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| 本文作者： 思佳 | 2017-07-10 23:18 | 專題：GAIR 2017 |
雷鋒網新智駕按：7月10日，在由中國計算機學會（CCF）主辦，雷鋒網和香港中文大學（深圳）承辦的CCF-GAIR全球人工智能與機器人大會壓軸日上，大會智能駕駛專場如約而至。以下內容來自專場對話環節，對話問方來自哈爾濱工業大學（深圳）教授朱曉蕊，對話答方來自耶魯大學教授邵中，后者的團隊目前專注于汽車領域安全操作系統研究，話題圍繞“安全操作系統與自動駕駛”展開。雷鋒網新智駕將對話內容做了不改變原意的整理編輯。
目前，大部分對自動駕駛的研究停留在應用層或系統級別層面，但核心軟件，例如操作系統，現在其實是發展的黃金時期。從前的操作系統在設計時，是按照開發普通應用的思路，但通用性差，為了能夠快速在市場應用，目前操作系統已經到了發展拐點，邵中團隊就在做這方面工作。
邵中團隊目前聚焦于對面向車輛的安全操作系統研究，并自主搭建一套支持多核的CertiKOS的安全操作系統。CertiKOS是世界上第一個能夠在多核平臺上運行，而且能夠以非常快的速度，支持多個內核的系統，這套技術正變得越來越成熟。
朱曉蕊：您從新的角度講了如何將安全操作系統應用在自動駕駛領域，現在做自動駕駛的人都知道，ROS (Robot Operating System, 機器人操作系統)是自動駕駛領域常用的軟件。那么您所講的安全操作系統與ROS系統之間是什么關系？
邵中：ROS更像一個中間件，因為它是在Linux平臺上搭的。ROS是把一個很復雜的應用分成不同的層面，但是其中一旦涉及實時系統要求的時候，它還是依賴于底層操作系統給予這樣的保證，因此，如果底層操作系統到最后完全是Linux的話，它也不能提供很好的保障，當然Linux里面有幾十萬行的代碼，它的安全是沒有保證的。
朱曉蕊：所以安全操作系統，和ROS并沒有沖突，它只是在ROS的底層加一層安全防護。第二個問題，如果要專門為自動駕駛系統設計一套安全操作系統，需要考慮哪幾個核心的要素？
邵中：其實操作系統的概念是非常廣的，之前的主題演講中我介紹了一個特定的操作系統，但是大家都知道，現在我們講操作系統，管理一個智慧城市，它的政府部門加上軟件就屬于一個操作系。操作系統的概念，其實就是為硬件平臺和它上面為應用搭建出來的環境起到一個承上啟下的作用。
所以，為了搭建這樣一個汽車操作系統，首先要搞清楚你的硬件平臺是什么樣的。早期階段，很可能是汽車不同的ECU有自己的電腦，并將一大堆電腦連在一起，但未來，很可能會朝著類飛機的情況發展，它會把越來越多的功能都聚到幾個SoC上。因為機器的功能越來越大，所以你必須要明確未來的硬件是什么樣子。
例如，SoC硬件很可能包括實時的CPU、GPU，另外還會有FPGA，在這上面做操作系統，就需要系統內核能夠非常敏捷地應用到各種架構上。這種架構會越來越復雜，所以軟件用抽象層做設計的理念跟硬件上開發設計的理念是非常一致的，要把這個硬件搭出來，搭出一個非常開放的抽象層內核，這樣才能保證在各種各樣的情景下，你的操作系統都能轉換成汽車軟件的需求。
所以，首先是為了安全性，要做一定的形式化驗證；第二是為了多變的硬件平臺上多變的軟件應用需求，要做到操作系統內核非常容易轉換成不同的功能。
朱曉蕊：安全操作系統是一個非常重要的平臺，用在自動駕駛領域和用在其他領域，有哪些不太一樣的地方？比如，能否分享一下之前你們團隊在安全操作系統的其他方面應用和自動駕駛應用比較接近的案例？
邵中：現在大部分的形式化驗證用在航天領域更多一些，或者是被用在飛船的環境下，很多情況下有些要求可能會比無人駕駛車更高，因為如果你發了一個飛船到月亮上，出現故障的代價就非常高。而汽車上，不一定非要把所有的功能都驗證。很多情況下，無人駕駛汽車關鍵是要保證出現問題或是被黑客攻擊時，不要整個車垮掉，而是要保證黑客再怎么攻擊，只能攻擊到其中的一塊，汽車最基本的功能還是有。
