Figure 9.4: Authentication with upper layer TP

1. Diagrammtyp & Architektur-Kontext

• Klassifikation: UML 2.x Sequenzdiagramm (Interaction Diagram).
• Architektur-Kontext: AUTOSAR Classic Platform (Release R19-11), Kommunikations-Stack (ComStack), Schnittstelle zwischen Anwendungsschicht/Signal-Routing (Com), Security-Subsystem (SecOC), Abstraktionsschicht (PduR) und Transportprotokoll (CanTp).
• Funktionaler Zweck: Detaillierung des Sendeablaufs (Tx-Pfad) einer gesicherten PDU über ein Transportprotokoll, wenn SecOC gegenüber der oberen Schicht (Com) als TP-Senke agiert und die authentifizierte PDU anschließend über ein unterlagerte TP-Modul (CanTp) segmentiert versendet.

2. Komponenten, Entitäten & Schnittstellen

• Module / Lifelines («module»):
  • Com: Oberer Kommunikations-Layer; initiiert die Übertragung großer Nutzdaten-I-PDUs und stellt Daten segmentweise via TP-Copy-Interface bereit.
  • PduR: PDU-Router; entkoppelt Schichten und routet TP- und IF-APIs anhand der Routing-Tabellen zwischen Quell- und Zielmodulen.
  • SecOC: Secure Onboard Communication; verwaltet Zwischenpufferung, Freshness-Werte, MAC-/Signaturgenerierung (Authentifizierung) und bedient sowohl obere als auch untere TP-Schnittstellen.
  • CanTp: CAN Transport Protocol; segmentiert die von SecOC übergebene Secured I-PDU für den physikalischen CAN-Bus (Tx-Pufferabruf).
• Schnittstellen & Service-APIs:
  • Tx-Initiierung (Upper Layer):
    • PduR_ComTransmit(Std_ReturnType, PduIdType, const PduInfoType*)
    • SecOC_TpTransmit()
  • Payload-Abruf durch SecOC (Loop 1):
    • PduR_SecOCTpCopyTxData()
    • Com_CopyTxData()
  • Sende-Anstoß untere Schicht:
    • PduR_SecOCTransmit(Std_ReturnType, PduIdType, const PduInfoType*)
    • CanTp_Transmit(Std_ReturnType, PduIdType, const PduInfoType*)
  • Segment-Abruf durch CanTp (Loop 2):
    • PduR_CanTpCopyTxData(BufReq_ReturnType, PduIdType, const PduInfoType*, RetryInfoType*, PduLengthType*)
    • SecOC_CopyTxData(BufReq_ReturnType, PduIdType, const PduInfoType*, RetryInfoType*, PduLengthType*)
  • Bestätigungskette (Tx-Confirmation):
    • PduR_CanTpTxConfirmation(PduIdType, Std_ReturnType)
    • SecOC_TpTxConfirmation(PduIdType, Std_ReturnType)
    • PduR_SecOCTpTxConfirmation(PduIdType, Std_ReturnType)
    • Com_TpTxConfirmation(PduIdType, Std_ReturnType)

3. Dynamisches Verhalten & Sequenzablauf

1. Initiierung & Puffer-Vorbereitung (Synchron):
   • Com ruft PduR_ComTransmit() auf, was im PduR auf SecOC_TpTransmit() gemappt wird.
   • SecOC führt intern prepare() aus (Prüfung und Reservierung des internen Puffers für die Gesamtlänge der Nutzdaten zzgl. Security-Header/Trailer) und bestätigt den Request synchron.
2. Datentransfer Upper Layer -> SecOC (loop):
   • SecOC ruft über PduR_SecOCTpCopyTxData() die API Com_CopyTxData() auf.
   • Com kopiert (Copy()) die ungesicherten Nutzdaten iterativ in den Bereitstellungspuffer von SecOC, bis die gesamte Authentic I-PDU übertragen ist.
3. Asynchrone Authentifizierung (scheduled main task):
   • Die zyklische Task SecOC_MainFunctionTx() prüft anstehende Nachrichten.
   • Bei Vorhandensein vollständiger Daten führt SecOC authenticate() aus (Generierung des Freshness Value, Berechnung des MAC/der Signatur via CSM/Crypto Stack).
   • Nach erfolgreicher MAC-Generierung triggert SecOC die Sendung über PduR_SecOCTransmit(), welches in CanTp_Transmit() mündet.
4. Segmentierter Datentransfer SecOC -> CanTp (loop):
   • CanTp übernimmt die Ablaufsteuerung für CAN-Frames (SF/FF/CF) und fordert segmentweise Daten über PduR_CanTpCopyTxData() an.
   • SecOC_CopyTxData() kopiert (copyData()) die sequenzierten Chunks der fertigen Secured I-PDU (Payload + Freshness Bits + MAC) in den bereitgestellten Puffer des CanTp.
5. Tx-Confirmation Kaskade:
   • Nach vollständigem Busversand meldet CanTp das Ergebnis via PduR_CanTpTxConfirmation().
   • SecOC empfängt SecOC_TpTxConfirmation(), aktualisiert seinen Zustand (z. B. Finalisierung des Freshness Value Counters) und leitet die Bestätigung via PduR_SecOCTpTxConfirmation() an Com_TpTxConfirmation() weiter.

4. Normative Relevanz & Entwickler-Hinweise

• Puffer-Dimensionierung in SecOC:
  • SecOC erfordert dedizierten RAM-Zwischenspeicher. Die Puffergröße muss so konfiguriert sein, dass sie die maximale Länge der Authentic I-PDU plus Authentifizierungs-Overhead (SecOCAuthInfoTxLength + SecOCFreshnessValueTxLength) vollständig aufnehmen kann, da die MAC-Berechnung erst nach vollständigem Einlesen aller Nutzdatenblöcke aus Com erfolgen kann.
• Entkopplung durch MainFunction & Latenzen:
  • Die Signalweiterleitung erfolgt strikt asynchron über SecOC_MainFunctionTx. Die Task-Periode von SecOC sowie die Ausführungszeit der kryptografischen Operationen (synchron im Task-Kontext oder asynchron via Crypto-Treiber/HSM) bestimmen maßgeblich die Gesamt-Latenz und den Jitter des TP-Sendepfads.
• PduR-Routing-Konfiguration:
  • Im PduR müssen zwei unterschiedliche Schnittstellen-Typen für denselben logischen Pfad konfiguriert werden:
    • Oben: TP-Interface-Routing (Com als TP-Upper-Layer zu SecOC als TP-Lower-Layer).
    • Unten: TP-Interface-Routing (SecOC als TP-Upper-Layer zu CanTp als TP-Lower-Layer).
• Fehlerbehandlung (BufReq_ReturnType):
  • Implementierungen von SecOC_CopyTxData() und Com_CopyTxData() müssen die Rückgabewerte (BUFREQ_OK, BUFREQ_E_BUSY, BUFREQ_E_NOT_OK) konform zu den AUTOSAR-ComStack-Regeln bedienen; insbesondere darf bei BUFREQ_E_BUSY kein Datenverlust oder Puffer-Deadlock in SecOC auftreten.