一種基于廣播的can總線認證方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及CAN總線通信安全技術領域，尤其是涉及一種基于廣播的CAN總線認證方法及系統。
【背景技術】
[0002]CAN協議由Bosch在1986年提出，1991年形成協議規范，目前廣泛應用于汽車工業和其他控制領域。CAN協議最初用來解決車內通信的問題，它的應用環境封閉，攻擊者無法訪問車內網絡。車聯網的發展使得每輛汽車成為與外界通信的節點，車內網絡不再是封閉的，攻擊者能夠訪問到電子控制單元(Electronic Control Unit, EOJ)和CAN總線，威脅汽車安全。攻擊者可能通過藍牙、OBD-1I接口、TPMS等系統入侵CAN總線，通過發送非法幀控制車內通信系統，因此實現對CAN總線中數據幀的認證能增強車內系統安全性。
[0003]現有的CAN總線認證技術忽視了 CAN通信的廣播特性，認證效率低；算法運算復雜度高、延時大，不適合應用在車內通信中。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種基于廣播的CAN總線認證方法，通過在通信的數據幀中加入消息認證碼，并在接收數據過程中對消息認證碼進行認證，從而可以防御對CAN總線的攻擊。
[0005]根據本發明的一個方面，提供一種基于廣播的CAN總線認證方法，其特征在于，所述方法包括:
[0006]S1、對當前啟動的所有E⑶進行完整性驗證，并為網關和通過完整性驗證的E⑶分配種子密鑰；
[0007]S2、所述網關根據所述種子密鑰生成加密序列，并將所述加密序列廣播發送到所述通過完整性驗證的E⑶；
[0008]S3、所述網關和所述通過完整性驗證的E⑶根據所述加密序列分別生成相同的MAC表和同步計數器，計數器值初始化為O ;
[0009]S4、所述通過完整性驗證的E⑶中的發送E⑶在發送數據幀時，在所述數據幀的數據域附上所述發送ECU的計數器的值對應的MAC ;
[0010]S5、所述通過完整性驗證的E⑶中的接收E⑶和所述網關接收附有MAC的數據幀時，判斷所述數據幀中的MAC與自身的計數器值對應的MAC表中的MAC是否相同；
[0011]S6、是則判定所述數據幀安全；否則判斷所述數據幀為非法幀；
[0012]S7、將所述發送E⑶、網關和接收E⑶的計數器的值加1，并判斷所述發送E⑶、網關和接收ECU的計數器的值是否超過預定的閾值；
[0013]S8、是則返回步驟S2，重新生成MAC表；否則返回步驟S4，進行下一個數據幀的通信。
[0014]其中，所述步驟S2具體包括:
[0015]所述網關生成隨機序列，在所述種子密鑰的控制下生成偽隨機序列，并將所述偽隨機序列和所述隨機序列進行異或計算生成加密序列。
[0016]將所述加密序列廣播發送到所述通過完整性驗證的電子控制單元。
[0017]根據本發明的另一個方面，提供一種基于廣播的CAN總線認證系統，其特征在于，所述系統包括:
[0018]網關，用于生成加密序列，并進行廣播發送；
[0019]多個ECU，用于接收所述網關的加密序列并生成MAC表和同步計數器，并在進行數據通信時根據所述MAC表和所述同步計數器判斷所述數據通信是否安全。
[0020]其中，所述系統還包括驗證單元，用于對所述E⑶進行完整性驗證，并為所述網關和通過完整性驗證的E⑶分配種子密鑰。
[0021]其中，所述網關包括:
[0022]第一種子密鑰接收器，用于接收所述驗證單元分配的種子密鑰；
[0023]第一偽隨機序列生成器，用于根據所述種子密鑰生成第一偽隨機序列；
[0024]第一隨機序列生成器，用于生成第一隨機序列；
[0025]第一異或計算器，用于將所述第一偽隨機序列與所述第一隨機序列進行異或計算生成加密序列；
[0026]第一計數器生成器，用于生成第一同步計數器值，實現與所述發送E⑶計數器值的同步。
[0027]其中，所述ECU包括發送ECU和接收ECU。
[0028]其中，所述發送E⑶具體包括:
