Ein Over-the-Air-Update wird in einem Chevrolet- Fahrzeug installiert

Ein Over-the-Air-Update (OTA-Update), auch bekannt als Over-the-Air-Programmierung (OTA-Programmierung), ist eine Aktualisierung eines Betriebssystems [1, 2 ] oder der Firmware eines eingebetteten Systems [ 3 ] , die über ein drahtloses Netzwerk wie WLAN oder ein Mobilfunknetz [ 4 ] übertragen wird . Zu diesen Systemen gehören Mobiltelefone , Tablets , Set-Top - Boxen , Autos und Telekommunikationsgeräte . OTA-Updates für Autos und IoT- Geräte werden auch als Firmware Over-the-Air ( FOTA ) bezeichnet [ 5 , 6 ] . Verschiedene Komponenten können per OTA aktualisiert werden , darunter das Betriebssystem des Geräts, Anwendungen, Konfigurationseinstellungen oder Parameter wie Verschlüsselungsschlüssel .

Terminologie

Der Begriff „Over-the-Air-Update“ ( OTA) wird für eingebettete Systeme verwendet . [ 4 ] Vor der Einführung von OTA-Updates konnten eingebettete Geräte nur über direkten physischen Zugriff (mittels JTAG ) oder kabelgebundene Verbindungen (üblicherweise über USB oder eine serielle Schnittstelle ) aktualisiert werden . OTA wird auch für mobile Geräte wie Smartphones und Tablet-Computer verwendet .

Zweck

Die drahtlose Übertragung ermöglicht es, Aktualisierungen in größerem Umfang zu verteilen, die Kosten für die Bereitstellung von Aktualisierungen zu senken [ 7 ] oder die Akzeptanzrate dieser Aktualisierungen zu erhöhen.

Durchführung

Der Anbieter dieser Updates kann entscheiden, ob Nutzer diese ablehnen dürfen und bestimmte Funktionen auf Endgeräten deaktivieren, bis ein Update installiert ist. Nach der Installation ist es Nutzern möglicherweise nicht mehr möglich, ein Update rückgängig zu machen.

OTA-Updates sind so konzipiert, dass sie möglichst klein sind, um Energieverbrauch, Netzwerkauslastung und Speicherplatzbedarf zu minimieren. Dies wird erreicht, indem nur die Unterschiede zwischen der alten und der neuen Firmware übertragen werden, anstatt die gesamte Firmware. Durch einen Prozess namens Diffing wird eine Differenz (Delta) der alten und neuen Firmware erzeugt ; anschließend wird diese Delta-Datei an das Endgerät verteilt, das sich damit aktualisiert. [ 8 ]

Branchen

Smartphones

Ein Samsung Galaxy Smartphone führt ein Android- Update drahtlos durch

Bei Smartphones , Tablets und anderen Geräten ist ein Over-the-Air-Update eine Firmware- oder Betriebssystemaktualisierung , die das Gerät über das Internet herunterlädt . Früher mussten Nutzer diese Geräte per USB mit einem Computer verbinden , um ein Update durchzuführen. Solche Updates können Funktionen hinzufügen, Sicherheitslücken schließen oder Softwarefehler beheben . Die beiden wichtigsten mobilen Betriebssysteme sind iOS und Android .

iOS erhielt mit iOS 5 die Unterstützung für drahtlose Updates . [ 9 ] iOS-Updates werden ausschließlich von Apple bereitgestellt, was zu einer breiten Verfügbarkeit und relativ hohen Nutzungsrate führt. Größere iOS-Versionen werden üblicherweise innerhalb weniger Monate nach Veröffentlichung auf 60–70 % aller iPhones installiert. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Android-OTA-Updates sind geräteabhängig und werden nicht von Google, sondern von Geräteherstellern und teilweise von Mobilfunkanbietern bereitgestellt . [ 13 ] Dies führte zu einer uneinheitlichen Verfügbarkeit von Updates und zur Fragmentierung von Android . [ 11 ] [ 12 ] In der Vergangenheit erhöhte die Fragmentierung die Komplexität der Entwicklung von Drittanbieter-Apps für Android aufgrund der uneinheitlichen Verfügbarkeit der neuesten Software-Frameworks auf den Smartphones der Nutzer [ 14 ] und führte aufgrund von Verzögerungen bei der Verteilung von Sicherheitsupdates zu Sicherheitsbedenken. [ 15 ] Google reduzierte die Android-Fragmentierung durch das 2017 eingeführte Projekt Treble , das es OEMs ermöglicht, Betriebssystem-Updates zu veröffentlichen, ohne die Hardwaretreiber für jede Version erneut testen zu müssen, [ 13 ] [ 16 ] und das 2019 eingeführte Projekt Mainline, das es Google ermöglicht, Android-Komponenten zu aktualisieren [ 16 ] und Sicherheitspatches [ 17 ] über den Play Store bereitzustellen , ohne dass ein vollständiges Betriebssystem-Update erforderlich ist. [ 16 ] Projekt Mainline verringert die Rolle von Zwischenhändlern bei der Bereitstellung von OTA-Updates erheblich. [ 18 ] [ 17 ] Seit Android 8.0 folgen Android-OTA-Updates einem A/B- Partitionsschema . Dabei wird ein Update im Hintergrund auf einer zweiten Partition („B“) installiert, und das Telefon wechselt beim nächsten Neustart zu dieser Partition. Dadurch wird die Installationszeit von Updates verkürzt. [ 19 ]

