智能网联汽车网络安全浅析

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2020127

电信科学 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (4): 36-45.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2020127

智能网联汽车网络安全浅析

李玉峰¹,陆肖元^1,²,曹晨红¹,李江涛¹,朱泓艺²,孟楠³

¹ 上海大学，上海 200444
² 国家宽带网络技术及应用工程研究中心，上海 200436
³ 中国信息通信研究院，北京 100191

修回日期:2020-04-03 出版日期:2020-04-20 发布日期:2020-04-24
作者简介:李玉峰（1975- ），男，上海大学教授、博士生导师，主要研究方向为网络信息安全管控、智能系统网络安全、宽带网络等。发表论文50余篇，其中SCI/EI检索30余篇；申请发明专利39项（授权29项）；公开出版专著3种。曾获得省部级科学技术进步奖一等奖、二等奖4次|陆肖元（1975- ），男，上海大学计算机学院教授级高级工程师，上海宽带技术及应用工程技术研究中心（国家宽带网络技术及应用工程研究中心）副主任，临港智慧城市发展中心主任，科学技术部“863”计划、科学技术支撑、国家重点专项专家，上海科学技术发展重点领域“十二五”“十四五”技术预见专家。长期从事通信、宽带网络、智慧城市和大数据研究开发工作，主要研究方向为智慧城市和5G接入|曹晨红（1991- ），女，博士，上海大学计算机学院讲师，主要研究方向为网络测量与安全、物联网系统与网络、智能感知技术|李江涛（1990- ），男，博士，上海大学计算机学院讲师，主要研究方向为公钥密码学、车载网安全与隐私保护|朱泓艺（1990- ），男，博士，上海宽带技术及应用工程研究中心（国家宽带网络技术及应用工程研究中心）助理研究员，主要研究方向为信息通信理论、无线通信、多接入边缘计算和信息安全技术|孟楠（1982- ），女，博士，中国信息通信研究院安全研究所网络安全研究部副主任、高级工程师，主要从事电信网和互联网安全防护以及云计算、区块链等新技术安全的技术和标准研究工作
基金资助:
广东省科技计划基金资助项目(20180113);国家重点研发计划基金资助项目(2017YFB0803200)

A survey of cybersecurity for intelligent connected-automated vehicle

Yufeng LI¹,Xiaoyuan LU^1,²,Chenhong CAO¹,Jiangtao LI¹,Hongyi ZHU²,Nan MENG³

¹ Shanghai University,Shanghai 200444,China
² National Engineering Research Center for Broadband Networks ＆Applications,Shanghai 200436,China
³ China Academy of Information and Communications Technology,Beijing 100191,China

Revised:2020-04-03 Online:2020-04-20 Published:2020-04-24
Supported by:
Guangdong Science and Technology Program(20180113);The National Key Research and Developement Program of China(2017YFB0803200)

摘要/Abstract

摘要：

汽车工业正经历着向智能化、网联化范式的转变，（半）自动驾驶汽车通过新一代信息通信技术实现车与云平台、车与车、车与路、车与人的全方位网络连接。当汽车开始变成车轮上的联网计算机时，网络安全成为一个重大挑战，其威胁的作用范围从虚拟空间延伸到了物理空间，危害的对象已经上升为人类生命。介绍了智能汽车的电子/电气结构和网络结构，阐述了智能汽车的网络安全需求，指出了智能网联车辆系统的若干网络攻击，并针对这些攻击对可用的防御措施进行了调查。最后，探讨了未来可能的技术方向。

关键词: 自动驾驶, 车联网, 智能网联汽车, 网络安全

Abstract:

The automotive industry is experiencing a shift to an intelligent and connected paradigm.(Semi-) Autonomous vehicles use a new generation of information and communication technologies to realize a full range of interactions between vehicles and cloud,vehicles and vehicles,vehicles and roads,and vehicles and pedestrian,etc.When cars started to become connected computers on wheels,network security became a major challenge,and because the scope of cyber threats extended from virtual space to physical space,the harm of cybersecurity had risen to human life.The electronic/electrical structure,in-vehicle network structure,and out-of-vehicle network structure of intelligent vehicles were introduced,the security requirements of vehicle networks were elaborated,several cyber-attacks against connected-automated vehicle (CAV) were pointed out,the available defense measures against these attacks were addressed.The advantages and disadvantages of these measures were summarized.Finally,possible defense measures and directions in the future were discussed to further ensure the security of CAV.

