数字钥匙，顾名思义就是将汽车钥匙数字化，以智能设备为载体实现汽车钥匙功能。根据高工智能汽车，1Q22中国乘用车数字钥匙渗透率达20%，汽车钥匙虚拟化蔚然成风。我们认为数字钥匙是提升人车交互智能体验的重要技术方向，有望伴随技术升级带来更多新的机遇。我们预计，至2025年中国乘用车数字钥匙车端硬件模块市场有望分别在悲观/中性/乐观假设下达到18/27/36亿元，2021-25E CAGR分别为31%/45%/56%。
摘要
数字钥匙将智能手机作为载体，汽车钥匙由实体走向虚拟。1949年克莱斯勒推出第一款集点火、启动于一身的钥匙，拉开现代钥匙演进的大幕，此后汽车钥匙历经机械钥匙、遥控钥匙、数字钥匙时代，沿更便捷、更智能的路线迭代。数字钥匙托身智能手机，可以方便做到远程操作、多人共享、人车互动，大幅提升车主体验的同时增加了消费者和主机厂的粘性，为未来拓展更多的汽车互联网应用提供了可能。一个完整的数字钥匙系统涉及车厂、手机厂、芯片厂商、软件技术厂商等多个领域。我们认为数字钥匙生态体系的建立，需要各领域厂商共同推动。
数字钥匙装载率处于快速上升通道，UWB方案有望成长为重要组成部分。1）市场现状：根据佐思汽研、高工智能汽车数据，2020-1Q22国内乘用车市场前装标配数字钥匙上险量中，比亚迪、特斯拉合计市场份额持续超过35%，引领市场潮流；2）渗透情况：我们发现造车新势力与自主品牌对数字钥匙的接纳度更高，且越新上市的车型中数字钥匙的渗透率越高；整体来看，2021年数字钥匙渗透率达14%，1Q22已提升至20%，增长迅速（高工智能汽车数据）；3）技术方案：智能手机中NFC、BLE渗透率接近标配的现状塑造了数字钥匙技术方案的当前格局。2021年BLE方案占比达64%，BLE+NFC方案占比超过30%（佐思汽研数据），占据绝对优势地位。展望未来，我们认为UWB技术有望凭借更高的定位精度与安全性，以及通过硬件复用实现的更多功能（如体征探测、自动泊车等），成长为更有竞争力的方案。4）应用场景：除开关车门，数字钥匙还可落地车辆共享、自动泊车、汽车支付等更多场景，覆盖to C或to B市场。
风险
数字钥匙装载率不及预期，UWB方案渗透率不及预期。
正文
智能终端化身虚拟钥匙，解锁智能体验
数字钥匙：托身智能设备，形态由实体走向虚拟
历经七十年的发展，汽车钥匙的形态发生三阶演变。1949年克莱斯勒推出第一款集点火、启动于一身的汽车钥匙，开启现代钥匙演进序幕。70余年的发展，汽车钥匙跨越“机械钥匙”“遥控钥匙”时代，向“数字钥匙”时代迈进，走出一部便利程度提升、功能不断丰富的进化史。
►“机械钥匙”功能单一，以提升安全性为首要。机械钥匙纯粹用于开关车门、车辆启动，其发展围绕提高安全性展开，期间芯片钥匙（雪佛兰，1986）、激光切割钥匙（雷克萨斯，1990）等安全性更高的机械钥匙不断涌现。
►“遥控钥匙”承前启后，弱化机械钥匙必要性。这一阶段强调远程操控，逐渐由一开始的“遥控器按键模式”发展至后来的“无钥匙进入模式”，便捷程度不断提升。
“无钥匙进入模式”又可称为“PEPS模式”（Passive entry and passive start，被动进入与启动），仅需携带遥控器靠近车辆，无需手动操作便可自动实现开锁、落锁、启动。PEPS本质是遥控器与车辆之间的通信。当车主拉动门把手时，车辆LF天线发射低频信号以唤醒遥控器，遥控器被唤醒之后向车辆发射RF高频信号以传递身份信息，车辆验证成功后开启车门或发动汽车。
►“数字钥匙”以智能设备为载体，钥匙形态由实体走向虚拟。智能手机早已成为人们生活不可或缺的一部分。可以这么说，人们或许会忘带实体汽车钥匙，但智能手机大概率是不会忘记的。如今，支付、刷卡等越来越多的功能集成于智能手机上，我们认为智能手机融入汽车钥匙功能是水到渠成的事情。
