CN111343062A - 一种车内电子控制单元鉴别方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子技术领域，提供了一种车内电子控制单元鉴别方法、系统及存储介质，在该方法中，通过利用总线上挂载的一个数据帧发送周期可变的辅助检测单元，通过计算数据接收端鉴别数据发送端身份的时钟漂移相对系数，来鉴别数据发送端的身份，如果当前时刻计算的时钟漂移相对系数与上一次时刻检测到的时钟漂移相对系数的值发生改变，则判断数据发送端身份异常。本发明克服了绝对时钟漂移鉴别方法的不足之处，能够更为稳定且实时的鉴别与自己通信的电子控制单元的身份，准确识别出电子控制单元身份是否发生变化。

Description

一种车内电子控制单元鉴别方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其涉及一种车内电子控制单元鉴别方法、系统及存储介质。

背景技术

汽车内部各电子控制单元之间现在一般是采用CAN总线通信。CAN总线是一种广播式总线，总线上对于消息收发者的身份并没有鉴别机制，这就会导致一些信息安全问题。比如，当恶意攻击者将原有的某个电子控制单元拆卸掉，换上一个新的电子控制单元，此时其它电子控制单元并无法查觉原电子控制单元被替换，而换上的新电子控制单元如果是包含了恶意功能，可能其发出的消息被其它电子控制单元接收后，会引起车辆功能的异常。因此，有必要研究一种方法，使电子控制单元能够鉴别消息发送方的身份变化，从而觉查到其接收到的某消息是否可信。

晶振是电子控制单元内的核心器件，用于电子控制单元计时。由于每一个晶振都有特定的误差，因此每个电子控制单元对于时间的计时都有独特的时钟漂移，公开号为CN108111510A的发明专利中就提出利用时钟漂移鉴别电子控制单元身份的方法。但是传统的方法要通过时间戳和数据学习来计算各电子控制单元的绝对时钟漂移，存在一些不足之处，如时间戳准确性要求很高；学习数据量的收集较大因此处理时间长；时钟漂移会受温度等环境影响发生变化；没有考虑车载总线竞争拥塞情况，因此将总线动态的拥塞也当成时钟漂移容易引起身份鉴别的错误，等等。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种车内电子控制单元鉴别方法、系统及存储介质，通过利用总线上挂载的一个数据帧发送周期可变的辅助检测单元，来鉴别与自己通信的电子控制单元的身份。

具体方案如下：

一种车内电子控制单元鉴别方法，包括以下步骤：

S1：同一总线上的数据接收端控制辅助检测单元以与数据发送端相同的周期向总线发送数据；

S2：数据接收端根据自身晶振计算数据发送端和辅助检测单元的周期和两者周期的差值；

S3：数据接收端控制辅助检测单元以数据发送端的周期的n倍为周期，向总线发送数据，其中n为大于1的整数；

S4：数据接收端根据自身晶振计算数据发送端和辅助检测单元的周期和两者周期的差值；

S5：根据数据发送端和辅助检测单元的时钟漂移、总线延迟和数据接收端的时钟漂移，计算数据接收端鉴别数据发送端身份的时钟漂移相对系数；

S6：判断当前时刻计算的时钟漂移相对系数与上一次时刻检测到的时钟漂移相对系数的值是否发生改变，如果改变，则判断数据发送端身份异常。

进一步的，步骤S2具体为：数据接收端记录其接收到的数据发送端发送数据的第一帧时间ty₁和第二帧时间ty₂、辅助检测单元发送数据的第一帧时间tp₁和第二帧时间tp₂，设定数据发送端和辅助检测单元的周期分别为：TC_y＝ty₂-ty₁、TC_p＝tp₂-tp₁，两者周期的差值为K_yp＝TC_y-TC_p；

步骤S4具体为：数据接收端记录其接收到的数据发送端发送数据的第n-1帧时间ty₃和第n帧时间ty₄、辅助检测单元发送数据的第一帧时间tp₃和第二帧时间tp₄，设定数据发送端和辅助检测单元的周期分别为：TC'_y＝ty₄-ty₃、

