車載總線（Automotive Bus）是指在車輛內(nèi)部用于不同電子控制單元（ECU）之間進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。它充當(dāng)了車輛內(nèi)部各個(gè)電子模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸媒介，使得不同的車輛系統(tǒng)可以相互協(xié)作和交換信息。
車載總線允許車輛上的各個(gè)控制單元進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換和通信，以實(shí)現(xiàn)車輛的各種功能，如引擎控制、制動系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)、儀表盤顯示等。它提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口和通信協(xié)議，以確保各個(gè)控制單元之間的互操作性和數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
(相關(guān)資料圖)
CAN是車輛網(wǎng)絡(luò)通信中最常用的協(xié)議之一。然而，原始的CAN協(xié)議沒有內(nèi)置的安全機(jī)制，因此現(xiàn)代車輛通常使用CAN協(xié)議的安全擴(kuò)展，如CAN-FD (CAN with Flexible Data-Rate) 和CAN-XCP (CAN with Extended Calibration Protocol) 來增加安全性。
CAN協(xié)議的特點(diǎn)包括：可靠性：CAN使用冗余機(jī)制和錯誤檢測與糾正技術(shù)，確保通信的可靠性。它具有錯誤檢測和錯誤響應(yīng)機(jī)制，可以檢測和處理通信中的錯誤。
實(shí)時(shí)性：CAN協(xié)議設(shè)計(jì)用于實(shí)時(shí)控制應(yīng)用，具有高效的消息傳輸機(jī)制和低延遲特性。
簡單性：CAN協(xié)議相對簡單，易于實(shí)現(xiàn)和部署。它使用廣播通信和基于標(biāo)識符的消息過濾機(jī)制。
然而，原始的CAN協(xié)議存在一些安全性挑戰(zhàn)，如缺乏身份驗(yàn)證和加密機(jī)制，容易受到欺騙和中間人攻擊。為了提高CAN協(xié)議的安全性，現(xiàn)代車輛通常使用CAN的安全擴(kuò)展協(xié)議，如CAN-FD（CAN with Flexible Data-Rate）和CAN-XCP（CAN with Extended Calibration Protocol）。這些擴(kuò)展協(xié)議提供了額外的安全特性，如消息認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性保護(hù)和加密。
安全風(fēng)險(xiǎn)：CAN總線攻擊：黑客可能通過篡改或偽造CAN消息來影響車輛的正常運(yùn)行，如操縱剎車系統(tǒng)或引擎控制。數(shù)據(jù)注入：黑客可能注入虛假的CAN消息，導(dǎo)致車輛系統(tǒng)做出錯誤的決策或操作。實(shí)際案例：Jeep漏洞（2015年）：黑客成功利用CAN總線上的漏洞，遠(yuǎn)程控制了一輛Jeep車輛，包括剎車和方向盤等功能。Tesla Model S攻擊（2016年）：黑客通過CAN總線入侵了特斯拉Model S，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制車輛的各種功能。LIN (Local Interconnect Network)：LIN協(xié)議用于車輛中低速數(shù)據(jù)傳輸，如門控、照明和儀表板等。LIN本身并沒有提供強(qiáng)大的安全性，因此在需要更高安全級別的應(yīng)用中，可以結(jié)合其他安全通信協(xié)議使用。
LIN協(xié)議的特點(diǎn)包括：成本效益：由于LIN協(xié)議的較低速率和簡單性，它在成本上更具有競爭力。它適用于車輛中的簡單控制和監(jiān)測任務(wù)。
簡單性：LIN協(xié)議相對簡單，易于實(shí)現(xiàn)和部署。它使用主-從架構(gòu)，其中一個(gè)主節(jié)點(diǎn)控制多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。
然而，與CAN相比，LIN協(xié)議在安全性方面的功能有限。它沒有內(nèi)置的加密和身份驗(yàn)證機(jī)制，因此在需要更高安全級別的應(yīng)用中，可以結(jié)合其他安全通信協(xié)議使用，如CAN-FD和LIN的安全擴(kuò)展。
綜上所述，CAN和LIN是車輛通信中常見的協(xié)議。CAN主要用于高速、實(shí)時(shí)控制的通信，而LIN主要用于低速、簡單控制的通信。為了提高安全性，現(xiàn)代車輛通常采用CAN和LIN的安全擴(kuò)展協(xié)議，以增加安全特性和保護(hù)通信免受攻擊。