本质仍是“手机与车辆之间的通信”。手机通过通信信号向车端传递身份信息并验证，车端通过定位技术判断手机是否趋近、远离、进入车辆，从而执行开锁、落锁、启动操作。
为了打造无感、智能的入车体验，越来越多的车型将车身周围划分为迎宾区、解锁区等区域。以清研智行UWB钥匙解决方案为例，当车主进入迎宾区（3-10米范围内），车辆打开车灯迎接车主；进入解锁区（1-3米范围内），车门自动解锁，同时转向灯闪烁、短笛鸣响迎接车主入座。
实现机制：BLE、UWB、NFC是三种主流路线
一个完整的数字钥匙系统不仅包括实现手机端与车端通信硬件模块，还包括云端的软件管理平台，涉及多方生态。为推动数字钥匙落地普及，CCC联盟（Car Connectivity Consortium）成立于2016年，致力于建立智能手机与汽车跨行业的统一连接标准。截至2022年7月，CCC联盟成员单位接近160家，包括手机、汽车、配套技术等多个领域的核心厂商。
目前，CCC联盟数字钥匙标准已迭代至3.0版本，NFC、BLE、UWB被确立为实现“手机-汽车”通信的三项主流技术。三项技术具有各自的比较优势：NFC（Near-field communication，近场通信）优势在于功耗较低，适合手机电量耗尽时的备用场景；BLE（Bluetooth low energy，低功耗蓝牙）已在手机端广泛配置，生态环境易于搭建；UWB（Ultra-wideband，超带宽技术）具有较高的定位精度以及安全性能，能够更好地服务于数字钥匙的智能化体验。
典型的配置方案：BLE系统唤醒、UWB测距定位、NFC备份冗余。在同时配置三项技术的方案中，凭借自身的比较优势，三项技术承担着不同职能。BLE与UWB均可用于测距定位，其中BLE功耗相对更低，负责数字钥匙的发现与用户验证；UWB凭借高定位精度，负责安全测距以达到无感进入的效果。而NFC功耗最小，通常在电量较低的情况下充当备用钥匙。
BLE：主要应用RSSI技术测距定位，精度、安全性有所欠缺
BLE技术在蓝牙设备中已应用广泛。蓝牙是常用的短距无线通信技术，4.0协议中引入BLE技术，自此蓝牙技术被拆分为经典蓝牙（BT）与低功耗蓝牙（BLE）。BLE功耗仅为经典蓝牙的1%-50%，满足了智能手环、智能家居等低功耗场景需求。根据SIG联盟数据，2021年蓝牙设备出货47亿个，其中“纯BLE方案”“BLE+经典蓝牙方案”占比分别在20%、65%左右，BLE技术在蓝牙设备中广泛渗透。
RSSI技术是蓝牙定位的主要技术之一，根据接收信号的强度判断信号源的距离（Received signal strength indicator，接收信号强度指示）。在一定范围内，RSSI值与距离呈正向对应关系，因此可以根据RSSI值推算距离。当数字钥匙进入探测范围后，车端蓝牙模块检测信号源、获取RSSI值并汇集至蓝牙主模块处。蓝牙主模块通过内置的定位算法，根据各模块获取的RSSI值确定信号源位置。简单来说，数字钥匙会落在以蓝牙模块为圆心、RSSI值为半径的圆周上，多个蓝牙模块圆周的交点即可判断为数字钥匙位置。
蓝牙定位的缺点在于精度不高、易受中继攻击侵扰——
►定位精度方面，BLE精度在分米级，而UWB、NFC精度在厘米级，定位精度较差。
►安全性方面，RSSI技术主要依靠静态信号强度进行定位，容易暴露在中继攻击的风险之下（通过中继手段，欺骗车辆认为数字钥匙位于附近）。若能实现连续动态定位，则有望减弱中继攻击有效性；但由于较大的定位误差，RSSI技术的动态定位难以取得理想结果，蓝牙定位在安全性上存在较大的漏洞。
2022年5月，NCC集团研究人员利用中继工具、iPhone 13 mini与2020款Tesla Model 3，在远超蓝牙通信范围的25米距离实现了中继攻击，并宣称该攻击适用于所有采用BLE通信技术的数字钥匙方案[1]。
