智能汽車電動門鎖無線通信安全防護研究

中圖分類號：U463.67 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639(2025)07-0126-03

ResearchonWireless CommunicationSecurityProtection of ElectricDoorLocksfor Smart Vehi

Wu Canbo

(Zhengzhou Vocational College of Industrial Safety，Xinzheng ，China）

【Abstract】The development of intelligent vehicles promotes the intelligent upgradeof electric door locks，but wirelesscommunicationtechnologybrings securitychallengessuchasrelayattcksandelectromagnetic interference.This articleanalyzes theapplicationofcommon wirelesscommunication technologiessuchasRFIDandBLEinelectricdoor locks，examinessecuritythreatsfromthephysicallayer，protocol layerandapplicationlayer，andproposes corresponding protection schemes：embedding a metal shielding layer in thephysical layer andoptimizing the signal procesing algorithm；Theprotocollayeradoptsdynamickeygenerationtechnology；Applicationlayerpermission restrictions，constructionofabnormalbehavioranalysissystems，etc.Realvehicleverificationshowsthatthedefense success rate of this scheme against typical scenariossuch as signal relay attacks exceeds 95 % ，and the response delayis controlled within15Oms，taking intoaccountboth securityandsmoohness.Inthefuture，technologiessuchas vehicleroad cooperative authentication can be explored.

【Keywords】 automobile electric door lock；wireless communication technology；enhanced security；vehiclenounted network

0 引言

智能汽車的快速發展推動電動門鎖系統從傳統機械控制向智能化安全組件升級。傳統機械鎖依賴物理鑰匙，存在易被復制、抗破壞能力弱等固有缺陷，而現代電動門鎖通過無線通信技術實現了無鑰匙進入、遠程授權等創新功能。例如，動態加密協議（如滾動碼技術）可生成唯一驗證碼防止信號重放攻擊，生物識別模塊(指紋或面部識別)則通過生物特征唯一性強化身份認證。然而，無線通信技術的應用也帶來新的安全挑戰：攻擊者可利用中繼設備擴大車鑰匙信號傳播距離，誘騙車輛誤判鑰匙位置以實現非法解鎖；電磁干擾可能導致通信鏈路異常，引發車門誤觸發或功能失效；此外，密鑰傳輸、存儲與使用全流程中存在數據泄露風險。如何在提升用戶便捷性的同時構建多層次防御體系，成為智能汽車安全設計的核心矛盾。本文系統解析無線通信技術在電動門鎖中的應用原理，針對信號截獲、非法訪問等核心威脅提出防護策略，旨在為汽車安全技術的優化提供理論支持與實踐指導。

1常見無線通信技術解析

無線通信技術是智能汽車門鎖系統的核心支撐，其選型直接影響系統的安全性、響應速度與用戶體驗。常見無線通信技術解析見表1。

表1揭示了不同技術的性能差異與安全特性。RFID技術在低頻段（ 125kHz 傳輸時通信距離短，適用于近場觸發場景，但其滾動碼加密機制易被中繼設備破解，導致“隔空解鎖”風險。BLE技術憑借低功耗與廣泛兼容性，成為手機數字鑰匙的主流方案，但 2.4GHz 公共頻段的開放性使其易受中間人攻擊，需依賴雙向證書校驗增強安全性2。UWB技術通過超寬帶信號實現厘米級定位，其ToF（信號飛行時間)機制可有效防御中繼攻擊，但高硬件成本限制了普及速度。NFC技術的極短傳輸距離( <10cm 天然具備防中繼特性，適用于共享汽車的臨時密鑰分發，但需接觸式操作降低了使用便捷性[3]

2無線通信的安全威脅與攻防建模

2.1 物理層威脅

物理層是無線通信的基礎，負責信號的發送與接收，但這一層級的安全問題往往源于信號本身的脆弱性。攻擊者可以通過電磁干擾設備向車輛發送高強度噪聲信號，擾亂門鎖系統與鑰匙之間的正常通信，導致車門無法正常解鎖或誤觸發鎖止功能4。如在停車場等密集電磁環境中，惡意干擾可能使車輛誤判鑰匙的有效性。另一種典型攻擊是信號竊聽：攻擊者利用高靈敏度接收器截獲鑰匙與車輛之間的通信信號，通過長期監聽分析信號規律，進而破解加密邏輯。

2.2 協議層威脅

協議層定義了通信雙方的數據格式與交互規則，其漏洞可能被攻擊者利用以繞過安全驗證。例如，在無鑰匙進入系統中，部分早期協議使用固定編碼規則傳輸解鎖指令，攻擊者只需錄制一次合法信號即可通過重放攻擊無限次解鎖車輛。另一種常見攻擊是協議逆向工程：攻擊者通過分析通信數據包的結構與內容，推測出加密算法或密鑰生成邏輯，從而偽造合法指令。

2.3 應用層威脅

應用層威脅主要針對用戶交互與軟件功能實現中的漏洞。如通過手機APP控制的遠程解鎖功能可能因軟件設計缺陷被惡意程序劫持，攻擊者可利用偽造的解鎖請求繞過身份驗證。另一種風險來自過度開放的權限設置：部分系統允許同一賬戶綁定多臺設備，若其中1臺設備被入侵，攻擊者可借此獲取對其他設備的控制權。

3系統性安全性能提升方案

3.1 物理層加固

物理層加固的核心在于提升硬件抗干擾能力。針對電磁干擾問題，可在門鎖控制模塊中嵌入金屬屏蔽層，將關鍵電路與外部電磁環境隔離，如在接收天線周圍包裹導電材料以吸收干擾信號。同時，優化信號處理算法能夠增強通信穩定性一當檢測到信號強度異常波動時，系統自動切換至抗干擾模式，通過多頻段冗余傳輸確保指令可達性。如在強電磁干擾環境中，主頻段（如 2.4GHz 信號被干擾后，系統立即啟用備用低頻信道完成指令傳輸。

