CN111880444A - 一种基于can总线安全认证系统及方法 - Google Patents

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马文峰
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Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线安全认证系统及方法，系统由车外网、车载互联终端控制器、网关控制器、车内网组成，网关控制器内部包含通信模块A和认证模块A，车载互联终端控制器内部包含通信模块B和认证模块B；认证模块A与通信模块A建立逻辑连接，通信模块A与通信模块B建立逻辑连接，通信模块B与认证模块B建立逻辑连接；本发明适用于各种通信速率、各种拓扑的车型，有效地降低了通过车辆上安装了非法的车载互联终端控制器或者车载互联终端控制器而被黑客攻击的风险。本发明充分保障了车载互联终端控制器与网关控制器的合法连接，从而为车内网与车外网之间的通信提供了坚实的壁垒。

Description

一种基于CAN总线安全认证系统及方法
技术领域
本发明涉及一种CAN总线安全认证的系统及方法，应用于CAN网络节点连接的合法性认证，保证车辆通信的安全性。
背景技术
随着互联网技术的发展，汽车互联系统发展越来越快。车辆安装车载互联终端控制器使车辆与外界进行互联。若车辆上安装了非法的车载互联终端控制器或者车载互联终端控制器被黑客攻击，则会给车辆带来巨大风险，例如车辆信息被他人窃取，车辆被他人进行操控等等。目前国内的安全技术主要集中在车载互联终端控制器与外界互联部分，但车辆与车载互联终端控制器的连接需要有一种方法去判断当前车载互联终端控制器是否得到车辆授权或者是否为合法接入的，从而保证车内网络通信的安全性。
对比CN106101111B所述的车载电子安全通信系统及通信方法，它强调的是汽车服务平台与车载接入网关之间的认证通信，也即是车外网与车内网之间的认证通信，而本发明方法强调的是车载终端控制器与网关控制器之间的认证通信，也即是车内网之间的认证通信。且本发明方法与CN106101111B所述的方法也存在不同，具有极大的通用性。
对比CN108973931B所述的一种基于车联网的车辆控制方法，它强调了具体实现功能，及远程功能应用场景。而本方法强调的是远程功能中的认证方法，防止黑客入侵或非法车载终端控制器接入。CN108973931B所述的方法与本发明方法存在本质区别。
对比CN110381024A所述的一种用户认证方法及装置，它强调了语音设备的认证方法，而本方法强调的是对车载终端控制器的认证，确认其合法身份，所以CN110381024A所述的方法与本发明方法存在本质的区别。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于CAN总线的安全认证系统及方法，来验证接入整车的控制器的合法性，认证通过后方可开启车内网和车外网通信交互通道。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于CAN总线的安全认证系统，由车外网、车载互联终端控制器、网关控制器、车内网组成，所述车内网与网关控制器的CAN1口连接；网关控制器的CAN2口与车载互联终端控制器连接；所述车载互联终端控制器通过4G天线与车外网连接。
技术方案中所述网关控制器内部包含通信模块A和认证模块A，所述车载互联终端控制器内部包含通信模块B和认证模块B；
技术方案中所述网关控制器的认证模块A与通信模块A建立逻辑连接，网关控制器的通信模块A与车载互联终端控制器的通信模块B建立逻辑连接，车载互联终端控制器的通信模块B与认证模块B建立逻辑连接。
一种基于CAN总线的安全认证系统及方法，包括以下步骤：
1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；
2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；
3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；
4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；
5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；
6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；
7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；
8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；
9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；
10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；
11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；
12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；
13)若相同，网关控制器的认证模块A将认证成功结果发送给通信模块A，开启CAN2口与CAN1口的交互通道；
14)若不相同，网关控制器的认证模块A认证失败结果发送给通信模块A维持关闭CAN2口与CAN1口的交互通道。
一种基于CAN总线的安全认证系统及方法，原有车载互联终端控制器密钥值1与网关控制器存储的密钥值2相同；包括以下步骤：
1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；
2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；
3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；
5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；
6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；
7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；
8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；
9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；
10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；
11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；
12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；
13)相同，网关控制器的认证模块A将认证成功结果发送给通信模块A，开启CAN2口与CAN1口的交互通道。
一种基于CAN总线的安全认证系统及方法，原有车载互联终端控制器存储的密钥值1与网关控制器存储的密钥值2相同，通过某种原因车载互联终端控制器被更换，存储的密钥值1与原车密钥值不相同；包括以下步骤：
1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；
2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；
3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；
4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；
5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；
6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；
