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车载控制器局域网络总线的动态口令身份认证方法

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资料介绍

针对车载控制器局域网络(CAN)总线存在缺陷、严重威胁车载信息安全的问题,提出了一种基于挑战/应答模式的车载CAN总线动态口令身份认证方法.该方法考虑到CAN总线是使用极为广泛的标准车载总线及广播形式发送消息的特点,通过利用身份认证技术来确认消息的身份,保证了总线上消息传输的可信任性;根据对身份认证实现模式的研究,采用基于挑战/应答模式的动态认证方法,由于每次认证的挑战值都是随机的,因此每次生成的口令都是不同的;在每次通信时,所使用的认证码都是根据口令生成的,并通过哈希函数生成下次使用的口令.实验结果表明,与传统的CAN总线的方法相比,使用该方法后可以在保证CAN总线真实性的同时,保证传输消息的完整性,从而大幅度提高了车载信息安全级别.

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V01．51 NO．6

Jun．2017

第51卷第6期

西安交通大、学

学

报

oF XI’AN UNIVERSITY

JIAOTONG

2017年6月

JOURNAL

DOI：10．7652／Xjtuxb201706016

车载控制器局域网络总线的

动态口令身份认证方法

吴尚则1，秦贵和2”，刘毅3，郭森3，戚琦1，刘恬佳1

(1．吉林大学软件学院，130012，长春；2．吉林大学符号计算与知识工程教育部重点实验室，130012，长春

3．吉林大学计算机科学与技术学院，130012，长春)

摘要：针对车载控制器局域网络(CAN)总线存在缺陷、严重威胁车载信息安全的问题，提出了一

种基于挑战／应答模式的车载CAN总线动态口令身份认证方法。该方法考虑到CAN总线是使用

极为广泛的标准车载总线及广播形式发送消息的特点，通过利用身份认证技术来确认消息的身份，

保证了总线上消息传输的可信任性；根据对身份认证实现模式的研究，采用基于挑战／应答模式的

动态认证方法，由于每次认证的挑战值都是随机的，因此每次生成的口令都是不同的；在每次通信

时，所使用的认证码都是根据口令生成的，并通过哈希函数生成下次使用的口令。实验结果表明，

与传统的CAN总线的方法相比，使用该方法后可以在保证CAN总线真实性的同时，保证传输消

息的完整性，从而大幅度提高了车载信息安全级别。

关键词：车载信息安全；车载控制器局域网络总线；身份认证

中图分类号：TP399 文献标志码：A 文章编号：0253—987X(2017)06-0097-06

Method for

Authentication of

Passwords for

Dynamic

Identifying

In-Vehicle Controller Area Network Buses

Guihe2“，LIU Yi3，GUO

Sen3，QI Qil，LIU Tianjial

Shangzel，QIN

and

(1．College

Software，Jilin University，Changchun 130012，China；2．Key Laboratory

Symbolic Computation

Knowledge Engineering

Computer

Ministry

Education，Jilin University，Changchun 130012，China；3．College

130012，China)