Key words: automated driving, internet of vehicles, intelligent connected-automated vehicle, cybersecurity

中图分类号:

TP302

李玉峰,陆肖元,曹晨红,李江涛,朱泓艺,孟楠. 智能网联汽车网络安全浅析[J]. 电信科学, 2020, 36(4): 36-45.

Yufeng LI,Xiaoyuan LU,Chenhong CAO,Jiangtao LI,Hongyi ZHU,Nan MENG. A survey of cybersecurity for intelligent connected-automated vehicle[J]. Telecommunications Science, 2020, 36(4): 36-45.

图/表 5

表1

图1

图2

表2

表3

参考文献 41

[28]	PATHAN K . Security of self-organizing networks:MANET,WSN,WMN,VANET[M]. Boca Raton: CRC PressPress, 2016.
[29]	SAMARA G,AL-RABA’NAH Y . Security issues in vehicular ad hoc networks (VANET):a survey[Z]. 2017.
[30]	BHARGAVA B , JOHNSON A M , MUNYENGABE G I ,et al. A systematic approach for attack analysis and mitigation in V2V networks[Z]. 2016.
[31]	LIU J , SUN W , SHI Y P . In-vehicle network attacks and countermeasures:challenges and future directions[J]. IEEE Network, 2017,31(5): 50-58.
[1]	Autoliv innovation and research[Z]. 2019.
[2]	Waymo. On the road to fully self-driving[R]. 2017.
[32]	LI K , VOICU R C , KANHERE S S ,et al. Energy efficient legitimate wireless surveillance of UAV communications[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2019,68(3): 2283-2293.
[33]	GARCIA F D , OSWALD D , KASPER T ,et al. Lock it and still lose it—on the (in) security of automotive remote keyless entry systems[C]// Proceedings of 25th USENIX Security Symposium.[S.l.:s.n]. 2016.
[3]	工业和信息化部. 车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划[R]. 2018.
	Ministry of Industry and Information Technology. Action plan for the development of the connected car (smart connected car) industry[R]. 2018.
[34]	中国通信学会. 车联网安全技术与标准发展态势前沿报告[R]. 2019.
	China Institute of Communications. Frontier report on development trends of telematics security technology and standards[R]. 2019.
[4]	MILLER C , VALASEK C . Remote exploitation of an unaltered passenger vehicle[R]. 2015.
[5]	NIE S , LIU L , DU Y . Free-fall:hacking tesla from wireless to CAN bus[R]. 2017.
[35]	LIM H S M , TAEIHAGH A . Autonomous vehicles for smart and sustainable cities:an in-depth exploration of privacy and cybersecurity implications[J]. Energies, 2018,11(5):1062.
[36]	BURZIO G , CORDELLA G F , COLAJANNI M ,et al. Cybersecurity of connected autonomous vehicles:a ranking based approach[C]// Proceedings of the 2018 International Conference of Electrical and Electronic Technologies for Automotive. Piscataway:IEEE Press, 2018.
[6]	CAI Z , WANG A , ZHANG W ,et al. 0-days ＆ mitigations:roadways to exploit and secure connected BMW cars[R]. 2019.
[7]	See “Hacking smart car alarm systems”[Z]. 2019.
[37]	Auto-ISAC.Automotive cybersecurity best practices–executive summary[Z]. 2018.
[38]	YAN Z , ROBERTSON T , YAN R ,et al. Finding the weakes links in the weakest link:how well do undergraduate students make cybersecurity judgment?[J]. Computers in Human Behavior, 2018(84): 375-382.
[39]	NOY I Y , SHINAR D , HORREY W J . Automated driving:safety blind spots[J]. Safety Science, 2018(102): 68-78.
[8]	PARKINSON S , WARD P , WILSON K ,et al. Cyber threats facing autonomous and connected vehicles:future challenges[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2017,18(11): 2898-2915.
[9]	Techcrunch. Why a cybersecurity solution for driverless cars may be found under the hood[Z]. 2017.
[40]	陈山枝, 胡金玲, 时岩 ,等. LTE-V2X车联网技术、标准与应用[J]. 电信科学, 2018,34(4): 1-11.
