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MACsec und Layer-2-Sicherheit in Automotive Ethernet | STAR ELECTRONICS

MACsec und Layer-2-Sicherheit: Was jedes Automobilnetzwerk wissen muss

MACsec (Media Access Control Security, IEEE 802.1AE) wird zu einer wichtigen Komponente von Ethernet-Netzwerken in Fahrzeugen, da es dafür sorgt, dass kritische Daten im Fahrzeug vertraulich, authentisch und manipulationssicher bleiben. Da Fahrzeuge zunehmend vernetzt sind – mit ADAS, Infotainment und V2X-Kommunikation – ist Layer-2-Sicherheit unerlässlich, um sensible Daten vor unbefugtem Zugriff und Cyber-Bedrohungen zu schützen.
Was ist MACsec?

MACsec ist ein Layer-2-Sicherheitsprotokoll, das entwickelt wurde, um den Datenverkehr direkt auf Ethernet-Ebene zu verschlüsseln und zu authentifizieren. Im Gegensatz zu Firewalls oder Verschlüsselungsmethoden höherer Schichten arbeitet MACsec auf der Datenverbindungsschicht (Layer 2) und stellt sicher, dass Datenpakete zwischen ECUs (Electronic Control Units), Sensoren oder Gateways sicher bleiben – sogar innerhalb des internen Netzwerks des Fahrzeugs.

Die wichtigsten Vorteile von MACsec:

  • Vertraulichkeit: Datenframes werden verschlüsselt, um Abhörversuche zu verhindern.

  • Integrität: Stellt sicher, dass Frames während der Übertragung nicht verändert werden.

  • Authentifizierung: Überprüft Geräte, um unbefugten Netzwerkzugriff zu verhindern.

MKA-Protokoll: Das Rückgrat von MACsec

Das MACsec Key Agreement (MKA)-Protokoll verwaltet Verschlüsselungsschlüssel und gewährleistet eine sichere Verbindungsherstellung zwischen Geräten. Es:

  • tauscht Schlüssel dynamisch zwischen authentifizierten Geräten aus

  • unterstützt die automatische Schlüsselaktualisierung, um kontinuierliche Sicherheit zu gewährleisten

  • ermöglicht Skalierbarkeit für die Kommunikation zwischen mehreren Geräten in komplexen Automobilnetzwerken

128-Bit- vs. 256-Bit-Verschlüsselung

MACsec unterstützt zwei Verschlüsselungsstärken:

  • 128-Bit-Verschlüsselung: Bietet hohe Sicherheit bei geringerem Verarbeitungsaufwand und ist ideal für Echtzeit-Automobilsysteme.

  • 256-Bit-Verschlüsselung: Bietet eine höhere Sicherheitsmarge und eignet sich für kritische Steuergeräte wie Gateways oder autonome Fahrmodule, erfordert jedoch mehr Rechenleistung.

Warum Layer-2-Sicherheit in Automobilumgebungen wichtig ist

Automotive Ethernet verbindet mehrere Steuergeräte, Sensoren und Kameras, die Daten mit hoher Bandbreite austauschen. Ohne angemessene Sicherheit:

  • Könnten Eindringlinge das System manipulieren (z. B. falsche ADAS-Signale).

  • Könnte Datenmanipulation sicherheitskritische Funktionen wie Bremsen oder Kollisionsvermeidung beeinträchtigen.

  • Könnten unbefugte Diagnosen oder Updates Schwachstellen verursachen.

MACsec mindert diese Risiken, indem es die Kommunikation direkt über Ethernet-Verbindungen sichert, ohne sich auf Protokolle auf Anwendungsebene zu verlassen.

Anwendungsfälle aus der Praxis im Automobilbereich

  • ADAS und autonomes Fahren: Sicherung der LiDAR- und Radardatenübertragung gegen Störungen

  • Infotainment und Konnektivität: Schutz personenbezogener Daten, Streaming-Inhalte und OTA-Updates

  • Fahrzeug-Gateways: Gewährleistung einer sicheren Kommunikation zwischen Zonenarchitekturen und mit der Cloud verbundenen Plattformen

Der Ansatz von STAR ELECTRONICS zu MACsec

STAR ELECTRONICS bietet Ethernet-Switches und TAPs mit MACsec-Unterstützung an, die es Automobilingenieuren ermöglichen, Layer-2-Verschlüsselung mit minimalem Konfigurationsaufwand zu implementieren. Diese Lösungen sind für Plug-and-Play-Sicherheit ausgelegt, reduzieren die Komplexität der Integration und gewährleisten die Interoperabilität mit führenden Anbietern wie Cisco, Juniper und Fortinet.

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Das Wichtigste auf einen Blick

MACsec ist für moderne Automobil-Ethernet-Architekturen nicht mehr optional, sondern ein Muss für den Bau sicherer, zukunftssicherer Fahrzeuge. Durch die Kombination von Verschlüsselung, Authentifizierung und Integritätsprüfungen auf Ethernet-Ebene stellt MACsec sicher, dass die Kommunikation im Fahrzeug sowohl zuverlässig als auch geschützt bleibt.

Glossar

Begriff

Definition

MACsec (Media Access Control Security)

Layer-2-Protokoll zur Verschlüsselung und Authentifizierung von Ethernet-Datenverkehr

IEEE 802.1AE

Standard zur Definition von MACsec

Layer 2

OSI-Schicht, die für die Datenübertragung zwischen Knoten zuständig ist

MKA (MACsec Key Agreement)

Protokoll zur Verwaltung von Verschlüsselungsschlüsseln in MACsec

ECU (Electronic Control Unit)

Eingebettetes System zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen

ADAS

Advanced Driver Assistance Systems (fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme)

V2X (Vehicle-to-Everything)

Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und seiner Umgebung

128-Bit-/256-Bit-Verschlüsselung

Stufen der kryptografischen Stärke, die in MACsec verwendet werden

OTA (Over-the-Air)

Drahtlose Updates für Fahrzeugsoftware

Plug-and-Play-Sicherheit

Sicherheitsfunktionen, die nur minimale Einrichtung oder Konfiguration erfordern

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