中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

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[学位论文] 金世一延边大学 2020年硕士导师: 许一男；孔繁辉共51页

摘要 : 随着汽车电子技术和移动通信技术的飞速发展，越来越多的车载智能应用与车辆外界的网络产生互联，从而提高了人们的驾驶体验，汽车的智能网联化逐渐成为未来的汽车发展方向。汽车与外界互联使得车辆暴露在网络环境中，原本不具备任何网络安全防护措施... 展开随着汽车电子技术和移动通信技术的飞速发展，越来越多的车载智能应用与车辆外界的网络产生互联，从而提高了人们的驾驶体验，汽车的智能网联化逐渐成为未来的汽车发展方向。汽车与外界互联使得车辆暴露在网络环境中，原本不具备任何网络安全防护措施的车载总线网络面临着严重的网络安全威胁。其中，车载CAN总线协议因具有成本低和可靠性高等优点成为了汽车领域应用最广泛的通信协议，其安全性随着近几年的网络安全事件频频发生才开始被人们关注。汽车网络安全问题关系到人和公共设施的安全，如果不能保证车辆的网络安全，汽车智能网联技术的发展必将停滞不前。为了保障车载CAN总线网络安全，设计入侵检测算法是一种有效的安全应对策略之一。考虑到车载环境中计算资源有限、对实时性和准确性要求高等特点，提出了可直接应用于车载环境的一种较为轻量级的基于关键特征的入侵检测算法。首先，针对车载CAN总线的典型攻击模式进行分析后，总结了各种攻击行为对车载CAN总线造成的数据帧流量异常行为和数据帧有效负载内容的异常行为。随后，针对车载CAN总线攻击后产生的异常行为，选取了几种易于计算的关键特征，作为入侵检测算法的检测依据。其中数据帧ID和数据帧的到达时间间隔作为车载CAN总线数据帧流量异常的检测依据;变量之间的相关性、变量上下文的变化幅度和变量的取值范围作为数据帧有效负载内容异常的检测依据。最后，为了验证本文设计的入侵检测算法的有效性和性能，使用CANoe软件模拟了真实车辆的CAN总线网络拓扑结构，并模拟了几种黑客攻击车辆的过程，最终采用CANoe的节点编程功能实现并分析了本文设计的算法。其中在15ms的检测时间内，针对车载CAN总线的丢弃和重放攻击的检测率达到了100％和98.2‰而针对篡改攻击在55ms的检测时间内检测率达到了66.2％。收起

关键词 : 车载CAN总线网络入侵检测 CANoe 信息特征分类

2. 基于总线的汽车底盘电控单元及系统集成技术

[学位论文] 周贤勇浙江工业大学 2011年硕士导师: 黄德才共91页

摘要 : 本课题充分利用万向集团在ABS技术与产品开发、AT产品关键技术研发、悬架系统集成技术开发、电控减振器逆向设计开发、EPS设计机理研究以及车载信息平台研制等领域的相关研发成果积累，针对传统分立控制式汽车底盘电控技术进行更新换代，提供一种传感... 展开本课题充分利用万向集团在ABS技术与产品开发、AT产品关键技术研发、悬架系统集成技术开发、电控减振器逆向设计开发、EPS设计机理研究以及车载信息平台研制等领域的相关研发成果积累，针对传统分立控制式汽车底盘电控技术进行更新换代，提供一种传感器冗余较少、电子线束布置简化、重量减轻、性能增强的CAN-BUS集成控制式电控汽车底盘产品开发技术方案，涉及： (1)基于CAN-BUS的底盘集成控制系统总体框架设计。从根本上定义了系统的构造和功能，其实质是完成CAN-BUS集成控制式电控汽车底盘的方案设计。这是整个研究工作的起点和基础； (2)CAN-BUS车载总线网络构建。这是底盘电控单元数据通信与共享的基础，并据此进一步实现底盘电控单元的集成控制。其关键在于应用层CAN网络通信协议的制定，基本按照全数字仿真、混合仿真/台架试验、实车匹配的技术步骤依次推进； (3)电控汽车底盘的集成控制策略制定。这是实现汽车底盘各子系统间软件、硬件、能量和信息共享，以最大限度地获取系统集成带来的增效作用，提高整车综合性能的基础。具体涉及ABS、AT、ECS、EPS节点电控单元的集成控制，控制目标是有效协调车辆的平顺性、操纵稳定性、制动性、动力性及燃油经济性。鉴于这些控制目标之间的矛盾性，集成控制策略以整车综合性能最优为目标，规定了节点电控单元间的协调运行模式； (4)典型产品试制开发。针对“集成控制式电控汽车底盘”这一典型产品，其试制开发基于对具体车型的改造而完成。它以CAN-BUS车载总线网络的构建为主导，带动ABS、AT、ECS、EPS电控单元的系统集成，并将技术开发与具体生产模式相融合，摸索出产业化的要点，成为产业化过程的开端。通过本课题的研究，使万向集团在短期内介入了“CAN-BUS集成控制式电控汽车底盘”这一高新技术产品领域，与国际先进技术水平相接轨，在国内众多的汽车零部件制造企业中处于领先地位，从而大大提升了企业技术竞争力，为市场开拓创造了良好条件。收起