[0029]第二種子密鑰接收器，用于接收所述驗證單元分配的第二種子密鑰；
[0030]第三種子密鑰接收器，用于接收所述驗證單元分配的第三種子密鑰；
[0031]第二偽隨機序列生成器，用于根據所述第二種子密鑰生成第二偽隨機序列；
[0032]第二異或計算器，用于將接收的加密序列與所述第二偽隨機序列進行異或計算，生成第二隨機序列；
[0033]第三隨機序列生成器，用于根據所述第三種子密鑰和所述第二隨機序列生成第三隨機序列；
[0034]第三異或計算器，用于將所述第二隨機序列與所述第三隨機序列進行異或計算，生成MAC表；
[0035]第二計數器生成器，用于生成第二同步計數器值，實現與所述網關和所述接收E⑶計數器值的同步。
[0036]數據發送單元，用于為通信的數據幀附上與生成的所述第二同步計數器的值對應的MAC，并對附上所述MAC的數據幀進行發送。
[0037]其中，所述接收E⑶具體包括:
[0038]第四種子密鑰接收器，用于接收所述驗證單元分配的第四種子密鑰；
[0039]第五種子密鑰接收器，用于接收所述驗證單元分配的第五種子密鑰；
[0040]第四偽隨機序列生成器，用于根據所述第四種子密鑰生成第四偽隨機序列；
[0041]第四異或計算器，用于將接收的加密序列與所述第四偽隨機序列進行異或計算，生成第四隨機序列；
[0042]第五隨機序列生成器，用于根據所述第五種子密鑰和所述第四隨機序列生成第五隨機序列；
[0043]第五異或計算器，用于將所述第四隨機序列與所述第五隨機序列進行異或計算，生成MAC表；
[0044]第三計數器生成器，用于生成第三同步計數器值，實現與所述發送E⑶計數器值的同步。
[0045]第一數據接收單元，用于接收數據幀，并判斷所述數據幀中的MAC與自身的計數器值對應的MAC表中的MAC是否相同，若相同則判斷該數據幀為安全幀，否則為非法幀。
[0046]其中，所述網關還包括:
[0047]第六種子密鑰接收器，用于接收所述驗證單元分配的第六種子密鑰；
[0048]第六隨機序列生成器，用于根據所述第六種子密鑰和所述第一隨機序列生成第六隨機序列；
[0049]第六異或計算器，用于將所述第一隨機序列與所述第六隨機序列進行異或計算，生成MAC表；
[0050]第二數據接收單元，用于接收數據幀，并判斷接收的數據幀中的MAC與自身的計數器值對應的MAC表中的MAC是否相同，若相同則判斷所述數據幀為安全幀，否則為非法幀。
[0051]本發明的基于廣播的CAN總線認證方法及系統，通過在網關和E⑶中生成相同的MAC表，并在數據通信過程中在數據幀中加入MAC，網關和ECU對接收的數據幀的MAC與自身的MAC進行認證，可以判斷該數據幀是否為安全，從而可以防御外界對CAN總線的攻擊。同時，本申請中網關通過廣播的方式將加密序列發送到各個E⑶，提高了認證效率，另外，本申請的方法計算復雜度低，延時小，并能夠高效地判斷外界的攻擊，防御性好。
【附圖說明】
[0052]通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特征和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中:
[0053]圖1示出了本發明的基于廣播的CAN總線認證方法的流程圖。
[0054]圖2示出了本發明的基于廣播的CAN總線認證系統的結構框圖。
[0055]圖3示出了本發明的實施例的E⑶生成MAC表的示意圖。
[0056]圖4示出了本發明的實施例的網關生成MAC表的示意圖。
【具體實施方式】
[0057]下面將結合附圖對本發明的實施例進行詳細描述。
[0058]為了實現上述目的，本發明實施例提出了一種基于廣播的CAN總線認證方法，其過程為:
[0059]在設備啟動時，對所有的E⑶進行完整性認證，為網關和通過驗證的E⑶分配種子密鑰；網關生成隨機序列，將序列加密后生成加密序列廣播發送給所有的ECU，ECU對廣播序列處理后同步建立MAC表，網關也會建立相同的MAC表，同時網關和每個ECU內建立一個同步計數器，計數器值初始化為O ;發送