕过 ECU 安全接口、非法侵入主控芯片与车载网络的路径。

集中式车载架构还存在另一项痛点：车载计算平台会整合多套 ECU 功能，内部划分多虚拟机运行多类软件应用，安全防护需求同步激增，新一代 HSM 硬件架构可适配这类集中化算力平台的安全需求。

2. 独立内核分担安全任务，适配实时操作系统

HSM 全部安全运算逻辑封装在专属处理器内核中，依靠配套软件协议栈调度运行。整车主控芯片可专注处理车辆业务逻辑，HSM 内核独立承载全部安全工作，包含车载加密通信、运行入侵检测、安全启动、固件刷写、日志记录、调试安全管控等，防护能力远优于纯软件安全方案。

集中式车载计算平台会出现多应用同时调用加密接口的场景，普通 HSM、纯软件加密方案很难兼顾多数据流实时处理。新一代 HSM 搭载实时操作系统与灵活会话调度机制，可高效并发处理多路安全请求。

3、多核/多应用的支持

面向未来车载电子架构，多内核并行发起加密请求已成常态，新款 HSM 固件最多支持 16 组并行加密会话，会话数量可按需配置。

实现多核、多应用并发的核心在于专属固件驱动架构：各虚拟化应用可独立集成驱动，便于软件模块分开开发；系统集成阶段通过链接器统一调度，驱动多实例共用硬件共享内存资源。每个应用生成独立会话通道，驱动可同步处理多路主机内核下发的加密请求，配套示意图展示多核心并行会话处理逻辑。

图. HSM固件在并行会话中处理来自多个主机核心的请求

整套架构的核心交互单元为主机 – HSM 桥接模块，负责打通主机系统与 HSM 子系统，统筹两端全部数据交互，隔离主机与安全内核，管控双向数据流。桥接模块寄存器会缓存主机下发的加密请求队列，基于 HSM 硬件资源负载最优原则调度任务，缩短安全运算响应耗时，新一代 HSM 软件完整落地多核、多应用并发能力。

图. HSM固件在并行会话中处理来自多个主机的请求

4. 批量消息验证码机制大幅提升实时运算性能

新一代电子电气架构下车载通信数据量暴涨，需要同时兼容 CAN/CAN FD、车载以太网多类总线加密传输，保障海量协议数据交互安全，批量 MAC 接口是 HSM 应对该场景的核心优化方案。

工作逻辑：主机先收集一段周期内全部待校验报文，通过桥接模块寄存器一次性批量下发至 HSM；HSM 内核统一完成全部报文校验运算，再批量回传结果，仅单次数据交互即可完成百条报文处理。

图. HSM固件在并行会话中处理来自多个主机的请求

以 100 条报文举例，假设单次主机与 HSM 数据传输耗时 10 微秒，逐条处理总延迟可达 1 毫秒，会对车载实时系统造成压力；采用批量 MAC 接口后，处理耗时可压缩至原有百分之一。该功能对搭载域控制器、车载计算平台、存在大量 PDU 交互的车企十分友好，可在海量报文场景下维持车载通信实时加密校验，目前批量 MAC 功能已集成进新一代 HSM 固件。

5. 适配未来车载架构的定制化 HSM 方案

车载网络全面向集中式域控平台转型，软硬件分层解耦成为行业趋势，HSM 是保障这类平台安全的核心硬件。它不仅能依靠 SecOC 保护域控外接 ECU 的 CAN/CAN FD 通信数据，防止数据篡改、非法读取，还可支撑高安全等级、大流量、高实时性车载应用稳定运行。新一代 HSM 原生适配多核、多应用场景，搭配批量 MAC 接口，即便面对异构格式、超大通信流量，也能保障加密通信实时性。

结合车载网络多元化、自动驾驶持续落地的行业趋势，各大车企会基于自身电子电气架构制定专属安全规范。新一代 HSM 固件支持定制开发，可匹配车企差异化安全标准；固件适配主流新款车规微控制器，主机驱动以源代码形式交付，方便车企、零部件厂商复用、二次开发。兼具高性能与灵活定制能力的新款 HSM 固件，是未来集中式混合车载网络安全防护必不可少的核心组件。

来源：

1、E-safety Vehicle Intrusion Protected Applications (EVITA)，

https://argus-sec.com/e-safety-vehicle-intrusion-protected-applications-evita/

2、How hardware security modules enable AUTOSAR，

https://www.embedded.com/how-hardware-security-modules-enable-autosar/

3、Vector Cyber Security Solution – vHSM Firmware，

https://assets.vector.com/cms/content/events/2018/Webinars18/Vector_Webinar_MICROSAR_HSM_20181127.pdf

end

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