[發(fā)明專利]面向大規(guī)模車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的可擴展CAN總線安全通信方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110268523.4
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113132098B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫鈺;趙子安;李大偉;關(guān)振宇;劉建偉;白琳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/32;H04L12/40;H04L9/40
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 戴冬瑾

1.一種面向大規(guī)模車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的可擴展CAN總線安全通信方法，其特征在于，包括以下步驟：

利用總線廣播機制實現(xiàn)CAN總線上接入的多個ECU設(shè)備間的通信，并利用密碼學群認證機制對所述多個ECU設(shè)備進行多實體群認證，并協(xié)商得到總線設(shè)備與ECU設(shè)備間的第一會話密鑰；

基于全局計數(shù)器對所述CAN總線上的數(shù)據(jù)幀進行加密解密、對遠程幀進行數(shù)據(jù)校驗，以實現(xiàn)所述第一會話密鑰的數(shù)據(jù)幀和遠程幀傳輸；

建立所述CAN總線包括的多個子網(wǎng)間的跨子網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以通過所述跨子網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實現(xiàn)不同子網(wǎng)間設(shè)備的數(shù)據(jù)幀和遠程幀的交換；

在預(yù)設(shè)時間周期后更新所述第一會話密鑰的同時，基于所述全局計數(shù)器保證會話的前向安全與后向安全；以及

通過無證書簽名體制實現(xiàn)車內(nèi)總線設(shè)備與外部設(shè)備的雙向認證，并在認證通過后完成第二會話密鑰的協(xié)商；

所述利用總線廣播機制實現(xiàn)CAN總線上接入的多個設(shè)備間的通信，并利用密碼學群認證機制對所述多個設(shè)備進行多實體群認證，并協(xié)商得到第一會話密鑰，包括：

通過總線設(shè)備生成隨機種子，使用預(yù)共享密鑰計算所述種子的校驗值，并將所述種子和所述校驗值打包并發(fā)送到所述CAN總線；

每個ECU設(shè)備使用所述預(yù)共享密鑰驗證所述校驗值，并生成隨機種子和新校驗值，發(fā)送到所述CAN總線；

在所述總線設(shè)備接收到所有ECU設(shè)備的響應(yīng)后，利用中國剩余定理計算所有新隨機種子的公共響應(yīng)值，并將所述公共響應(yīng)值發(fā)送到所述CAN總線上；

每個ECU設(shè)備驗證所述公共響應(yīng)值，并在驗證后根據(jù)所述公共響應(yīng)值生成包括加密密鑰和完整性密鑰的第一會話密鑰；

所述基于全局計數(shù)器對所述CAN總線上的數(shù)據(jù)幀進行加密解密，包括：

作為發(fā)送方的ECU設(shè)備使用所述會話密鑰加密所述數(shù)據(jù)幀，同時使用所述完整性密鑰保護消息的完整性，其中，加密過程包含一個計數(shù)器值，同一子網(wǎng)中的ECU設(shè)備同步一個全局計數(shù)器；

作為接收方的ECU設(shè)備使用所述會話密鑰和所述完整性密鑰驗證所述數(shù)據(jù)幀的完整性同時對所述數(shù)據(jù)幀進行解密，其中，除所述接收方的ECU設(shè)備增加計數(shù)器值，以同步全局計數(shù)器值；

所述建立所述CAN總線包括的多個子網(wǎng)間的跨子網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以通過所述跨子網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實現(xiàn)不同子網(wǎng)間設(shè)備的數(shù)據(jù)幀和遠程幀的交換，包括：

第一子網(wǎng)中作為發(fā)送方的ECU設(shè)備根據(jù)所述會話密鑰和所述完整性密鑰生成數(shù)據(jù)幀；

當總線設(shè)備接收到跨網(wǎng)傳輸?shù)闹俨孟r，觸發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)機制，其中，所述總線設(shè)備驗證所述仲裁消息，使用第二子網(wǎng)的會話秘鑰加密、并計算得到新校驗值，所述總線設(shè)備按照轉(zhuǎn)發(fā)表將所述新校驗值轉(zhuǎn)發(fā)到其他子網(wǎng)，并轉(zhuǎn)換不同子網(wǎng)的計數(shù)器值以及提供同步；

作為接收方的ECU設(shè)備接收、驗證和解密消息；

所述在預(yù)設(shè)時間周期后更新所述第一會話密鑰的同時，基于所述全局計數(shù)器保證會話的前向安全與后向安全，包括：

當全局計數(shù)器達到預(yù)定值或釋放外部設(shè)備時，所述總線設(shè)備發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀，其中，所述數(shù)據(jù)幀包含一個新的隨機種子，認證部分包含仲裁、隨機種子、總線設(shè)備與所有ECU設(shè)備間預(yù)置的長期對稱密鑰、HMAC值，以保證數(shù)據(jù)的真實性；

所有ECU設(shè)備驗證所述數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)所述HMAC值生成新會話密鑰，并發(fā)送所有ECU設(shè)備的響應(yīng)值以實現(xiàn)密鑰確認；

所述總線設(shè)備接收來所有ECU設(shè)備的響應(yīng)值并進行驗證，以實現(xiàn)所述新會話密鑰的確認。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于全局計數(shù)器對所述CAN總線上的遠程幀進行數(shù)據(jù)校驗，包括：

當作為接收方的ECU設(shè)備需要來自作為發(fā)送方的ECU設(shè)備的消息時，所述作為接收方的ECU設(shè)備發(fā)送包含消息仲裁，并利用所述完整性密鑰計算計數(shù)器校驗值的遠程幀；

在所述作為發(fā)送方的ECU設(shè)備接收到消息后，如果校驗值驗證成功則對所述遠程幀進行響應(yīng)，所述作為發(fā)送方的ECU設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)幀。