OTA-Updates für Windows Phone wurden üblicherweise von OEMs wie Nokia und manchmal von Mobilfunkanbietern bereitgestellt . OTA-Updates für Windows Phone-Geräte mit der Bezeichnung „Microsoft Mobile“ wurden in der Regel von Microsoft selbst vertrieben.

Automobil

Fahrzeuge unterstützen Over-the-Air-Updates (OTA) für ihr Infotainmentsystem , Navigationskarten, Telematik-Steuergerät oder ihre elektronischen Steuergeräte (die Bordcomputer, die für den Großteil des Fahrzeugbetriebs verantwortlich sind). [ 20 ] Im Fahrzeug ist das Telematik-Steuergerät für das Herunterladen und Installieren von Updates zuständig, [ 4 ] und OTA-Updates werden wie bei Smartphones über Mobilfunknetze heruntergeladen. Während der Installation eines OTA-Updates kann das Fahrzeug nicht gefahren werden. Vor einem Update prüft das Fahrzeug die Echtheit des Updates und nach Abschluss des Updates die Integrität aller betroffenen Systeme. [ 20 ]

Over-the-Air-Updates (OTA) bieten zahlreiche Vorteile. Volkswagen musste in der Vergangenheit elf Millionen Fahrzeuge zurückrufen, um ein Problem mit der Abgasreinigungssoftware zu beheben. Auch andere Hersteller führten Rückrufe aufgrund von Softwarefehlern an Bremsen oder Airbags durch, wodurch alle betroffenen Kunden gezwungen waren, eine Vertragswerkstatt aufzusuchen, um die Updates zu erhalten. OTA-Updates hätten diese Werkstattbesuche überflüssig gemacht und somit die Garantiekosten für die Hersteller gesenkt und die Ausfallzeiten für die Kunden verkürzt. Zudem ermöglichen OTA-Updates den Herstellern, neue Funktionen und Fehlerbehebungen schneller bereitzustellen , wodurch ihre Fahrzeuge wettbewerbsfähiger werden und die Produktverbesserungen für die Verbraucher beschleunigt werden. Beispielsweise können OTA-Updates die Fahrerassistenzsysteme eines Fahrzeugs verbessern und die Fahrzeugsicherheit erhöhen. [ 5 ] : 138–139 [ 20 ]

OTA-Updates können jedoch auch eine neue Angriffsfläche für Hacker darstellen, da Sicherheitslücken im Update-Prozess ausgenutzt werden könnten, um Fahrzeuge aus der Ferne zu steuern. Hacker haben solche Schwachstellen bereits entdeckt, woraufhin viele Automobilhersteller Programme zur Offenlegung von Sicherheitslücken ( sogenannte Bug-Bounty-Programme ) eingeführt haben. [ 20 ] [ 21 ] Zu den spezifischen Angriffsvektoren von OTA-Updates gehören Spoofing , Manipulation, Repudiation-Angriffe, Informationslecks , Denial-of-Service- Angriffe , Replay-Angriffe und Privilege-Escalation -Angriffe. Ein Beispiel hierfür ist ein Hacker, der ein laufendes Update erfolgreich unterbricht (sogenannter „Flashing-Fehler“), wodurch die Computersysteme des Fahrzeugs beschädigt werden und später Fehlfunktionen auftreten können. Ein weiteres Szenario sind „willkürliche Flashings“, bei denen Hacker das Fahrzeug dazu bringen, ein schädliches OTA-Update zu installieren. [ 5 ] : 141–142

Internet der Dinge (IoT)

Mit den neueren Konzepten drahtloser Sensornetzwerke und des Internets der Dinge (IoT), bei denen die Netzwerke aus Hunderten oder Tausenden von Knoten bestehen, wird OTA in eine neue Richtung gelenkt: Erstmals wird OTA unter Verwendung unlizenzierter Frequenzbänder (868 MHz, 900 MHz, 2400 MHz) und mit geringem Verbrauch und niedriger Datenrate unter Verwendung von Protokollen wie 802.15.4 und ZigBee angewendet . [ 22 ]

Sensorknoten befinden sich häufig an abgelegenen oder schwer zugänglichen Orten. Libelium hat beispielsweise ein OTA-Programmiersystem für ZigBee-WSN-Geräte implementiert. Dieses System ermöglicht Firmware- Aktualisierungen ohne physischen Zugriff und spart so Zeit und Kosten, falls die Knoten neu programmiert werden müssen. [ 23 ]

Internet-Router

OTA ist vergleichbar mit Firmware-Verteilungsmethoden, die von anderen in Massenproduktion hergestellten Unterhaltungselektronikgeräten wie Kabelmodems verwendet werden . Diese nutzen TFTP , um neue Programme aus der Ferne zu empfangen, wodurch sich der Zeitaufwand für die Wartung sowohl für den Besitzer als auch für den Benutzer des Geräts verringert.

