Detaillierte Erklärung des technischen Funktionsprinzips des PnC Plug&Charge-Ladedienstes -1

1. Vertrauensbildungsphase zwischen Fahrzeugen und Ladestationen

Identitätsprüfung:Die Ladestation verifiziert ihre Identität mittels des SECC-Zertifikats (Supply Equipment Communication Controller), während das Fahrzeug das werkseitig voreingestellte V2G-Root-Zertifikat (Trust Anchor) zur Querverifizierung nutzt. Um Zertifikatsfälschungsangriffe zu verhindern, ist das System mit OCSP (Online Certificate Status Protocol) ausgestattet. Gemäß dem aktuellen ISO-15118-20-Standard ist die Echtzeit-Überprüfung des Zertifikatssperrstatus für alle Zertifikate (einschließlich Sub-CA- und Leaf-Zertifikate) obligatorisch, um die strikte Einhaltung der Vorschriften auf allen Kommunikationswegen zu gewährleisten.

In dieser Phase erfolgt die Kommunikation zwischen Fahrzeug (EV) und Ladestation (EVSE) gemäß dem ISO-15118-Protokoll. Nach Abschluss des Ladevorgangs und dem Aufbau einer digitalen Kommunikationsverbindung verhandeln beide Parteien die anzuwendende Version des Transport Layer Security Protocol (TLS).

• TLS 1.2wird in der Norm ISO 15118-2 verwendet;
• Bei der Verwendung desISO 15118-20Standard,TLS 1.3wird angenommen;

1. Die Ladestation legt dem Elektrofahrzeug ihre Zertifikatskette vor, einschließlich des SECC-Zertifikats (Supply Equipment Communication Controller) und des CPO-Zwischenzertifizierungsstellenzertifikats (Sub CA), um die vertrauenswürdige Identitätsauthentifizierung des Fahrzeugs abzuschließen.
2. Elektrofahrzeuge verwenden vorinstallierte Vertrauensanker (d. h. V2G-Root-Zertifikate, die vor der Auslieferung des Fahrzeugs an die Benutzer voreingestellt werden), um die von den Ladestationen übermittelte vollständige Zertifikatskette zu überprüfen.
3. Elektrofahrzeuge werden einer Überprüfung des Zertifikatswiderrufsstatus unterzogen: Gemäß dem ISO 15118-2-Standard sind SECC-Zertifikate für eine kurze Gültigkeitsdauer (2-3 Monate) ausgelegt, und der Widerrufsstatus von CPO-Sub-CA-Zertifikaten wird über das Online Certificate Status Protocol (OCSP) überprüft; Der ISO 15118-20-Standard schreibt vor, dass alle Zertifikate einer Überprüfung des Widerrufsstatus über OCSP unterzogen werden müssen.
4. Nachdem alle Verifizierungsschritte erfolgreich durchlaufen wurden, kann das Elektrofahrzeug die vertrauenswürdige Identität der Ladestation bestätigen, und die nachfolgenden vollständigen Kommunikationsdaten werden verschlüsselt übertragen.

2. Verhandlungsphase des Identitätserkennungsverfahrens

Die Logik der gegenseitigen Ausschließlichkeit zwischen EIM und PnC: Das Protokoll verbietet strikt die „Doppelidentitätserkennung“ von Nutzern. Wird festgestellt, dass der Nutzer den Ladevorgang manuell per RFID oder App (EIM-Modus) gestartet hat, muss die Ladestation den PnC-Auslöseprozess automatisch beenden, um das Geschäftsrisiko doppelter Abrechnungen zu vermeiden.

Die Norm ISO 15118 definiert zwei Mechanismen zur Erkennung der Identität von Ladesitzungen:

• 1. Externe Identifikationsmittel (EIM):einschließlich RFID-Karten (Radio Frequency Identification), Kreditkarten, mobilen Anwendungen, QR-Codes usw.;
• 2. Plug&Charge:Ein vollautomatisierter Authentifizierungsmechanismus auf Zertifikatsbasis.

Kernbeschränkung:Ladestationen dürfen keine doppelte Identitätsprüfung von Nutzern durchführen. Wenn der Nutzer die Authentifizierung über externe Mittel wie eine RFID-Karte vor dem Anschließen des Ladegeräts durchführt, muss die Ladestation die Aktivierung der Plug-and-Play-Funktion unterbrechen. Andernfalls kann es zu einer wiederholten Zertifizierung des Fahrzeugs über das Vertragszertifikat und damit zu doppelten Abrechnungen kommen.