UWB：TDoA是较为广泛的定位方式，定位精度高
UWB技术具有大带宽、低功率频谱密度、窄脉冲等物理特征。
►大带宽：UWB工作频率为3-10.6 GHz，横跨超过500 MHz的带宽，相较蓝牙、Wi-Fi等无线通信技术，覆盖更宽的频谱范围。根据香农公式，系统最大传输速率与带宽成正比，因此UWB具有较快的数据传输速率。此外，信号的距离分辨力亦与带宽成正比，使得UWB的定位精度也大幅高于其他通信方式。
►低功率频谱密度：UWB功率频谱密度较低，接近于自然噪声；经编码伪随机化之后，对其信号的检测更加困难，因此UWB具备更高的安全性。
►窄脉冲：UWB利用纳米级窄脉冲进行数据传输，与其他多径信号相互重叠时能够轻松分离出来，可以有效抗多径干扰。
ToF（Time of flight，飞行时间）是UWB技术测距的核心原理。通过记录两个内置UWB芯片的设备之间发射信号与接收信号的时间戳，得到信号在两设备之间传播所需要的时间，进而根据信号传播速度得到两设备间距离。
TDoA（Time difference of arrival，到达时间差）是市场上使用最为广泛的UWB定位方案之一。当数字钥匙进入UWB探测范围后，车端UWB模块首先与数字钥匙进行通信，得到两者之间距离。接着，两个车端UWB模块之间同步距离信息，计算距离之差，则数字钥匙落在以UWB模块为焦点的双曲线上。多个双曲线的交点，即可判断为数字钥匙的位置。
NFC：通信距离较短、安全性较高，多充当备份钥匙
NFC利用磁场进行短距离通信，包括卡模拟、读卡器、点对点通信三种工作模式。NFC脱胎于RFID（Radio frequency identification，射频识别），技术原理相似：整个系统包括读卡器、身份标签两个部分，读卡器向身份标签发射射频信号，碰到身份标签后，将携带身份标签的信息反射回读卡器。NFC芯片可模拟读卡器或身份标签，或借由射频信号进行简单的数据传输。NFC数字钥匙实际上是利用了其“卡模拟”的工作模式。
由于通信距离非常短，NFC的安全性相对较高。NFC通信距离通常小于10cm，有时甚至需要紧贴才能完成通信，因而中继攻击无法应用于NFC钥匙上，安全性相对较高。但缺点在于无法获得远距感应、无感进入的体验，故在包含BLE、UWB的数字钥匙方案中，NFC通常充当在手机电量耗尽情况下备份钥匙的角色。
车企装载率提升迅速，数字钥匙有望快速普及
市场现状：特斯拉、比亚迪引领潮流，合计占比超过35%
特斯拉、比亚迪是最早搭载数字钥匙的车企。数字钥匙首度问世于2014年，特斯拉Model S、比亚迪G5上线蓝牙数字钥匙；但彼时蓝牙数字钥匙需要手动点触，相当于数字化的按键遥控钥匙。2017年，特斯拉Model 3取消实体钥匙，仅配备NFC卡片钥匙以及手机蓝牙钥匙，此时的蓝牙钥匙无需点触即可自动感应，开启数字钥匙的“无感时代”。
根据高工智能汽车数据，1Q22国内乘用车市场中，比亚迪、特斯拉前装标配数字钥匙上险量分别达25.24万辆、10.89万辆，分别占全市场总上险量的25.8%、11.1%，在所有车企中占据领先地位；且按佐思汽研统计，这样的领先地位自2020年以来维持稳定，比亚迪、特斯拉目前在数字钥匙方面仍引领市场潮流。
渗透情况：新能源汽车、新智能车型渗透率较高
新能源汽车中数字钥匙渗透率更高。根据高工智能汽车1Q22各品牌数字钥匙装载率数据，特斯拉（100%）、理想（100%）、小鹏（86%）以及长城欧拉（100%）、比亚迪（96%）的数字钥匙装载率均处于较高水平，反映出造车新势力与新能源汽车对数字钥匙拥有较高的热情。
数字钥匙逐渐成为新上市车型的标配方案。以蔚来为例，观察其2021年前11月销售情况（佐思汽研数据），我们能明显看到越新上市的车型，数字钥匙装载率越高，且ES8（在尚未应用数字钥匙时上市）也在改款车型中将数字钥匙作为标配（11M21装配率达63%），体现出数字钥匙接纳度持续提升的未来趋势。