安全風(fēng)險(xiǎn)：欺騙攻擊：黑客可能冒充合法的LIN設(shè)備，與車輛中的LIN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信并執(zhí)行惡意操作。竊聽攻擊：黑客可能竊聽車輛中的LIN通信，獲取敏感信息，如車輛控制指令或傳感器數(shù)據(jù)。實(shí)際案例：BMW i3攻擊（2018年）：黑客通過LIN總線入侵了一輛BMW i3電動汽車，成功控制了車輛的門鎖和車窗等功能。福特Focus攻擊（2019年）：黑客通過LIN總線攻擊了福特Focus車輛的車窗控制系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉車窗。FlexRay：FlexRay是一種高速車輛網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，用于高帶寬和實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)，如剎車、轉(zhuǎn)向和懸掛控制。FlexRay提供了一些安全機(jī)制，例如消息認(rèn)證和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)。
FlexRay協(xié)議的特點(diǎn)包括：高帶寬和靈活性：FlexRay支持高達(dá)10 Mbps的通信速率，能夠滿足車輛系統(tǒng)中對大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆Ｋ€提供了靈活的網(wǎng)絡(luò)配置選項(xiàng)，允許多種通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
實(shí)時(shí)性：FlexRay使用時(shí)間分隔多路訪問 (Time Division Multiple Access, TDMA) 技術(shù)，通過將通信周期劃分為固定的時(shí)間槽，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的實(shí)時(shí)通信。這對于需要高精度和可靠性的車輛控制系統(tǒng)至關(guān)重要。
安全性：FlexRay提供了消息認(rèn)證和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)的機(jī)制，以保護(hù)通信數(shù)據(jù)的安全性。它使用消息認(rèn)證碼 (MAC) 和數(shù)據(jù)簽名等技術(shù)來驗(yàn)證消息的真實(shí)性和完整性。
安全風(fēng)險(xiǎn)：消息干擾：黑客可能干擾FlexRay消息傳輸，導(dǎo)致通信錯誤或消息丟失，影響車輛的實(shí)時(shí)性和可靠性。信息竊取：黑客可能竊取FlexRay通信中的敏感信息，如自動駕駛系統(tǒng)的指令或傳感器數(shù)據(jù)。實(shí)際案例：福特Escape漏洞（2013年）：黑客通過FlexRay總線入侵了福特Escape車輛，成功控制了車輛的剎車和加速等功能。捷豹路虎漏洞（2016年）：黑客利用FlexRay總線的漏洞入侵了捷豹路虎車輛，成功控制了車輛的轉(zhuǎn)向和剎車等功能。Ethernet：以太網(wǎng)在車輛領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍，特別是用于高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸和車輛內(nèi)部的通信。為了增強(qiáng)安全性，車輛中使用的以太網(wǎng)通常采用了安全擴(kuò)展，如Ethernet AVB (Audio Video Bridging) 和 TSN (Time-Sensitive Networking)。
Ethernet協(xié)議的特點(diǎn)包括：Ethernet AVB (Audio Video Bridging)：Ethernet AVB是一組用于音頻和視頻傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，旨在提供嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性和同步性。它具有流量調(diào)度和時(shí)鐘同步機(jī)制，以確保高質(zhì)量的音視頻傳輸，并為車載娛樂和車載通信系統(tǒng)提供更好的用戶體驗(yàn)。
TSN (Time-Sensitive Networking)：TSN是一組擴(kuò)展以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，旨在滿足對實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高的應(yīng)用的需求。它提供了嚴(yán)格的時(shí)間同步和流量調(diào)度機(jī)制，支持車輛中對高實(shí)時(shí)性通信的要求，如自動駕駛和高級駕駛輔助系統(tǒng)。