关键词 : 汽车底盘集成控制系统车载总线网络

3. FlexRay总线平台构建及性能研究

[学位论文] 王鹏杰武汉理工大学　 2012年硕士导师: 吴友宇共62页

摘要 : 随着现代汽车技术的发展，汽车安全性能要求越来越高，相应的电控单元和传感器数目大量增加，尤其是汽车线控(X-by-Wire)系统的增加，促进了汽车总线和网络技术的发展。传统的车载总线网络如CAN(Controller AreaNetwork)、LIN(Local Interconnect Net... 展开随着现代汽车技术的发展，汽车安全性能要求越来越高，相应的电控单元和传感器数目大量增加，尤其是汽车线控(X-by-Wire)系统的增加，促进了汽车总线和网络技术的发展。传统的车载总线网络如CAN(Controller AreaNetwork)、LIN(Local Interconnect Network)等由于自身的一些固有特点，在某些应用场合已经无法满足当前汽车安全性能和内外大量信息交换的需要，因此，新型的车载网络总线FlexRay应运而生。FlexRay协议由FlexRay联盟开发，起初由BWM和DaimlerChrysler共同制定以满足他们当前以及将来的产品需求。随后就有Bosch、NXP、Freescale、GM、Volkswagen等公司加入，将FlexRay协议不断完善并于2005年发表了FlexRay协议V2.1版本。FlexRay协议基于BWM公司ByteFlight协议并进行了扩展，一推出便得到了众多汽车制造厂商的支持，FlexRay V1.1已成功应用于BWM X52006款汽车，FlexRay V2.1版本也于2009年在BWM X6线控驱动(Drive-by-Wire)中应用。本文对FlexRay协议进行了详细的研究，对FlexRay协议的重要特性如消息帧格式、通道唤醒与簇启动、媒介访问控制以及时间同步等进行了深入的分析探讨，同时对FlexRay总线信号特性以及编解码方式、安全性应用等内容也进行了研究。在此基础上，本文详细列举并分析了当前支持FlexRay协议的全球各大半导体厂商提供的FlexRay控制器和收发器，对各个厂家的产品特点进行了对比分析，最终采用了性价比较高、易于采购的飞思卡尔(Freescale)公司MC9S12XF512带FlexRay协议控制器的微控制器和恩智浦(NXP)公司的TJA1080 FlexRay收发器构建FlexRay总线测试平台。在FlexRay协议代码编写配置方面本文也另辟蹊径使用了Network Designer：：FlexRay软件对FlexRay网络进行设计，提高了使用FlexRay总线设计车载通信网络的效率以及降低了代码编写难度。在构建的FlexRay总线测试平台上，本文进一步就FlexRay总线的网络组网方式、总线带宽利用率、静态段和动态段消息的调度等方面进行了相关研究，本文提出了一种对FlexRay总线利用率最优化的估算方法并对FlexRay总线静态段和动态段的消息调度算法进行了一定的研究，给出了两种可行的消息调度算法。最后本文在实际构建的平台上使用Freescale公司的FreeMASTER软件开发了针对本文构建的FlexRay总线测试平台的上位机测试软件，对FlexRay总线的相关协议特性、编解码特性和通信冗余可靠性进行了实际测试验证并对结果进行了详细分析。收起