3.2 協議層升級

協議層升級需圍繞動態安全機制展開。傳統固定編碼協議易被破解，因此需采用動態密鑰生成技術—每次通信時基于時間戳、隨機數及設備唯一標識符生成一次性密鑰，確保即使單次通信被截獲也無法復現攻擊。如車輛在驗證鑰匙身份時，不僅要求密鑰匹配，還需校驗密鑰生成時間與當前時間的合理性，防止重放攻擊。

3.3 應用層防護

應用層防護聚焦于軟件功能的安全設計與用戶行為管控。首先，嚴格限制權限范圍——遠程控制功能(如手機APP解鎖)需與近距離操作區隔，例如僅允許在車輛藍牙連接范圍內使用遠程指令，超出范圍則強制啟用生物識別驗證。其次，構建異常行為分析系統：通過機器學習模型學習用戶的常規操作模式（如解鎖時間、地點頻率），當檢測到非常規行為(如深夜陌生地點的頻繁解鎖嘗試)時，自動觸發二次認證或臨時鎖定。針對軟件升級風險，建立固件簽名驗證機制：車輛僅安裝經過車企數字簽名的更新包，并在安裝前自動校驗文件完整性與簽名有效性，防止惡意代碼植入。最后，通過用戶教育降低人為風險一一系統可定期推送安全提示，引導用戶避免使用公共Wi-Fi進行車輛控制、定期更新密鑰等，形成“技術防御 ∣+ 用戶意識”的雙重保障體系。

4實車驗證

4.1 測試平臺搭建

為驗證安全方案的實際效果，試驗選用某品牌量產電動SUV作為測試車輛，其搭載UWB與藍牙雙模通信模塊，并集成動態加密協議與生物識別功能。測試平臺由3部分組成：車輛本體、模擬攻擊設備及數據采集系統。車輛端保留原廠門鎖硬件，但升級了安全固件以支持本文提出的防護策略；攻擊設備包括信號中繼器、電磁干擾發射器及協議逆向工具，用于模擬真實場景下的常見攻擊手段；數據采集系統通過車載CAN總線與云端監控平臺實時記錄通信數據、控制指令及系統狀態。測試場景覆蓋城市道路（密集信號干擾）、地下停車場（弱信號環境）及高速公路服務區（遠距離通信），并在不同天氣條件（晴天、雨天)下重復試驗以評估環境適應性。測試流程分為3個階段：首先驗證基礎功能（正常解鎖、緊急響應)的可靠性；其次注入模擬攻擊(如中繼攻擊、惡意固件升級）；最后通過長期運行測試評估系統穩定性。

4.2 試驗結果

試驗重點評估安全方案對非法攻擊的防御能力與系統實時性。測試過程中模擬了4類典型攻擊場景：信號中繼攻擊、電磁干擾致癱、協議逆向破解及遠程API濫用。通過對比升級前后的系統表現，驗證分層防護策略的有效性，見表2。

表2數據驗證了安全方案的實際效能。在信號中繼攻擊場景中，防御成功率高達 99.8% ，表明動態密鑰機制與UWB精準定位技術的結合有效阻斷了非法信號傳播，其 120ms 的平均響應時間證明系統在保障安全性的同時未顯著影響用戶體驗。針對電磁干擾致癱的測試顯示， 95.4% 的防御成功率與 150ms 響應時間表明冗余信道切換策略成功維持了極端環境下的基礎功能可用性，而 1.1% 的誤報率主要源于短時強干擾觸發的保護性誤判，這類保守設計反而體現了系統對潛在風險的高度警覺。協議逆向破解場景中 98.6% 的防御成功率凸顯了協議層雙向認證與時間戳驗證機制的有效性， 130ms 的響應速度證明復雜加密邏輯未對實時性造成負擔。遠程API濫用測試中 97.3% 的防御成功率與 110ms 的快速響應，則驗證了權限隔離與行為監測策略在阻斷非法訪問中的高效性。整體來看，所有攻擊場景的防御成功率均超過 95% ，且系統響應延遲控制在 150ms 以內，充分說明分層防護體系兼顧了安全防護與操作流暢性，為智能汽車門鎖系統的可靠性升級提供了實證支持。

5 結論與未來方向

本研究針對智能汽車電動門鎖系統的無線通信安全問題，提出了覆蓋物理層、協議層與應用層的系統性防護方案。通過動態密鑰機制與多頻段協同技術，有效抵御了中繼攻擊、信號干擾等物理層威脅；協議層升級引入雙向認證與時效性驗證，顯著降低協議逆向與重放攻擊風險；應用層防護通過權限隔離與異常行為監測，構建了用戶操作的全流程安全屏障。試驗驗證表明，該方案在保障實時響應速度的前提下，將典型攻擊場景的防御成功率提升至 95% 以上，且系統誤觸發率低于行業平均水平。當前技術瓶頸主要集中于極端環境下的信號穩定性與硬件成本控制，未來研究需進一步探索車路協同認證機制、輕量化量子加密算法與用戶安全行為引導策略，推動智能汽車安全體系從被動防御向主動預警演進，為行業技術升級與標準制定提供理論支撐。

參考文獻

[1]王警.基于UWB的智能車門鎖技術研究[D].成都：電子科技大學，2024.

[2]原樂意.電子門鎖國外標準與法規詳解[J].中國安全防范技術與應用，2024（1：48-49.

[3]易應寬，張少超.基于無線通信的配電柜電子鎖系統的開發[J].電工技術，2023（5)：139-141.

[4]遲慶杰.基于云平臺的智能門鎖系統設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2021.

(編輯林子衿)