关于车联网信息安全之SecOC总线新鲜值

摘要

当今世界，在互联网多模式发展和工业智能化趋势的背景下，传统制造业逐渐向“智能制造”转型升级。汽车产业在移动互联、大数据及云计算等技术的推动下向智能化、网联化发展的趋势愈发明显。当前，CAN总线作为汽车行业专用的总线，已暴露出了越来越多的车联网信息安全问题，无法适应汽车的发展趋势。

对此，传统的CAN总线引入一套通信认证的方法，即SecOC（Secure Onboard Communication）。SecOC作为新一代车内网络安全总线方案，美亚网安已将该技术集成在车联网信息安全自动化检测试验设备中，通过在国内主机厂进行SecOC总线验证性测试，积累了测试用例，并取得了良好的效果。

前段时间，美亚网安技术专家就车联网信息安全方面为我们分享了SecOC总线加密通信原理，本期，技术专家将带来SecOC总线新鲜值及含义。

在上一期《车联网信息安全之：SecOC总线加密通信原理》文章中，技术专家对SecOC总线加解密通信进行了介绍，并且对整个总线通信加密流程做了较为详细的阐述，通过MAC码实现身份认证，防止总线数据被篡改。除此之外，为了避免CAN/CAN-FD被重放攻击，SecOC同样引入新鲜值，通过不同的新鲜值在一定程度上大大提升了总线的安全性，在性能与安全性之间做了很好的权衡。

整个SecOC总线报文结构如下所示，Authentic I-PDU是需要被保护的数据；Authenticator为认证信息（通常使用消息认证码，即Message Authentication Code，简称MAC，后文以MAC来简称此内容）；Secured I-PDU Header为可选用的报头；Freshness Value为可选用的新鲜度值。

新鲜值传达了信息的实时性，可以由时间戳校验和帧计数器校验两种模式生成。时间戳检验的最大挑战在于要求多个 ECU 间进行时间同步，消除 ECU 振荡器自身产生的偏差，所以时间戳检验需要同步机制。

目前只有 TTCAN 以及更先进的 Flexray 总线支持这种机制，因此我们选用了帧计数器模式。在每个发送者或接收者的 ECU 中，都有一个专用本地帧计数器将用于跟踪 CAN 消息事件。该帧计数器只会在每个 CAN 成功发送或接收事件计数，这避免了时间同步上的问题。当出现报文错误或丢失情况时，ECU可以通过帧计数器重新同步来恢复正常工作。

新鲜值由Trip Counter、Reset Counter、Message Counter、Reset Flag共8字节组成，如下图所示：

Trip Counter

此计数器为递增计数器，初始值为0，在上电、唤醒等操作时自增，当Trip Counter自增时，Reset Counter清零；Master ECU将一个新的Trip Counter和Reset Counter放到同步消息中发送给Slave ECU，所有Slave ECU都保存Trip Counter和Reset Counter。每一次自增后都将当前值写入非易失性存储中，建议存储在安全存储区域。

（建议Trip Counter为3字节，0XFFFFFF = 16777215 ，按使用寿命30年计算，16777215 / 30 /365 = 1532，即平均每天可重复上电1532次，30年后才会出现溢出。若Trip Counter 溢出，将不会有效抵御重放攻击。）Reset_counter溢出时，Trip Counter + 1

Reset Counter

此计数器单调递增，ResetCounter可根据实际场景设置不同的周期，周期单调递增（即Reset Counter + 1）；当Reset Counter自增时，Message Counter清零；Master ECU将当前最新的Trip Counter和Reset Counter作为同步消息发送给Slave ECU。所有Slave ECU都保存Trip Counter和Reset Counter。

（建议Reset_Counter为3字节，0XFFFFFF = 16777215， CAN总线上最快10MS一帧报文发出，这里设置Reset Counter的递增周期为200ms（可配置），每秒钟会递增5次，每天递增5*60*60*24 = 432000次。16777215 / 432000 = 38，即不下电的情况下，ResetCounter在第38天后会发生溢出。溢出后将不再能够抵御放攻击）。

Message Counter

此计数器单调递增，发送ECU每发送一次报文数据帧，发送ECU的Message Counter + 1,截取Message Counter的低位（Message CntLower），作为新鲜值部分组包到CAN总线报文帧中（Secure I-PDU）。接收到成功验证一条指令后同样执行Message_Counter + 1操作。

（Message Counter建议14bit,高位10bit不出现在消息体中，低位4bit出现在消息体中。需保证在一次Reset周期内，Message Counter不会出现溢出，溢出后将不在能够抵御重放攻击）。

Reset Flag

实时同步来自MasterECU中的Reset Counter的值。取Reset Counter的低2位，作为新鲜值部分组包到CAN总线报文帧中。需要特别注意的是，建议要将Trip Counter、Reset Counter、Message Counter等存储在非易失性存储器（NVRAM）中，因为如果用普通Flash，通常只能擦写10万次，如果Reset Counter每200ms同步一次，Flash很快就会被写坏。因此可以考虑对Flash做磨损平衡处理，即Reset Counter和Message Counter不存储，但是安全性会受影响，如果网格发出同步指令之前，某些ECU间的通信可能存在被重放攻击的可能性。

当前，美亚网安在汽车信息安全与汽车取证方面已经有了深度的研究，全面理解汽车电子电气架构和总线协议。未来，北京美亚网安将持续性的输出车联网信息安全技术的能力，加强同国内外主机厂的合作，为提升整个汽车行业的信息安全能力做出自己的贡献。

公司简介

北京美亚柏科网络安全科技有限公司（简称：美亚网安）是国投智能控股厦门市美亚柏科信息股份有限公司（股票简称：美亚柏科，股票代码：300188）的全资子公司，是美亚柏科集团网络空间安全、大数据智能化、网络开源情报和智能装备制造四大产品战略重要组成部分。以服务国家网络强国战略为已任，力争成为网络空间安全的领先者。

在新一代网络空间安全的建设浪潮下，利用大数据和零信任技术，依托“狼烟计划”从使用者角度构建“一中心两体系”为核心的大数据安全产品；依托“长城计划”从监管者角度打造网络安全大数据产品。

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