Science and

Technology，Jilin University，Changchun

Abstract：A method for

authentication of

for in—vehicle controller

mode to deal with the

dynamic passwords

challenge／response

identifying

area

based

the

network(CAN)buses is

proposed

that in—vehicle CANbuses are defective，which

serious threat to the in—vehicle

problem

poses

peculiarity

the

method makesuse of

that the in—vehicle CANbuses are

information

security．The

the

used standard vehicle bus and broadcast

uses the

authentication

identity

widely

messages．and

ensures the trustworthiness of the

to confirm the

technique

identity

message，thus

message

transmission．

to the research

authentication

the

According

implementation patterns identity

the value of

challenge

method is

authentication，the

dynamic

employed．Since

authentication is random． each

every

used in each communication iS

is different．The authentication code

generated password

hash

used to

based

the

password，and

function

generated

with the traditional

and the of

authenticity

new

for next

and

CAN

use．Experiments

comparison

generate

password

that the

method ensures both the

of the

show

proposed

integrity

messages

收稿日期：2016—12—15。

作者简介：吴尚则(1992一)，男，硕士生；秦贵和(通信作者)，男，教授，博士生导师。

基金项目：

国家自然科学基金青年科学基金资助项目(61300145)；吉林省重点科技攻关资助项目(20150204034GX)。

网络出版时间：2017—03—28

网络出版地址：http：∥WWW．cnki．net／kcms／detail／61．1069．T．20170328．1133．008．html

万方数据

第51卷

西安交通大学学报

of vehicle information is

raised

through

the CANbus．Hence，the

degree

security

substantially

the

method．

using

proposed

area network

authentication

information

security；controller

bus；identity

Keywords：in—vehicle

的。每个ECU发送的帧中都包含代表自己身份的

特定ID。对于接收方来说，因为是总线结构，所以

总线中的每个节点都能接收到数据帧，但在实际情

况中，这样接收是没有意义的，需要根据ID来设置

屏蔽，使节点只接收固定的帧[8]。

现代汽车不仅仅是在车内可以进行信息交互，

还可以通过网络和应用功能接口与外界进行联系，

但是这些给人们带来方便快捷的应用功能成为了恶

意攻击的重点。2014年的黑帽大会公布出20余款

车型存在安全隐患[1]，车载信息安全问题成为了公

众关注的焦点。但是，目前并没有一个真正意义上

的安全保护措施或方案能成功抵御威胁车载信息安

全的各种各样的恶意攻击，研究工作都是基于某些

具体的问题开展实施的。文献[2]提出并设计了一

种用户移动设备、网关、车内电子控制单元(EcU)

的3步认证机制，实现对目标设备的验证。文献[3]

针对车辆被动无钥匙进入系统中会出现的中继器攻

击的特点，提出一种能检测出恶意查询行为的新型距

离边界协议。最近几年，各大汽车厂商也把汽车的信

息安全问题的研究提到日程上来，国外的很多机构成

立了专门的项目组对其进行研究，例如汽车信息安

全项目口1等。汽车信息安全项目的目标是设计出适

用于车载网络组件的安全系统架构，其中包括入侵

检测模块、访问控制模块、认证和加解密模块等，并

根据处理功能的复杂程度，将这些操作通过轻量级、

中量级、全量级的3种不同级别的硬件部件来实现。

车载信息安全不仅仅包含抵御外部恶意攻击，

由于CAN总线上的消息可以被任意节点读

取，没有任何安全措施来提供必要的安全保护，因此

无法保证信息的真实性与完整性凹]。黑客攻击的途

径也有很多[1 ，例如间接通过WIFI接口、蓝牙接

口等方式入侵到总线上，甚至有通过OBD-II或者

其他工具直接连接到车内总线，进行非法操作。但

是，无论是直接攻击还是通过无线接口进行攻击，最

终都是通过强行进入总线网络，控制节点发送恶意

的帧。

1．2设计思想

正是因为CAN总线自身存在的缺陷，通过上

述的那些攻击手段，使任何节点都可以伪造其他节

点向总线上关键节点发送消息，无法保证节点的真

实性与消息完整性，这是车载信息安全中尤为重要

并亟待解决的问题。因此，为了防止因伪造正常节

点身份而导致安全隐患的发生，本文提出了一种身

份认证的方法来保障CAN总线的信息安全。

对车载总线网络进行安全防护也是尤为重要的，尤

其是车载控制器局域网络(CAN)总线的安全问题。

身份认证技术在保障汽车安全中起到了非常重要的

作用，对于身份认证的研究有很多。文献[5]使用非

对称密钥和公钥体制，设计了两种基于身份签名的

认证方案，实现路边单元与车辆之问的身份认证；文

献[6]对多服务器认证方案进行了改进，提出了一种

更为安全的、动态的基于身份的认证方案。本文根

据CAN总线协议特点和对嵌入式系统的网络安全

接入问题的研究[7]，设计了一种适合车载CAN总

线的身份认证方法来提供对车载信息安全的保护。

2身份认证的基本方法和原理

身份认证技术是为了确认操作者的身份，防止

攻击者假冒合法用户的身份恶意访问有用资源。身

份认证一般通过3种方法来实现：①根据所知道的

信息；②根据所得到的信息；③根据自身特有的信息

来证明身份。根据认证模式，身份认证可分为静态

认证和动态认证。

静态认证就是通过输入账号密码来实现，其过

程非常简单，但也因此容易受到重放攻击。如果在

总线传输过程中密码被截获，攻击者重复发送该密

码，则会成功入侵总线网络，这就造成了不可估量的

严重后果。

CAN总线分析与设计思想

I．1

动态认证相比于静态认证，有着其特有的优势，

每一次使用的密码都不同，安全性也提高了很多。

动态口令认证主要分为基于时间同步与挑战／应答

模式两种方法。

CAN总线特点和安全性分析

CAN总线因其信息共享、可靠性高等优点，成

为一种应用极为广泛的车载总线。CAN是一种基

于帧标识(ID)的多主广播总线系统。在CAN总线

协议中，每个ECU之间信息的传输是靠帧来完成

CAN总线是基于事件触发的，根据帧的位跳变

httpt}{ww哪．jdxb．cn http if zkxb．xitu．edu．en

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