技术方案：蓝牙、NFC占据主流，UWB有望加速渗透
智能手机现有生态塑造了当前数字钥匙技术方案的格局，蓝牙、NFC占据主流地位。根据TechNavio数据，搭载NFC模块的手机渗透率于2019年已经达到81%；而SIG联盟宣称，2021年BLE模块已经几乎成为智能手机标配。蓝牙与NFC模块在手机中有如此之高的渗透率，使得在基于手机开发的数字钥匙解决方案中，蓝牙、NFC成为最主流的技术方案。根据佐思汽研数据，2021年应用了数字钥匙的上险车辆中，蓝牙方案占比达64%，此外超过30%的车辆选择“蓝牙+NFC”方案。
UWB在手机端、车端的渗透尚处于初期阶段。2019年苹果发布iPhone 11，推出市场上首款搭载UWB芯片的智能手机；2022年宝马BMW iX M60与iX xDrive40上市，是首个搭载UWB模块的车型；无论是手机端还是车端，UWB都是新兴的定位技术。
赋能短距雷达、自主泊车、无线充电、汽车支付，UWB有望加快车端渗透。UWB模块成本较高，如果仅将UWB模块用于开锁、落锁，则不具备经济效益。基于其高精度定位的优势，NXP、中电昆辰等业内厂商畅想将车端UWB模块复用于自动泊车、无线充电、汽车支付等更多场景。我们认为，“一套硬件、多种用途”的方案在不增加成本的情况下赋予智能汽车更多功能，提高了UWB模块的经济效益，有望加快UWB模块在车端的渗透。反过来，车端渗透也能促进智能设备中的渗透，我们预计搭载UWB的机型有望由iPhone向更多安卓机型拓展。
三项技术彼此并非互斥，我们认为BLE、UWB、NFC有望充分发挥各自在功耗、定位精度、安全性方面的优势，使“BLE+UWB+NFC”联合方案成为未来的主流。
应用场景：解锁更多落地场景，打开车厂与消费者交流的窗口
除开关车门，数字钥匙还可落地更多场景，覆盖to C或to B市场——
►车辆共享：在出借汽车、汽车租赁、车队管理等场景下，汽车钥匙可能先后有多个使用者。在机械钥匙、遥控钥匙时代，由于存在钥匙实体，借车者必须与车主见面或通过邮寄才能拿到汽车钥匙；这不仅会影响双方时间安排，还会受双方不在同一城市、时间无法统一等客观因素影响难以完成出借行为。数字钥匙取消了钥匙实体，通过手机小程序就可以完成钥匙分享，大大方便了车辆的共享。此外，车主还可以限定车辆使用时间、限定速度、限定功能，实时查询车辆轨迹，使车主在出借后也能持续掌控车辆状态。
►自动泊车：该功能涉及停车场UWB基础设施建设。在已搭建UWB基站网络的停车场中，车端UWB模块与停车场UWB基站通信，计算车辆在停车场中的位置，再结合高精度地图，实现自动泊车功能。
►汽车生活：基于“定位+通信”的底层原理，车端模块与外侧模块进行能量或数据的传输，实现车辆无线充电、免下车支付等功能。
展望未来，我们认为数字钥匙不再仅仅是钥匙，更是一个促进车厂、消费者互相交流的窗口。在传统的主机厂与消费者关系中，主机厂与消费者在汽车销售后处于失联状态，主机厂难以获得消费者的使用反馈，无法针对性地对汽车设计做出改进。数字钥匙以App的形式呈现，为主机厂与消费者之间的沟通架起了桥梁。根据银基安全的调研，未采用数字钥匙时App日活不到1%，但采用数字钥匙以后App日活提升至30-40%，消费者使用App的频次大大增加[2]。我们认为，在保证用户隐私前提下，车企可以借由数字钥匙的窗口，与消费者需求建立直接联系；提升用户体验的同时增加消费者和主机厂的粘性，也为拓展汽车互联网更多应用提供了可能。
市场空间：2025年中国数字钥匙车端硬件模块市场空间有望达18-36亿元