	CHEN S Z , HU J L , SHI Y ,et al. Technologies,standards and applications of LTE-V2X for vehicular networks[J]. Telecommunications Science, 2018,34(4): 1-11.
[10]	Society of Automotive Engineers International. Taxonomy and definitions for terms related to on-road motor vehicle automated driving systems[Z]. 2014.
[11]	KATO S , TAKEUCHI E , ISHIGURO Y ,et al. An open approach to autonomous vehicles[J]. IEEE Micro, 2015,35(6): 60-68.
[12]	LYU X , DING Y , YANG S H . Safety and security risk assessment in cyber-physical systems[J]. IET Cyber-Physical Systems:Theory ＆ Applications, 2019,4(3): 221-232.
[13]	EL-REWINI Z , SADATSHARAN K , SELVARAJ D F ,et al. Cybersecurity challenges in vehicular communications[J]. Vehicular Communications, 2019:100214.
[14]	LIBICKI M C , ABLON L , WEBB T . The defenders dilemma:charting a course toward cybersecurity[Z]. 2015.
[15]	Survey:securing the modern vehicle[Z]. 2019.
[16]	DE LA TORRE G,RAD P,CHOO K K R.Driverless vehicle security:challenges and future research opportunities[Z]. 2018.
[17]	RABIEH K , MAHMOUD M M , GUO T N ,et al. Cross-layer scheme for detecting large-scale colluding Sybil attack in VANETs[C]// Proceedings of 2015 IEEE International Conference on Communications. Piscataway:IEEE Press, 2015: 7298-7303.
[18]	BHAVESH N B , MAITY S , HANSDAH R C . A protocol for authentication with multiple levels of anonymity (AMLA) in VANETs[C]// Proceedings of the 27th International Conference on Advanced Information Networking and Applications Workshops (WAINA). Piscataway:IEEE Press, 2013: 462-469.
[19]	MOKHTAR B , AZAB M . Survey on security issues in vehicular ad hoc networks[J]. Alexandria Engineering Journal, 2015,54(4): 1115-1126.
[20]	WASEF A , SHEN X . EMAP:expedite message authentication protocol for vehicular Ad Hoc networks[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2013,12(1): 78-89.
[21]	DIMITRIOU T , ALRASHED E A , KARAATA M H ,et al. Imposter detection for replication attacks in mobile sensor networks[J]. Computer Networks, 2016(108): 210-222.
[22]	SEO S H , WON J , SULTANA S . Effective key management in dynamic wireless sensor networks[J]. IEEE Transactions on Information Forensics ＆ Security, 2015,10(2): 371-383.
[23]	PSIAKI M L , HUMPHREYS T E . GNSS spoofing and detection[J]. Proceedings of the IEEE, 2016,104(6): 1258-1270.
[24]	CHEMINOD M , DURANTE L , VALENZANO A . Review of security issues in industrial networks[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2013,9(1): 277-293.
[25]	THILAK K D , AMUTHAN A . DOS attack on VANET routing and possible defending solutions-a survey[C]// Proceedings of International Conference on Information Communication and Embedded Systems (ICICES). Piscataway:IEEE Press, 2016: 1-7.
[26]	YAN C , XU W Y , LIU J H . Can you trust autonomous vehicles:contactless attacks against sensors of self-driving vehicle[J]. 2016.
[27]	SHUKLA D , VAIBHAV A , DAS S ,et al. Security and attack analysis for vehicular ad hoc network:a survey[C]// Proceedings of International Conference on Computing,Communication and Automation (ICCCA). Piscataway:IEEE Press, 2016: 625-630.
[41]	YAN Z , ROBERTSON T , YAN R ,et al. Finding the weakes links in the weakest link:how well do undergraduate students make cybersecurity judgment?[J]. Computers in Human Behavior, 2018(84): 375-382

