54、CAN总线物理层入侵检测与定位

CAN总线物理层入侵检测与定位

1. 引言

车辆网络安全问题早在2004年就已受到关注，近年来，现代车辆综合安全分析揭示的安全问题及其后果，引发了该领域研究兴趣的显著提升。许多安全问题源于车载通信协议缺乏安全机制，其中控制器局域网（CAN）协议是典型代表，尽管已问世三十多年，它仍是连接电子控制单元（ECUs）最广泛使用的协议。

为解决这些问题，研究主要集中在两个方向：一是通过引入加密认证等机制保障CAN通信安全；二是设计CAN入侵检测系统（IDS）。汽车行业和国际组织也在积极推动车辆网络安全相关标准的制定。

CAN入侵检测系统的开发是近年来备受关注的研究课题。现有方案多采用统计测试和机器学习机制，数据来源主要有两种途径：
- 应用层数据 ：利用CAN控制器在应用层获取的CAN流量相关数据，如帧内容、周期性或到达时间。由于车载CAN通信常基于专有协议，此类系统通常从捕获的CAN跟踪数据中提取有意义的行为数据，以检测潜在的滥用行为，甚至尝试逆向工程CAN帧以提取有效负载中的信号信息。
- 物理层特征 ：利用CAN通信的物理层特征，如电压水平、传播延迟、信号上升/下降时间等。电子电路生产过程中的细微差异会使信号行为具有独特性，可用于识别发送器。

本文将重点讨论基于物理层特征的两种CAN网络入侵者检测方法：一是利用CAN总线的时序特征影响信号传播，并探讨利用信号传播延迟定位入侵者；二是基于CAN信号的电压特征，借助机器学习算法提高节点识别准确性。

2. 背景

2.1 CAN协议

CAN协议由博世设计，用于车