者周期的差值为

进一步的，步骤S7中所述时钟漂移相对系数的计算过程为：

S71：设定：数据发送端Y自身晶振的时间周期为T，时钟漂移为S_y，实际发送周期为ΔT_y，则存在下列关系：

(1+S_y)ΔT_y＝T

根据上式可得：Y的实际发送周期

设定，总线延迟为D_y，则数据接收端C接收到的数据发送端Y发送的两帧数据之间的实际时间周期C_y为：

设定数据接收端C的时钟漂移为S_c，则C根据自身晶振计算的数据发送端Y的周期TC_y为：

S72：设定：辅助检测单元P自身晶振的时间周期为T，时钟漂移为S_p，实际发送周期为ΔT_p，则存在下列关系：

(1+S_p)ΔT_p＝T

根据上式可得：P的实际发送周期

数据接收端C接收到的数据发送端P发送的两帧数据之间的实际时间周期

为：

数据接收端C根据自身晶振计算的数据发送端P的周期TC_p为：

S73：设定：辅助检测单元P自身晶振的时间周期为nT，则根据步骤S72计算的数据接收端C根据自身晶振计算的数据发送端P的周期

为：

S74：将步骤S71-S73的计算结果代入步骤S3和S6中，设定D_y＝D_p、TC'_y＝TC_y分别计算：

(1)当辅助检测单元P自身晶振的时间周期为T时，数据发送端和辅助检测单元两者周期的差值：

(2)当辅助检测单元P自身晶振的时间周期为nT时，数据发送端和辅助检测单元两者周期的差值：

S75：设定

则步骤S74中两个公式变为：

求解得：

设定

为时钟漂移相对系数。

进一步的，步骤S4中n＝2。

一种车内电子控制单元鉴别系统，包括位于同一总线上的数据发送端、数据接收端和辅助检测单元，所述数据发送端、数据接收端和辅助检测单元均包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述的方法的步骤。

本发明采用如上技术方案，通过利用总线上挂载的一个数据帧发送周期可变的辅助检测单元，可以让一个电子控制单元识别另一个电子控制单元相对自身的相对时钟漂移相对系数，从而克服绝对时钟漂移鉴别方法的不足之处，来更为稳定且实时的鉴别与自己通信的电子控制单元的身份，准确识别出电子控制单元身份是否发生变化。

附图说明

图1所示为本发明实施例一的结构示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例的应用场景为：总线上一个电子控制单元(ElectronicControl Unit，ECU)C正在接收另一个电子控制单元Y发出的数据，电子控制单元P是一个挂载在总线上且数据发送周期可调的辅助检测单元。C的时钟漂移记为S_c，Y的时钟漂移记为S_y，P的时钟漂移记为S_p。由于时钟漂移在实际应用环境中是较难准确计算的，本实施例中计算的是Y相对C的相对时钟漂移值，用相对时钟漂移值来实现接收电子控制单元C对数据发送端的电子控制单元Y的身份变化的鉴别。

本发明实施例一提供了一种基于时钟漂移特征的车内电子控制单元鉴别方法，包括以下步骤：

步骤一：当数据接收端的电子控制单元C需要鉴别数据发送端的电子控制单元Y时，通知辅助检测单元P，使P以与Y相同周期T往总线发送数据帧。

汽车总线上每个电子控制单元发送数据帧一般都有固定周期，假设Y正常是以周期T往总线发出数据帧。则当C需要验证Y的时钟漂移特征时，先由C通知辅助检测单元P，让P也以相同周期T往总线发送数据帧。

步骤二：当辅助检测单元P开始发出周期为T的数据帧后，数据接收端C记录接收到的数据发送端Y的第一帧时间ty₁，和第二帧时间ty₂；记录接收到的辅助检测单元P的第一帧时间tp₁，和第二帧时间tp₂。

步骤三：计算数据发送端Y的C根据自身晶振去判断的实际时间周期TC_y＝ty₂-ty₁；计算辅助检测单元P的C根据自身晶振去判断的实际时间周期TC_p＝tp₂-tp₁，计算周期差值K_yp＝TC_y-TC_p。

(1)、设定：Y自身晶振的时间周期为T，Y的时钟漂移为S_y，Y的实际发送周期为ΔT_y，则存在下列关系：

(1+S_y)ΔT_y＝T

根据上式可得：Y的实际发送周期

由于总线上数据的传输存在传输延时和总线竞争拥堵等延时因素，因此，设定当前时刻的总线延迟为D_y，因此，数据接收端C接收到的数据发送端Y发送的两帧数据之间的实际时间周期C_y为：