等级	名称（SAE）	SAE定义	驾驶操作	驾驶环境监控	后备支援	作用域（条件及环境）
L0	无自动化	人全权操作，完成所有DDT	人类	人类	人类	无
L1	驾驶支援	通过驾驶环境对方向盘或加减速中的一项提供驾驶支援，其他DDT都由人进行操作	人类和系统	人类	人类	部分
L2	部分自动化	通过驾驶环境对方向盘或加减速中的多项操作提供支援，其他DDT都由人进行操作	系统	人类	人类	部分
L3	条件自动化	在限定的 ODD 内自动完成所有的 DDT，根据系统请求人回应和干预	系统	系统	人类	部分
L4	高度自动化	在限定的 ODD 内自动完成所有 DDT，可以无须人类驾驶员介入	系统	系统	系统	部分
L5	完全自动化	在所有道路和环境下自动完成所有驾驶操作	系统	系统	系统	全域

攻击	属性	防御措施	参考文献
Sybil	身份认证、完整性	加密方案、身份确认方案和信誉机制	[17-18]
假冒攻击	身份认证、完整性	消息签名、身份验证等	[19-20]
密钥/证书复制攻击	身份认证、完整性	完善的密钥管理方案	[21-22]
欺骗攻击	身份认证、保密性	加密方案和身份验证	[23]
DoS/DDoS攻击	可用性、身份认证	身份验证方案和防火墙、入侵检测等方法	[25]
干扰攻击	可用性、完整性	设置冗余部件，多传感器数据融合	[26]
恶意软件	可用性、保密性	恶意软件检测和防火墙等	[27]
黑洞攻击	可用性、完整性	信誉机制、基于机器学习的恶意行为检测	[28]
延迟攻击	可用性、身份认证	经过身份验证的计时方法	[29]
伪造信息	完整性、可用性、身份认证	消息签名和基于信誉的方案	[18]
重放攻击	完整性、身份认证	使用序列号，时间戳和安全通信	[30]
伪装攻击	完整性、身份认证	恶意行为检测和身份验证	[31]
篡改攻击	完整性、可用性	签名并验证传输的消息	[29]
窃听攻击	机密性、身份认证	加密方案，网络隔离机制	[31-32]
拦截攻击	机密性、身份认证	加密方案、身份验证	[33]

未来方向	研究关注
功能安全和网络安全一体化	CAV全生命周期内的功能安全、网络安全一体化设计方法、分析方法
内生安全技术	通过内生安全构造技术，使汽车获得非特异性免疫能力，应对0-Day等未知网络威胁
CAV网络证书管理	证书管理系统的系统架构、模型和信任锚点等
测试技术	CAV网络安全如何构建体系化的网络安全测试床，并能实施有效的测试
区块链技术	区块链的CAV网络应用及网络安全增强
轻量级认证技术	满足CAV高速实时应用的轻量级快速认证技术
深度学习防御	保护智能车载系统各个方面（入侵检测、软件漏洞检测、恶意软件检测）的深度学习方法
云网融合的安全	云网融合背景下的CAV流式数据安全处理等
软件定义的安全	使用软件定义平台实现网络威胁检测和威胁缓解的自动化
5G智能网联汽车安全	引入5G技术后的CAV网络安全研究

智能网联汽车网络安全浅析

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[1]	周胜利, 蒋可怡, 徐博, 徐睿, 张熙康, 赵泉喆, 徐阳东. 面向电信网络诈骗治理的网络安全课程构建效能评估研究[J]. 电信科学, 2023, 39(6): 122-128.
[2]	张志龙, 张天琦, 李雪菲, 刘丹谱. 基于计算控制通信融合的车联网资源协同优化技术研究[J]. 电信科学, 2023, 39(4): 17-30.
[3]	张乐, 马洪源. 运营商网络边缘云安全实践[J]. 电信科学, 2023, 39(4): 165-172.
[4]	陈滏媛, 董振江, 董建阔, 徐敏杰. 车联网安全防护技术综述[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 1-15.
[5]	葛雨明, 毛祺琦. 车联网新型基础设施跨域协同部署研究[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 24-31.
[6]	王鲲, 董振江, 杨凡, 周谷越. 基于C-V2X的车路协同自动驾驶关键技术与应用[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 45-60.
[7]	吴冬升, 李凤娜, 夏宁馨, 李大成. 智能网联汽车测试方案研究与展望[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 61-69.
[8]	顾博, 敖婷. 基于MEC的定位技术在车联网中的应用[J]. 电信科学, 2022, 38(Z1): 250-258.
[9]	贺智敏, 林育哲, 程宇杰, 闫实. 基于无线感知辅助的车联网下行无线资源分配方法[J]. 电信科学, 2022, 38(9): 60-70.
[10]	胥柯, 向路平, 胡杰, 杨鲲. 基于正交时频空间调制的通信感知一体化系统的公平性功率分配方案[J]. 电信科学, 2022, 38(9): 50-59.
[11]	陈山枝. 蜂窝车联网（C-V2X）及其赋能智能网联汽车发展的辩思与建议[J]. 电信科学, 2022, 38(7): 1-17.
[12]	陈伟雄, 杨晓晨, 春增军, 李若兰, 张华. 电力企业网络安全威胁情报管理体系的研究与实践[J]. 电信科学, 2022, 38(7): 184-189.
[13]	张博源, 黄学艳, 赵振山, 张世昌, 马腾, 刘亮. 直通链路技术的发展与展望[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 22-36.
[14]	刘亚天, 呼博文, 陈茂飞, 刘东鑫. 5GC安全态势感知系统研究[J]. 电信科学, 2022, 38(11): 73-85.
[15]	陈山枝, 葛雨明, 时岩. 蜂窝车联网（C-V2X）技术发展、应用及展望[J]. 电信科学, 2022, 38(1): 1-12.