Explore UWB-based car keys

ハイライト

iPhone と Apple Watch の U1 チップは、UWB (Ultra Wideband) 車のキーをサポートし、パッシブなエントリーエクスペリエンスを実現します。デバイスを取り出さなくても、車両は自動的にユーザーの位置を認識し、ロックを解除して始動します。また、リモートキーレスエントリー (RKE) 制御とキーベースの車両パーソナライゼーションもサポートしています。

主要内容

車のデジタルキーの進化

WWDC2020 Apple は、ユーザーが iPhone や Apple Watch で車の解錠、施錠、始動を行ったり、家族や友人とキーを共有したり、さらにはリモートで管理したりできるデジタル車キー機能を発表しました。システム全体は安全かつプライベートになるように設計されています。 (00:20)

WWDC2021 では、車のキーの機能が拡張されました。

パッシブエントリー。 UWB テクノロジーを使用すると、ユーザーは iPhone をバッグやポケットに入れたままにして、手首に装着した Apple Watch で車のロックを解除、ロックし、エンジンをかけることができます。 (00:55)

リモートキーレスエントリー (RKE) コントロール。ユーザーは iPhone または Watch を使用して、Bluetooth の範囲内でロック、ロック解除、またはその他の操作を実行できます。 (01:08)

パーソナライゼーション。どのデジタルキーがどのドアから車両に進入したかを認識することで、車両をパーソナライズできます。 (01:15)

技術的根拠

これらの機能は、複数のテクノロジーによって実現されます。

U1 チップと UWB テクノロジー。車が近くの車のキーの正確な位置を判断できるようにします。 UWB は安全な測距プロトコルの基礎でもあり、リプレイ攻撃やリレー攻撃に対する強力な保護を提供します。 (00:37)

安全な要素。 Apple デバイスに統合された保護されたハードウェアユニット。車のキーと認証資格情報の保存に加えて、セッション固有の UWB 測距キーを取得するためにも使用されるようになりました。 (00:51)

Bluetooth 低エネルギー (BLE)。自動車と Apple デバイス間の通信チャネルとして機能し、認証中にデータを交換し、安全な測距セッションを管理します。 BLE は、安全な測距時間グリッドを初期化するためのアンカーポイントとしても使用されます。 (02:06)

業界標準。 Apple と Car Connectivity Consortium の他の業界パートナーは、プラットフォーム間でサポートされる共通のソリューションを確保するための標準仕様の開発を主導しています。 (02:24)

設計によるセキュリティとプライバシー

UWB パッシブエントリソリューションは、セキュリティとプライバシーを念頭に置いて設計されています。 (02:38)

セッションキー。一意のキーが接続ごとに導出されます。一部のセッションキーはリンク層メッセージの暗号化に使用され、その他のセッションキーはデバイスが UWB または BLE によって追跡できないようにします。

ランダムな識別子。セッションキーから派生したランダムな識別子を使用し、定期的にローテーションします。

セキュアレンジングプロトコル。これは、3 つのデータパケットの交換を通じて実装される双方向レンジングプロトコルです。「ピンポンピン」と考えてください。

iPhone が投票メッセージを送信します
車は応答メッセージで応答します
iPhone は精度を向上させるために別の投票メッセージを送信します

各メッセージにはスクランブルタイムスタンプ (STS) が含まれます。これは、暗号化によって生成された時間制限のあるパケットであり、認証されたパケットであっても、それが受け入れられたタイムスロットでのみ受け入れられるため、リプレイ攻撃やリレー攻撃に対する追加の保護が提供されます。 (03:17)

＃＃詳細

仮想エリアとパッシブエントリー

各車は一連の仮想エリアを定義します。有効でアクティブなキーを持つデバイスがこれらの領域に出入りする位置にある場合、関連する機能をトリガーできます。 (03:57)

ウェルカムエリア。ライトを点灯したり、キャビンを暖めたりするなどのウェルカム機能をアクティブにします。

ロック解除されたエリア。通常は車に最も近いエリアで、ユーザーが近づくとドアのロックが解除されます。

車のロックエリア。ユーザーが離れるときは車をロックします。

測位装置のワークフロー

車両には複数の UWB および BLE トランシーバーが装備されており、仮想エリア内でペアリングされたデバイスの位置を特定するために 360 度のカバー範囲を確保します。 (04:35)

ユーザーが最初に車に近づいたとき:

iPhone または Apple Watch が BLE 経由で検出される
車との通信チャネルを確立する
車の認証装置、双方が共有レンジングキーを導出
派生キーは、UWB トランシーバーとの安全なレンジングセッションを開始するために使用されます。
車の位置決め装置とその軌道のマッピング

車はデバイスの軌道をマッピングし続けます。位置と軌道に基づいて、車はライトの点灯やシートの調整などの歓迎機能をトリガーすることを決定できます。デバイスがロック解除ゾーン内に配置されている場合、ユーザーがドアハンドルに触れる前に、車はロック解除操作を開始できます。 (05:35)

ユーザーのデバイスが車内にあるかどうかを正確に把握します。有効なキーを持つデバイスが車内にあることが検出された場合にのみ、エンジンが始動します。 (05:53)

バッテリー予約のサポート。携帯電話がバッテリー予備モードの場合でも、UWB エクスペリエンスを楽しむことができます。一日のハイキングやバックパッキングの後に携帯電話の充電が必要な場合でも、ユーザーが道路に戻るのに十分な電力がバッテリーにまだ残っている可能性があります。 (06:07)

リモートキーレスエントリー (RKE) 制御

Remote operation is suitable for situations far away from the car.冬には車内を暖めたり、クラクションを鳴らして車の位置を特定したりできます。多くのアクションは Wallet アプリから直接トリガーできます。デバイスを使用して、ロック状態、燃料レベル、バッテリー充電状態などの車両情報を表示することもできます。 (06:30)