关键词 : 网络拓扑总线利用率消息调度汽车线控系统车载总线网络

4. 基于车载FlexRay总线网络的安全协议研究与实现

[学位论文] 韩正士吉林大学 2020年硕士导师: 秦贵和共69页

摘要 : 随着互联网技术、传感器技术以及辅助驾驶技术的飞速发展以及人们日益增长的消费需求，汽车智能化和网联化不可避免的成为现代汽车的发展趋势。得益于这种发展趋势，智能网联汽车为用户提供了更丰富的车载功能和应用，提升了驾驶体验。这些功能和应用... 展开随着互联网技术、传感器技术以及辅助驾驶技术的飞速发展以及人们日益增长的消费需求，汽车智能化和网联化不可避免的成为现代汽车的发展趋势。得益于这种发展趋势，智能网联汽车为用户提供了更丰富的车载功能和应用，提升了驾驶体验。这些功能和应用使得汽车增加了与外部信息交互的访问接口，这些接口同时也会成为黑客进攻的访问入口，使得汽车的信息安全风险极具增加。近年来，汽车信息安全事件发生频繁，智能网联汽车的信息安全问题面临着前所未有的挑战，其主要原因就是现代汽车控制系统的内部网络在设计之初并没有考虑到信息安全问题，一旦网络中的某个节点被黑客攻破，黑客就能够利用该节点进行伪造和重放攻击，达到控制车辆或者破坏车辆运行状态的目的，严重威胁车主的生命与财产安全。因此，针对智能网联车的信息安全漏洞，为汽车总线网络设计有效的信息安全防御机制变得十分必要。车载FlexRay总线网络，是新一代汽车总线网络。相较于传统的CAN总线，FlexRay总线在传输速率、拓扑灵活性以及可靠性方面有着显著优势。并且FlexRay总线采用时间触发机制，尽可能的将信息延迟和抖动降到了最低，保障了传输的同步性和高实时性，因此非常适用于汽车线控系统。然而虽然FlexRay总线优势明确，但是同CAN总线一样，其在设计之初并没有考虑到信息安全问题，造成FlexRay总线网络极易受到非法节点的入侵以及非法窃听、伪造以及重放等一系列恶意攻击，因此研究与设计车载FlexRay总线网络的信息安全协议是十分必要且有意义的。本文首先分析了FlexRay总线的特点以及其面临的安全威胁和安全需求，并在充分考虑到车载ECU节点带宽有限、计算能力和存储能力不足等缺点的基础上，提出了能满足车载FlexRay总线实时性通信需求的信息安全协议。本文的主要工作如下：（1）简述了智能网联汽车的发展历程以及现状，分析并总结了智能网联汽车所面临的信息安全威胁，并对当前国内外车载总线信息安全问题的研究现状进行了概述；（2）分析了FlexRay总线相较于其他汽车总线的优势，并从物理层、数据链路层以及时钟同步算法三个方面对FlexRay总线协议进行了介绍；（3）分析了车载FlexRay总线中网络节点的特点和局限性，并据此归纳总结出车载FlexRay总线信息安全需求；提出了协议的假设模型，并对FlexRay报文格式进行了重新设计；其次根据车辆启动阶段与行驶阶段对实时性和安全性的不同需求，将FlexRay车载信息安全协议划分为节点身份认证模块和网络安全加密模块，并介绍对应模块的信息安全设计策略；最后提出了协议的安全性能指标；（4）详尽介绍了车载FlexRay总线网络的信息安全协议的设计。针对节点身份认证模块，深入分析了DH密钥分配协议、挑战应答原理以及非对称加密算法RSA，并详细阐述了基于挑战应答方式、DH密钥交换协议以及非对称加密算法RSA算法实现的身份认证和密钥分配过程，保障了节点身份的真实性和密钥分配过程的安全性；针对网络安全加密模块，深入分析了对称加密算法RC5和哈希加密算法BKDR-HASH的算法原理，并详细阐述了基于对称加密算法RC5和BKDR-HASH算法实现的网络节点安全通信过程，保障了网络中传输数据的机密性、真实性和新鲜性；（5）基于飞思卡尔公司生产的16位车载微控制器MC9S12XF512开发板模拟车载环境下的线控子系统，并从有效性和实时性两方面对实验结果进行了分析和比较。实验表明，有效性方面，本文提出的安全协议能保证连入总线节点身份的合法性以及保护总线中传输数据的机密性、真实性和新鲜性；实时性方面，本文提出的协议不论是在汽车的启动阶段还是正常行驶阶段，造成的通信延迟都在可接受范围内，并不影响车辆的实时性通信，因此能够有效的为车辆提供信息安全防护。收起