安全風(fēng)險(xiǎn)：網(wǎng)絡(luò)入侵：黑客可能通過網(wǎng)絡(luò)入侵車輛的以太網(wǎng)系統(tǒng)，獲取未經(jīng)授權(quán)的訪問權(quán)限，并對車輛進(jìn)行惡意操作或數(shù)據(jù)竊取。遠(yuǎn)程攻擊：黑客可能通過遠(yuǎn)程連接到車輛的以太網(wǎng)系統(tǒng)，利用系統(tǒng)漏洞或弱點(diǎn)來入侵車輛并控制其功能。實(shí)際案例：遠(yuǎn)程攻擊特斯拉（2016年）：黑客通過特斯拉車輛的以太網(wǎng)接口入侵了車輛，成功控制了車輛的門鎖、儀表盤和行駛系統(tǒng)等功能。遠(yuǎn)程攻擊大眾汽車（2019年）：黑客通過大眾汽車的以太網(wǎng)接口入侵了車輛，成功控制了車輛的中央控制單元和儀表盤等功能。Automotive Ethernet Security (ASec)：ASec是一套在汽車以太網(wǎng)中實(shí)施安全性的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。它包括對消息認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性、訪問控制和安全密鑰管理的支持。
Auto motive Ethernet Security （ASec）協(xié)議的特點(diǎn)包括：消息認(rèn)證和完整性保護(hù)：ASec提供了對消息的認(rèn)證和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)的機(jī)制。它使用加密算法和數(shù)字簽名來確保消息的真實(shí)性和完整性，防止消息被篡改或偽造。
訪問控制：ASec定義了訪問控制機(jī)制，以確保只有經(jīng)過授權(quán)的設(shè)備和實(shí)體可以訪問車輛的以太網(wǎng)系統(tǒng)。它可以基于身份驗(yàn)證、訪問權(quán)限和角色分配等策略進(jìn)行訪問控制。
安全密鑰管理：ASec提供了安全密鑰的生成、分發(fā)和管理機(jī)制，以確保密鑰的機(jī)密性和安全性。密鑰管理是實(shí)施安全通信的重要組成部分，用于加密和解密通信數(shù)據(jù)。
安全風(fēng)險(xiǎn)：密鑰破解：黑客可能嘗試破解ASec協(xié)議中使用的加密密鑰，以獲取對車輛通信的未經(jīng)授權(quán)的訪問權(quán)限。信息篡改：黑客可能篡改ASec協(xié)議中的安全認(rèn)證和完整性保護(hù)機(jī)制，以修改或偽造車輛通信中的消息。實(shí)際案例：車輛遠(yuǎn)程入侵攻擊（2019年）：黑客通過ASec協(xié)議的漏洞，成功遠(yuǎn)程入侵了車輛的以太網(wǎng)系統(tǒng)，獲取了車輛的敏感信息和控制權(quán)。ISO 14229 (UDS)：Unified Diagnostic Services (UDS) 是一種用于車輛診斷和通信的標(biāo)準(zhǔn)。UDS定義了一系列安全機(jī)制和服務(wù)，用于保護(hù)診斷通信的安全性和防止未授權(quán)訪問。
UDS協(xié)議的特點(diǎn)包括：安全訪問：UDS定義了安全訪問機(jī)制，以確保只有經(jīng)過授權(quán)的實(shí)體可以訪問車輛的診斷接口和敏感數(shù)據(jù)。它使用挑戰(zhàn)-響應(yīng)的方式進(jìn)行身份驗(yàn)證，并通過安全訪問級別控制訪問權(quán)限。
數(shù)據(jù)隱私：UDS支持對診斷數(shù)據(jù)的加密和數(shù)據(jù)隱私保護(hù)。它使用加密算法和數(shù)據(jù)掩碼等技術(shù)，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和數(shù)據(jù)泄露。
安全診斷會話：UDS提供了安全診斷會話的機(jī)制，允許在安全環(huán)境下執(zhí)行敏感的診斷操作。安全診斷會話通常涉及對車輛控制單元的編程、校準(zhǔn)和配置等操作。
安全風(fēng)險(xiǎn)：未經(jīng)授權(quán)的訪問：黑客可能嘗試通過未經(jīng)授權(quán)的方式訪問車輛的診斷接口，獲取敏感信息或執(zhí)行未經(jīng)授權(quán)的操作。診斷數(shù)據(jù)泄露：黑客可能竊取通過UDS協(xié)議傳輸?shù)脑\斷數(shù)據(jù)，獲取車輛的敏感信息或個(gè)人隱私。實(shí)際案例：汽車遠(yuǎn)程攻擊（2020年）：黑客利用UDS協(xié)議的漏洞，成功進(jìn)行了車輛的遠(yuǎn)程攻擊，包括遠(yuǎn)程控制和操縱車輛的各種功能。真實(shí)案件說明科恩實(shí)驗(yàn)室寶馬多款車型的遠(yuǎn)程破解安全研究成果2018年5月，騰訊安全科恩安全實(shí)驗(yàn)室的研究人員在寶馬多款車型中發(fā)現(xiàn)了14個(gè)安全漏洞。該研究項(xiàng)目時(shí)間為2017年1月至2018年2月，隨后他們向BMW報(bào)告了這些問題。因?yàn)樵擁?xiàng)研究，騰訊安全科恩實(shí)驗(yàn)室榮獲全球首個(gè)“寶馬集團(tuán)數(shù)字化及IT研發(fā)技術(shù)獎”，表彰他們在促進(jìn)汽車安全領(lǐng)域進(jìn)行的杰出研究。破解特斯拉宣布破解2016年9月21日，騰訊科恩實(shí)驗(yàn)室正式宣布，他們以「遠(yuǎn)程無物理接觸」的方式成功入侵了特斯拉汽車，這在全球尚屬首次。說簡單點(diǎn)：他們的研究人員只需坐在辦公室，就能完成對特斯拉的遠(yuǎn)程控制。過程這次騰訊科恩實(shí)驗(yàn)室針對特斯拉的漏洞研究，花了兩個(gè)月的時(shí)間，有多位研究人員參與。