►我们预计至2025年，数字钥匙渗透率在悲观假设下有望达30%，乐观假设下有望达60%。根据高工智能汽车数据，2021年数字钥匙上险量达285万辆，装载率为14%，并在2022年一季度继续上升至21%，渗透率不断提升。我们认为随着数字钥匙的功能由简单的开落锁向车辆共享、自动泊车、汽车生活等更多方面拓展，市场对数字钥匙的接受度有望持续提升。
►我们预计至2025年，数字钥匙解决方案中“BLE+UWB+NFC”联合方案有望占比35%。TSR预测，2025年全球汽车UWB普及率有望达到约15%水平。参考该预测，结合我们对数字钥匙渗透率的预测（2025年中值达45%），我们估测2025年UWB方案占比有望接近35%（15%÷45%）。该假设在悲观、中性、乐观预测下一致。
►关于各钥匙方案中NFC、BLE、UWB模块配置数量，我们假设1）在以BLE或NFC为主的钥匙方案中，BLE、NFC分别搭载5个、2个；2）在“BLE+UWB+NFC”联合方案中，BLE、UWB、NFC分别搭载1个、5个、2个。该假设在各种预测假设下一致。
►关于各模块价格，我们参考各厂商在经销商网站上的销售价格。具体是：NFC模块价格参考意法半导体、德州仪器；BLE模块价格参考Nordic、NXP、泰凌微；UWB模块价格参考NXP。我们将2022年NFC、BLE、UWB模块的价格分别估测为20、35、95元，并假设每年以10%的幅度降价。
据我们测算，至2025年，中国乘用车数字钥匙方案中车端NFC、BLE、UWB硬件模块合计市场空间在悲观、中性、乐观假设下分别有望达到18、27、36亿元，2021-2025E CAGR分别达到31%、45%、56%。其中，车端UWB模块市场空间至2025年有望分别在悲观、中性、乐观假设下达到9、14、19亿元，成长为数字钥匙市场中更有潜力的技术路线。
此外，数字钥匙系统方案除NFC、BLE、UWB模块以外，还包括MCU、数字钥匙管理平台等其他硬件与软件。根据清研智行估测，车端UWB数字钥匙系统单车价值量约为1000元。我们按“市场规模=UWB方案单车价值量×汽车销量×数字钥匙渗透率×UWB方案占比”的逻辑测算，至2025年UWB数字钥匙方案市场空间在悲观、中性、乐观假设下，分别有望达27、40、54亿元。2022年是UWB数字钥匙方案上车“元年”，我们认为UWB数字钥匙有望迎来高速渗透，发展空间广阔，硬件厂商、解决方案提供商均将受益。
数字钥匙只是起点，接入车联网打开更大想象空间。我们认为，搭载数字钥匙的意义绝不仅仅在于提升进入车辆的智能化体验，更大的想象空间在于以数字钥匙为窗口加强主机厂与消费者之间的联系，从而主机厂能为消费者提供如汽车维修、保险、租赁等更多汽车后市场服务，打开市场空间更大的汽车互联网大门。
产业链图景
风险
►数字钥匙装载率不及预期。数字钥匙时汽车智能化的重要体现之一，目前数字钥匙仍处于初期发展阶段。一方面，如果数字钥匙生态体系推进缓慢，致使数字钥匙在车端与手机端落地节奏不一致、匹配性较差，则会影响数字钥匙的普及；另一方面，如果未来市场对数字钥匙的接受度不高，则会使得其装载率不及预期。
►UWB方案渗透率不及预期。UWB数字钥匙解决方案是数字钥匙的重要组成部分，但目前刚刚量产登车，且仅有少辆车型使用。如果未来UWB价格居高不下或复用于其他功能时存在困难，则会影响主机厂对UWB模块的装载意愿。
[1]https://research.nccgroup.com/2022/05/15/technical-advisory-tesla-ble-phone-as-a-key-passive-entry-vulnerable-to-relay-attacks/
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/YOiHdjtGLnglaJYql5-2PA
文章来源
本文摘自：2022年8月3日已经发布的《数字钥匙解锁无感智能体验，落地更多场景》