关键词 : 车载FlexRay总线网络信息安全协议实时性通信身份认证密钥分配

5. 车载FlexRay总线网络的数据压缩与网络安全研究

[学位论文] 刘孟茁延边大学 2019年硕士导师: 许一男;孔繁辉共72页

摘要 : 随着近年来车联网产业的飞速发展，汽车已然不再是一个代步工具，数字化程度逐年增高。但是，这样的提高也同时给车载总线网络环境带来了安全的威胁，使黑客入侵汽车有了可乘之机。而车载总线网络上传输的各种控制数据一旦被黑客掌握并加以操纵，便会... 展开随着近年来车联网产业的飞速发展，汽车已然不再是一个代步工具，数字化程度逐年增高。但是，这样的提高也同时给车载总线网络环境带来了安全的威胁，使黑客入侵汽车有了可乘之机。而车载总线网络上传输的各种控制数据一旦被黑客掌握并加以操纵，便会对乘客的生命及财产安全构成威胁。但是目前任何一种车载总线通信协议都没有安全方面的考虑，车载总线网络的安全问题亟待解决。因此，本文以速率更高、稳定性更强并极有可能成为下一代主流车载总线的FlexRay作为研究对象，提出了一种总线数据安全通信协议和数据压缩方法，在保证安全性的同时减小对实时性的影响。首先，为保护FlexRay总线网络的安全，本文提出了一套整合数据加密、消息认证和密钥分发策略的安全通信协议。其中，以AES系列算法为核心，使用计数器(CTR)模式对数据进行加密;使用HMAC算法生成消息认证码以保证数据的实时性及完整性;密钥分发策略方面，使用哈希函数生成单向密钥链，并以逆着生成方向的顺序以明文形式逐个公布使用过的会话密钥。通过将以上模块搭配整合，设计安全通信协议所需要完成的具体步骤，实现收发两端的安全通信。其次，设计了针对FlexRay的数据压缩方法。压缩的目的是减少安全算法需要处理的数据量从而缩短其占用车载电控单元(ECU)主处理器的时间，以降低对ECU正常任务实时性的影响。压缩的基本原则是只发送数据的变化量而不是完整值。压缩数据，即变换量，通过将当前周期与前一周期信号值进行异或运算的方式来获取。压缩后，数据仍放入原来的数据帧中发送，并添加指示位以方便接收端进行解压缩。最后，为了验证本文设计的有效性，使用了FlexRay开发板，即车载ECU，和CANoe车载总线仿真软件，以采集自真实汽车中的通信数据为基础完成了联合仿真实验。安全通信协议及数据压缩方法在Codewarrior IDE环境下，以C语言编码实现并下载到开发板中。通过CANoe向车载ECU发送攻击报文，观察实时通信数据，验证了本文设计的安全通信协议的运行效果和对常见攻击的防御能力;此外，经过数据压缩后，所有安全算法的运行所占用处理器的时间在收发两端分别最多可以减少7.54％和6.23％。收起

关键词 : 车载总线网络通信安全数据加密消息认证密钥分发数据压缩