由于C_y是实际时间周期，相对于接收者C来说，C由于也存在时钟漂移S_c，因此，C根据自身晶振计算的实际时间周期C_y的大小TC_y为：

(2)、设定：P自身晶振的时间周期为T，P的时钟漂移为S_p，P的实际发送周期为ΔT_p，则存在下列关系：

(1+S_p)ΔT_p＝T

根据上式可得：P的实际发送周期

由于总线上数据的传输存在传输延时和总线竞争拥堵等延时因素，因此，设定当前时刻的总线延迟为D_p，因此，数据接收端C接收到的数据发送端P发送的两帧数据的实际时间周期C_p为：

由于C_p是实际时间周期，相对于接收者C来说，C由于也存在时钟漂移S_c，因此，C根据自身晶振计算的实际时间周期C_p的大小TC_p为：

(3)、由于将辅助检测单元P的数据发送周期调整为与数据发送端Y相同的周期T，因此数据接收端C可以在经过一定的周期T后，在较短的时间段内近乎同时接收到数据发送端Y和辅助检测单元P发送来的数据，在这较短的时间内，可认为总线延时和拥堵状态近似相等，因此，二者数据的延时D_y＝D_p，因此将式(1)与式(2)相减，可得在数据接收端C内衡量Y与P的周期时间的差K_yp：

步骤四：数据接收端C通知辅助检测单元P，使P以Y的周期T的n倍数为周期，往总线发送数据帧。

n为整数，且n≥2，该实施例中，为了能较快进行身份鉴别，n可以取2。

步骤五：当辅助检测单元P开始发出周期为T的n倍数的数据帧后，数据接收端C记录接收到的数据发送端Y的第n-1帧时间ty₃，和第n帧时间ty₄；记录接收到的辅助检测单元P的第一帧时间tp₃，和第二帧时间tp₄。

步骤六：计算数据发送端Y的C根据自身晶振去判断的实际时间周期TC'_y＝ty₄-ty₃；计算辅助检测单元P的C根据自身晶振去判断的实际时间周期

计算周期差值

(1)、此时，由于Y的发送周期没变，因此C根据自身晶振去判断Y的数据帧实际时间周期TC_y公式与步骤三相同，为式(1)。

(2)、下面进行辅助检测单元P的周期

的计算：

设定：P自身晶振的时间周期为nT，P的时钟漂移为S_p，P的实际发送周期为

则存在下列关系：

根据上式可得：P的实际发送周期

由于总线上数据的传输存在传输延时和总线竞争拥堵等延时因素，因此，设定当前时刻的总线延迟为D_p，因此，数据接收端C接收到的数据发送端P发送的两帧数据之间的实际时间周期

为：

由于

是实际时间周期，相对于接收者C来说，C由于也存在时钟漂移S_c，因此，C根据自身晶振去判断实际时间周期

的大小

为：

(3)、由于将辅助检测单元P的数据发送周期调整为数据发送端Y周期T的n倍，因此，数据接收端C在n-1个T的周期内只能接收到Y的数据，而在第n个T的周期，可以在较短的时间段内近乎同时接收到数据发送端Y和辅助检测单元P发送来的数据，在这较短的时间内，可认为总线延时和拥堵状态近似相等，数据发送端Y的周期T不变，因此，TC'_y＝TC_y，因此，二者数据的延时D_y＝D_p，因此将式(1)与式(4)相减，可得在P周期改为nT之后，数据接收端C内衡量Y与P的周期时间的差K'_yp：

步骤七：计算C判断Y身份的时钟漂移相对系数

联立式(3)和(5)，令

可得二元二次方程组：

转化可得：

对方程组(6)求解，可得：

因此，得到C判断Y身份的时钟漂移相对系数为：

该相对系数

可以作为C判断Y身份是否发生变化的判断依据。

步骤八：判断时钟漂移相对系数

与上一次检测到的值是否发生改变，如果改变，则表明数据发送端Y很可能遭到替换，此时接收到的数据是不可信的；否则，则表示数据发送端Y的身份稳定，没有被替换，数据是可信的。

本发明实施例一通过利用总线上挂载的一个数据帧发送周期可变的辅助检测电子控制单元，可以让一个电子控制单元识别另一个电子控制单元相对自身的相对时钟漂移相对系数，从而克服绝对时钟漂移鉴别方法的不足之处，来更为稳定且实时的鉴别与自己通信的电子控制单元的身份，准确识别出电子控制单元身份是否发生变化。