所以，需要將汽車上的各種部件分成各種級別，然后在特定的情況下，能夠保證在車輛最基本的功能，這是為汽車做安全操作系統非常重要的一點，這樣可以避免大量的驗證工作。
另外，區塊鏈其實也是形式化驗證中非常相關的一個應用。這是個很有意思的領域，比如一旦智能合約中出現一點點的錯誤，你很可能就丟錢了，所以它對功能驗證的要求更高。
在汽車領域，我相信有一天也會跟區塊鏈連在一起，它也會需要聯網、需要加密。所以，凡是在汽車上用到跟這些加密軟件相關的東西，還是需要驗證的。在這方面，國際上已經有很多工作，這些工作也可以應用在無人駕駛車輛上。至于無人駕駛車本身，我認為還是要在建模時搞清楚，在各種情況下保證最基本的安全狀態，這才是比較有用的一個目標。
朱曉蕊：我相信目前國內產業界對自動駕駛安全問題還沒有引起足夠的重視，大家可能還普遍在講怎么去做算法，怎么去做決策，實際上正如邵教授剛才講的，操作系統是一個最底層的安全保證，如果沒有，上面的高層級的安全措施都是無效的。
下面一個問題，如果是產業界現在想要去在自動駕駛安全方面投入的話，比如說在這個操作系統的安全方面投入，大家都需要去做什么工作，如何去投入？
邵中：現在做無人駕駛車，我個人覺得還是比較早的時候。大家都知道，全世界有很多公司都在做無人駕駛車，有很多公司都在寫上面的機器學習軟件或者控制軟件，如果你這家公司想做無人駕駛，怎么在眾多公司當中脫穎而出？更不用說世界上很多大公司，他們已經有了一些積累，已經做了很多。比如，谷歌就有自己的操作系統，其開發的是基于安卓的系統，還有很多車載控制設備專門在Linux上開發軟件，也有自己的系統，這樣比下去，很難看到競爭出路。
但我想說的是，安全絕對是無人駕駛車甚至無人駕駛飛機，或者任何跟這個智能系統相關的最關鍵的領域之一，誰決定了這個安全平臺，誰可能就會成為掌握智能平臺操作系統的最后贏家。普通軟件一旦有開發bug，大家都是接受的，檢查出來就可以修復，但如果在無人車、無人機上有軟件的安全隱患，就會成為一個很大的問題。所以我覺得，目前汽車行業應該關注安全方面工作，應該有團隊去做安全系統，這是一個很大的領域。
在這個領域，可能一開始你會發現投入不是馬上就能用到實際的場景，但其實很多方面還是有很好的效果。比如，我們最近有好幾個課題，在做一些demo，讓黑客來攻擊已經被驗證的操作系統，黑客根本攻擊不進去。從這個角度來說，我覺得汽車廠商應該關注底層的操作系統，而不是隨便用其中某一家的，因為這樣很可能造成被動，一旦安全需求變了，你就需要做很大的調整，這方面就不一定能跟上以后的飛速發展進程。
朱曉蕊：贊同，全球都在競爭自動駕駛方面技術，如何在國內自動駕駛產業界脫穎而出，這實際上是一個蠻有挑戰性的問題，也是這次智能駕駛專場這個環節帶來的前沿技術的價值。
最后一個問題，您這個團隊在安全操作系統領域大概有多少年的積累？
邵中：我們在這個領域的研究，很多是在形式化方法、程序設計語言和編譯方面，我個人在這個領域已經做了20多年，只是最近5年我們開始把技術用到底層的操作系統內核當中。
在我們這個領域，很多剛才演講提的工具都已經做了很多年，只是最近5年發現這個技術竟然也能做到驗證操作系統。甚至現在，很多大公司都開始研究如何用這個形式化方法來搭建能夠被驗證的操作系統。
我覺得在中國，一些最底層的非常關鍵的模塊，比如說操作系統、編譯、制造芯片的技術，沒有獲得特別多的關注。操作系統大部分都是開源的，像我們這種操作系統過一段時間肯定會開源，讓所有人都可以在上面建立新的平臺，并且慢慢建立起更大的生態圈。
朱曉蕊：我們非常期待CertiKOS開源的這一天，這樣我們都可以在這個平臺上把我們在自動駕駛領域做的一些上層的算法、決策和CertiKOS結合起來，大家去建立一個很穩固的、安全的自動駕駛系統。
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