3. Fahrzeugidentitätsprüfung

Nachdem das System den Plug-and-Play-Lademodus ausgewählt hat, übermittelt das Elektrofahrzeug das Vertragszertifikat und das zugehörige Sub-CA-Zertifikat des Mobilfunkanbieters (MSP) an die Ladestation. Diese Zertifikate werden zu einer vollständigen Zertifikatskette zusammengeführt, und der zentrale Identitätsprüfungsprozess wird gestartet. Das Backend führt synchron mehrere Sicherheitsprüfungen durch, um die Rechtmäßigkeit der Ladevorgänge und die Gültigkeit der Abrechnungskonten umfassend zu gewährleisten und das Risiko von Fahrzeugidentitätsfälschung zu verhindern.

Um Replay-Angriffe (d. h. das Abfangen und wiederholte Senden von Autorisierungsnachrichten durch Hacker) zu verhindern, generiert das System einen 128-Bit-Zufalls-Challenge-Code. Das Fahrzeug muss diesen Challenge-Code mit einem privaten Schlüssel signieren, und die Ladestation führt eine lokale Signaturprüfung im Millisekundenbereich mithilfe des öffentlichen Schlüssels des Vertragszertifikats durch. Diese asymmetrische Verschlüsselung gewährleistet die Eindeutigkeit und Unanfechtbarkeit der sofortigen Autorisierung.

1. Gültigkeitsprüfung der Ladesäulen auf Zertifikatsketten

Das Backend-System der Ladestation bzw. des CPO muss die folgenden beiden Kernprüfungen durchführen:

• Gültigkeitsprüfung:Prüfen Sie, ob alle Zertifikate in der Zertifikatskette noch gültig sind.
• Echtheitsprüfung:Überprüfen Sie die Gültigkeit der vollständigen digitalen Signaturkette vom Vertragszertifikat bis zum Stammzertifikat.

Voraussetzung für die Implementierung der lokalen Verifizierung ist, dass die Ladestation das entsprechende Stammzertifikat voreingestellt hat – in der Regel das V2G-Stammzertifikat des PKI-Betreibers und in einigen Fällen das eigene Stammzertifikat des MSP (wobei der Anwendungsanteil relativ gering ist).

2. Online-Überprüfung des Zertifikatssperrstatus

Ein Teil des Verifizierungsprozesses basiert auf Online-Interaktion, wobei die Überprüfung des Zertifikatssperrstatus zu den Kernprozessen gehört. Die Ladestation initiiert eine Anfrage an den im Zertifikat voreingestellten OCSP-Responder, um zu bestätigen, dass die folgenden beiden Zertifikatstypen nicht gesperrt wurden:

• CPO Sub CA Zertifikat (gültig für die Normen ISO 15118-2 und ISO 15118-20);
• Vertragszertifikat (gilt nur für die Norm ISO 15118-20);

3. Überprüfung des Abrechnungskontostatus

Nach Abschluss der Abrechnung schließt das System den Prozess vom Datenaustausch bis zum Zahlungseingang automatisch ab: Nach Überprüfung der Zertifikatsgültigkeit bestätigt der CPO den Gültigkeitsstatus des Abrechnungsvertrags des Nutzers. Das System extrahiert die Dienstanbieter-ID aus der Fahrzeugnetzwerk-Kontokennung (EMAID), und CPMS ordnet den entsprechenden MSP dieser ID zu, um zu überprüfen, ob das Konto nicht gesperrt oder gekündigt ist.

4. Der Ladevorgang wurde gestartet.

Nach Bestätigung der Identität des Elektrofahrzeugs folgen Fahrzeug und Ladestation dem Nachrichtenaustauschprozess gemäß ISO 15118-Standard, verhandeln Ladeparameter und -zeitpunkt und starten offiziell den Ladevorgang.

Um die PnC (Plug&Charge)-Ladefunktion abzuschließen, müssen das Vertragszertifikat voreingestellt, gespeichert und überprüft sowie das im Fahrzeug (EV) und an der Ladesäule (EVSE) intern eingesetzte verschlüsselte Materialsystem bestätigt werden.

Wie bereits erwähnt, im TLS-Protokollsystem:TLS 1.2:angepasst an ISO 15118-2;TLS 1.3:Kompatibel mit ISO 15118-20; Beide Kommunikationspartner benötigen zwei Arten von Kerndaten:IdentitätsmaterialienUndVertrauensmaterialienUnter anderem speichert das Schlüsselrepository den privaten Schlüssel des Geräts und das zugehörige Endbenutzerzertifikat, das zum Nachweis der „Legitimität der Identität“ verwendet wird; das Vertrauensinventar speichert vertrauenswürdige CA-Zertifikate (Vertrauensanker), die zur Überprüfung der Gültigkeit der Zertifikate der anderen Partei und zur Beantwortung der Frage der „Vertrauensgrenze“ verwendet werden.