他們使用了一輛 2014 款 Model S P85 進(jìn)行安全研究，同時(shí)還在一位朋友剛購買的新款 Model S 75D 上進(jìn)行復(fù)測，兩者均安裝了最新版本固件，證明該項(xiàng)研究可以影響特斯拉多款車型。此次攻擊通過特斯拉車輛的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，這是他們能夠?qū)崿F(xiàn)「遠(yuǎn)程無物理接觸」的前提。理論上，全球范圍內(nèi)的任意一款特斯拉車型都有可能遭遇此類攻擊，畢竟大家的系統(tǒng)都是同一套。入侵成功后，騰訊科恩實(shí)驗(yàn)室可以將特斯拉的中控大屏和液晶儀表盤更換為實(shí)驗(yàn)室 Logo，此時(shí)用戶任何觸摸操作都會失效。當(dāng)然，該漏洞帶來的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于這種「小把戲」，他們能做的事大致可以分為兩類，分別是車輛停車狀態(tài)和行進(jìn)狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制。 [8]再度破解騰訊安全科恩實(shí)驗(yàn)室安全研究員2017年6月再度破解特斯拉Model X系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制剎車、車門、后備箱，操縱車燈以及廣播。研究人員通過Wi-Fi與蜂窩連接兩種情況下均實(shí)現(xiàn)了對車載系統(tǒng)的破解，通過汽車的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器來尋找計(jì)算機(jī)漏洞，發(fā)送惡意軟件，實(shí)現(xiàn)黑客攻擊。技術(shù)學(xué)習(xí)：特斯拉 Autopilot的實(shí)驗(yàn)性安全研究
https://keenlab.tencent.com/zh/2019/03/29/Tencent-Keen-Security-Lab-Experimental-Security-Research-of-Tesla-Autopilot/
總結(jié)車載總線是指在汽車中用于不同電子設(shè)備之間進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N系統(tǒng)。它扮演著汽車電子系統(tǒng)中重要的角色，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)部件之間的互聯(lián)和協(xié)作。以下是關(guān)于車載總線學(xué)習(xí)的一些總結(jié)要點(diǎn)：
車載總線類型：常見的車載總線類型包括CAN總線（Controller Area Network）、LIN總線（Local Interconnect Network）、FlexRay總線、Ethernet等。每種總線具有不同的特點(diǎn)和適用場景。功能和應(yīng)用：車載總線用于連接和傳輸各種電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)和信號。它可以連接發(fā)動機(jī)控制單元、剎車系統(tǒng)、儀表盤、娛樂系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、信息傳遞和控制命令傳輸?shù)裙δ?。?shù)據(jù)傳輸：車載總線通過在車輛各個(gè)部件之間傳遞消息和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)通信。這些數(shù)據(jù)可以是傳感器采集的車輛狀態(tài)信息、控制命令、故障碼等。性能和帶寬：不同的車載總線具有不同的性能和帶寬特點(diǎn)。CAN總線適用于實(shí)時(shí)控制和高可靠性的應(yīng)用，而Ethernet則提供更高的帶寬和靈活性，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸和連接復(fù)雜系統(tǒng)的場景。安全性：隨著車輛互聯(lián)和自動化的發(fā)展，車載總線的安全性變得尤為重要。惡意攻擊者可能通過操縱車載總線來影響車輛功能、竊取敏感信息或進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。因此，車載總線安全性的保護(hù)是車輛設(shè)計(jì)和開發(fā)中的重要考慮因素之一。標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議：為了確保不同設(shè)備之間的兼容性和互操作性，車載總線通常遵循特定的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。例如，CAN總線遵循ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)lexRay遵循ISO 17458標(biāo)準(zhǔn)等。總的來說，對車載總線的學(xué)習(xí)可以幫助理解車輛電子系統(tǒng)的工作原理、數(shù)據(jù)傳輸方式以及安全性的考量。這對于車輛制造商、工程師和安全專家來說都是至關(guān)重要的，以確保車輛的性能、可靠性和安全性。
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