实施例二：

本发明还提供一种车内电子控制单元鉴别系统，包括位于同一总线上的数据发送端、数据接收端和辅助检测单元，所述数据发送端、数据接收端和辅助检测单元均包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。

进一步地，作为一个可执行方案，所述车内电子控制单元鉴别系统可以是车载电脑等计算设备。

进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述车内电子控制单元鉴别系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。

所述车内电子控制单元鉴别系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)以及软件分发介质等。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种车内电子控制单元鉴别方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：同一总线上的数据接收端控制辅助检测单元以与数据发送端相同的周期向总线发送数据；

S2：数据接收端根据自身晶振计算数据发送端和辅助检测单元的周期和两者周期的差值；

S3：数据接收端控制辅助检测单元以数据发送端的周期的n倍为周期，向总线发送数据，其中n为大于1的整数；

S4：数据接收端根据自身晶振计算数据发送端和辅助检测单元的周期和两者周期的差值；

S5：根据数据发送端和辅助检测单元的时钟漂移、总线延迟和数据接收端的时钟漂移，计算数据接收端鉴别数据发送端身份的时钟漂移相对系数；

S6：判断当前时刻计算的时钟漂移相对系数与上一次时刻检测到的时钟漂移相对系数的值是否发生改变，如果改变，则判断数据发送端身份异常。

2.根据权利要求1所述的车内电子控制单元鉴别方法，其特征在于：步骤S2具体为：数据接收端记录其接收到的数据发送端发送数据的第一帧时间ty₁和第二帧时间ty₂、辅助检测单元发送数据的第一帧时间tp₁和第二帧时间tp₂，设定数据发送端和辅助检测单元的周期分别为：TC_y＝ty₂-ty₁、TC_p＝tp₂-tp₁，两者周期的差值为K_yp＝TC_y-TC_p；

步骤S4具体为：数据接收端记录其接收到的数据发送端发送数据的第n-1帧时间ty₃和第n帧时间ty₄、辅助检测单元发送数据的第一帧时间tp₃和第二帧时间tp₄，设定数据发送端和辅助检测单元的周期分别为：TC'_y＝ty₄-ty₃、

者周期的差值为

3.根据权利要求1所述的车内电子控制单元鉴别方法，其特征在于：步骤S7中所述时钟漂移相对系数的计算过程为：

S71：设定：数据发送端Y自身晶振的时间周期为T，时钟漂移为S_y，实际发送周期为ΔT_y，则存在下列关系：

(1+S_y)ΔT_y＝T

根据上式可得：Y的实际发送周期

设定，总线延迟为D_y，则数据接收端C接收到的数据发送端Y发送的两帧数据之间的实际时间周期C_y为：

设定数据接收端C的时钟漂移为S_c，则C根据自身晶振计算的数据发送端Y的周期TC_y为：

S72：设定：辅助检测单元P自身晶振的时间周期为T，时钟漂移为S_p，实际发送周期为ΔT_p，则存在下列关系：

(1+S_p)ΔT_p＝T

根据上式可得：P的实际发送周期

数据接收端C接收到的数据发送端P发送的两帧数据之间的实际时间周期

为：

数据接收端C根据自身晶振计算的数据发送端P的周期TC_p为：

S73：设定：辅助检测单元P自身晶振的时间周期为nT，则根据步骤S72计算的数据接收端C根据自身晶振计算的数据发送端P的周期

为：

S74：将步骤S71-S73的计算结果代入步骤S3和S6中，设定D_y＝D_p、TC'_y＝TC_y分别计算：

(1)当辅助检测单元P自身晶振的时间周期为T时，数据发送端和辅助检测单元两者周期的差值：

(2)当辅助检测单元P自身晶振的时间周期为nT时，数据发送端和辅助检测单元两者周期的差值：

S75：设定

则步骤S74中两个公式变为：

求解得：

设定

为时钟漂移相对系数。

4.根据权利要求1所述的车内电子控制单元鉴别方法，其特征在于：步骤S4中n＝2。

5.一种车内电子控制单元鉴别系统，其特征在于：包括位于同一总线上的数据发送端、数据接收端和辅助检测单元，所述数据发送端、数据接收端和辅助检测单元均包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～4所述方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～4所述方法的步骤。

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