Die drahtlose Bereitstellung (OTAP) ist auch in drahtlosen Umgebungen verfügbar (standardmäßig aus Sicherheitsgründen deaktiviert). Sie ermöglicht es einem Access Point (AP), die IP-Adresse seines Controllers zu ermitteln. Ist OTAP aktiviert, weist der Controller die anderen APs an, zusätzliche Informationen in die Radio Resource Management Packets (RRM) aufzunehmen, die einem neuen Access Point das Erkennen des Controllers erleichtern. Diese Informationen werden jedoch unverschlüsselt übertragen und sind daher anfällig für das Abfangen von Datenverkehr. Aus diesem Grund ist OTAP standardmäßig deaktiviert.

Mobilfunknetze

Over-the-Air-Provisioning (OTAP) ist eine Form der OTA-Aktualisierung, mit der Mobilfunknetzbetreiber ein Mobiltelefon ( in der Branche auch als Client oder Mobilstation bezeichnet) aus der Ferne provisionieren und die auf der SIM-Karte gespeicherten Mobilfunknetzeinstellungen aktualisieren können . Dies kann jederzeit erfolgen, solange das Telefon eingeschaltet ist. Der Begriff Over-the-Air-Parameterverwaltung (OTAPA) ist synonym. [ 24 ] [ 25 ] OTA-Provisioning stellt sicher, dass Mobiltelefone auch bei Änderungen der Mobilfunknetze durch die Betreiber korrekt konfiguriert bleiben. Es konfiguriert die Telefone außerdem mit den erforderlichen Einstellungen für den Zugriff auf bestimmte Funktionen wie WAP (eine frühe Form des mobilen Internets ), MMS- Nachrichten und mobile Daten (wofür die Konfiguration eines Zugangspunktnamens erforderlich ist ).

Der ähnliche Begriff Over-the-Air Service Provisioning (OTASP) bezeichnet die drahtlose Ersteinrichtung („Aktivierung“) eines Mobiltelefons. Bei der Aktivierung werden dem Mobiltelefon Parameter wie Telefonnummer, Mobilfunknummer und System-ID zugewiesen , wodurch es initialen Zugriff auf das Mobilfunknetz erhält. OTASP wird auch als Over-the-Air-Aktivierung oder Over-the-Air-Bootstrapping bezeichnet. Alternativ zum OTA-Bootstrapping gibt es das SIM-Bootstrapping, bei dem das Telefon die auf einer SIM-Karte gespeicherten Netzwerkeinstellungen ausliest . SIM-Bootstrapping hat jedoch Einschränkungen: Die auf einer SIM-Karte gespeicherten Einstellungen können zwischen Herstellung und Verwendung der SIM-Karte veralten; außerdem verwenden manche Telefone (und andere Mobilfunkgeräte) keine SIM-Karten. [ 25 ] [ 26 ]

Verschiedene Normungsorganisationen haben Standards für die OTA-Bereitstellung herausgegeben. Im Jahr 2001 veröffentlichte das WAP Forum den WAP Client Provisioning-Standard. Nach der Übernahme des WAP Forums durch die Open Mobile Alliance wurde dieser Standard als OMA Client Provisioning (OMA CP) bekannt . Bei OMA CP werden Mobiltelefone über „unsichtbare“ SMS-Nachrichten des Mobilfunknetzes bereitgestellt, die die erforderlichen Einstellungen enthalten. Auf OMA CP folgte der neuere Standard OMA Device Management (OMA DM), der eine andere Form der SMS-basierten Bereitstellung (OMA Push) verwendet. OMA DM-Sitzungen werden immer vom Client initiiert. Die „unsichtbare“ SMS enthält keine Konfigurationseinstellungen; stattdessen weist sie das Telefon (den „DM-Client“) an, sich mit einem DM-Server (betrieben vom Mobilfunknetzbetreiber) zu verbinden. Nach erfolgreicher Verbindung sendet der DM-Server Konfigurationsbefehle an den Client. [ 26 ]

OTA-Standards

Es gibt verschiedene Standards, die OTA-Funktionen beschreiben. Einer der ersten war die GSM-03.48- Serie. Die ZigBee-Standardfamilie umfasst den ZigBee Over-the-Air Upgrading Cluster (OTA-Cluster), der Teil des ZigBee Smart Energy Profile ist und eine interoperable (herstellerunabhängige) Möglichkeit zur Aktualisierung der Geräte-Firmware bietet.

Siehe auch

Referenzen

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