RKE 制御の仕組み:

デバイスは関連する操作のチャレンジを要求します
チャレンジはデバイス署名の生成に使用されます
自動車はチャレンジ、関連操作、その他の情報に基づいてデバイスの署名を検証します。
検証が成功すると、車は操作を実行し、デバイスに通知します。

UWB に依存しないため、UWB の範囲外でも動作します。リモート操作は Automotive Connectivity Alliance で標準化されており、すべての車両とデバイスに共通の実装が行われます。 (06:51)

車両のパーソナライゼーション

車のデジタルキーは、どのデジタルキーが運転席のドアに近づいているかを監視することで、車室内の温度、シートの位置、シートヒーターなどの設定を自動的にカスタマイズできるようになりました。 (07:42)

従来の車のキーは、どのキーフォブにどのユーザー設定があるかをドライバーが常に認識することに依存しています。 iPhone や Apple Watch に車のキーが付いているので、その心配は不要です。正確な軌跡と個人用デバイスがユーザーと密接に結びついているという知識により、自動車はこれまで以上に自信を持ってエクスペリエンスをパーソナライズできるようになります。これは、複数のユーザーが車に近づいてもシームレスに機能します。 (08:04)

自動車メーカー統合の必需品

システムアーキテクチャ。パッシブエントリソリューションは信頼性が高く正確な位置決めに依存しており、システムは優れたパフォーマンスと低遅延を備えている必要があります。 (09:00)

適切なトランシーバーを選択してください。

トランシーバーが十分なリンクバジェットを提供していることを確認します。
Tx放射電力とRx感度を評価します
アンテナの指向性を微調整することで、トランシーバーアンテナがカバレッジに必要な視野全体をサポートしていることを確認します。
良好な動作範囲を達成するには、アンテナの多様性が不可欠です

トランシーバーの配置:

車の周りでトランシーバーを配置するのに最適な場所を特定します。
高さと方向を考慮する
システムの RF パフォーマンスを検証する
システムに十分なリンクマージンバッファリングがあることを確認します。

システム遅延。車に近づくと、ユーザーがドアを開けようとする前に完了する必要がある複雑な一連のイベントが始まります。認証とキー管理には高性能暗号プロセッサが必要であり、ECU と各トランシーバーを接続するバスシステムは低遅延である必要があります。 (11:45)

時刻同期。正確な時刻同期を有効にすることで、各トランシーバーは受信パケットの予想時刻を数十マイクロ秒の精度で認識します。時間枠内でのみスキャンすることで、電力を節約し、パフォーマンスを向上させます。 (12:40)

トランシーバーの同期。デバイスと正常に同期したトランシーバーは、他のトランシーバーとタイミング情報を共有できるため、迅速な接続が可能になり、完全な測距サイクルを完了できなかった場合の飛行時間の計算も可能になります。 (13:30)

測位アルゴリズム。これは車の ECU で実行されるコードです。接続されている各 UWB トランシーバーからのデバイスの距離が収集および処理され、空間内の iPhone または Apple Watch の位置が特定されます。ユーザーの車への接近を追跡する場合でも、デバイスが車室内にあるか車外にあるかを判断する場合でも、測位アルゴリズムは高速かつ正確である必要があります。 (14:02)

推奨される開発ワークフロー

UWB の相互運用性。仕様に従っていることを確認し、Apple が提供するツールを使用してテストしてください。
BLE レイヤーの統合。接続管理と所有者のペアリング用
安全範囲管理。パッシブエントリーにはクリティカル
リモート操作のサポート。リモコン用

開発に興味のあるベンダーは、Automotive Connectivity Alliance に参加し、iPhone および Apple Watch との連携に関する具体的な詳細については MFi プログラムに参加する必要があります。 (15:11)

重要ポイント

内容: 自動車ブランド向けのデジタルキーエクスペリエンスを構築する
価値がある理由: UWB テクノロジーを使用すると、車の所有者は携帯電話を取り出さずに車両のロックを解除できるため、本当に無意味な入場体験が提供されます。
開始方法: MFi Initiative と Automotive Connectivity Alliance に参加し、UWB の相互運用性から始めて段階的に開発する推奨ワークフローに従います。
内容: 位置情報に基づいたパーソナライゼーションを有効にする
価値がある理由: どのキーがどのドアから入ったかを識別することで、座席の位置、温度、音楽の好みなどの個人設定を自動的に調整できます。
開始方法: 位置決めアルゴリズムでデバイスの軌道を追跡し、運転席側に近づいているキー識別子を特定します
内容: UWB テクノロジーを他のスマートデバイスに拡張する
価値がある理由: UWB の正確な測位機能は、自動車だけでなく、スマートホームデバイスの測位、部屋レベルのデバイス制御などにも使用できます。
開始方法: Nearby Interaction フレームワークを研究し、デバイス間の測距と方向検出を調査します。
内容: 安全な近距離無線通信システムを構築する
実行する価値がある理由: 車のキーのセキュリティ設計 (セッションキー、ランダム識別子、安全な測距) は、安全な短距離通信を必要とする他のシナリオにも適用できます。
開始方法: 車のキーのセキュリティアーキテクチャを参照し、Secure Element を使用して機密の認証情報を保存し、セッションキーの導出を実現します。
やるべきこと: BLE + UWB ハイブリッド測位ソリューションを最適化する
実行する価値がある理由: BLE は大まかな検出と初期接続に使用され、UWB は正確な位置決めに使用され、この 2 つを組み合わせることで消費電力と精度のバランスを取ることができます。
開始方法: まず BLE スキャンを使用してデバイスの近接を検出し、次に UWB 測距セッションを開始して位置を特定します