7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；
8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；
9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；
10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；
11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；
12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；
13)不相同，网关控制器的认证模块A认证失败结果发送给通信模块A维持关闭CAN2口与CAN1口的交互通道。
本发明的积极效果在于：
本发明适用于各种通信速率、各种拓扑的车型。本发明有效地降低了通过车辆上安装了非法的车载互联终端控制器或者车载互联终端控制器而被黑客攻击的风险，极大地防止了车辆信息被他人窃取，车辆被他人进行操控等危害。本发明充分保障了车载互联终端控制器与网关控制器的合法连接。从而为车内网与车外网之间的通信提供了坚实的壁垒。
附图说明
图1为本发明的系统结构图：
图2为各节点的内部结构示意图。
图3本发明的认证方法及传输过程示意图；
具体实施方式
基于CAN总线的安全认证系统及方法，由车外网、车载互联终端控制器、网关控制器、车内网组成，车内网与网关控制器的CAN1口连接；网关控制器的CAN2口与车载互联终端控制器连接。车载互联终端控制器通过4G天线与车外网连接。网关控制器内部包含通信模块A和认证模块A，车载互联终端控制器内部包含通信模块B和认证模块B，网关控制器的认证模块A与通信模块A建立逻辑连接，网关控制器的通信模块A与车载互联终端控制器的通信模块B建立逻辑连接，车载互联终端控制器的通信模块B与认证模块B建立逻辑连接。
具体安全认证方法如下：1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；13)若相同，网关控制器的认证模块A将认证成功结果发送给通信模块A，开启CAN2口与CAN1口的交互通道；14)若不相同，网关控制器的认证模块A认证失败结果发送给通信模块A维持关闭CAN2口与CAN1口的交互通道。
下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1所示，本系统由车外网、车载互联终端控制器、网关控制器、车内网组成。其特征在于:车内网1-1与网关控制器1-2中CAN1口1-1-1相连。网关控制器1-2中CAN2口1-1-2与车载互联终端控制器1-3相连。车载互联终端控制器1-3与车外网1-4相连。
各通信节点内部特征相同，如图2所示，其特征在于:网关控制器2-1内部包含通信模块A 2-1-1和认证模块A 2-1-2，车载互联终端控制器2-2内部包含通信模块B 2-2-1和认证模块B 2-2-2。网关控制器2-1的认证模块A 2-1-2与通信模块A 2-1-1建立逻辑连接，网关控制器2-1的通信模块A 2-1-1与车载互联终端控制器2-2的通信模块B 2-2-1建立逻辑连接，车载互联终端控制器2-2的通信模块B 2-2-1与认证模块B 2-2-2建立逻辑连接。
实施例1
如图3所示，某车型的原有车载互联终端控制器密钥值1与网关控制器存储的密钥值2相同。认证过程如下：1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；13)相同，网关控制器的认证模块A将认证成功结果发送给通信模块A，开启CAN2口与CAN1口的交互通道。
实施例2
如图3所示，某车型的原有车载互联终端控制器存储的密钥值1与网关控制器存储的密钥值2相同。通过某种原因车载互联终端控制器被更换，存储的密钥值1与原车密钥值不相同。认证过程如下：1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；13)不相同，网关控制器的认证模块A认证失败结果发送给通信模块A维持关闭CAN2口与CAN1口的交互通道。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种基于CAN总线的安全认证系统，由车外网、车载互联终端控制器、网关控制器、车内网组成，其特征在于：所述车内网与网关控制器的CAN1口连接；网关控制器的CAN2口与车载互联终端控制器连接；所述车载互联终端控制器通过4G天线与车外网连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的安全认证系统，其特征在于：
所述网关控制器内部包含通信模块A和认证模块A，所述车载互联终端控制器内部包含通信模块B和认证模块B。
3.根据权利要求2所述的一种基于CAN总线的安全认证系统，其特征在于：
所述网关控制器的认证模块A与通信模块A建立逻辑连接，网关控制器的通信模块A与车载互联终端控制器的通信模块B建立逻辑连接，车载互联终端控制器的通信模块B与认证模块B建立逻辑连接。
4.如权利要求1所述的一种基于CAN总线的安全认证方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；
2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；
3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；
4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；
5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；
6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；
7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；
8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；
9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；
10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；
11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；
12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；
13)若相同，网关控制器的认证模块A将认证成功结果发送给通信模块A，开启CAN2口与CAN1口的交互通道；
14)若不相同，网关控制器的认证模块A认证失败结果发送给通信模块A维持关闭CAN2口与CAN1口的交互通道。
5.根据权利要求4所述的一种基于CAN总线的安全认证方法，原有车载互联终端控制器密钥值1与网关控制器存储的密钥值2相同；其特征在于，包括以下步骤：
1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；
2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；
3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；
4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；
5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；
6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；
7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；
8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；
9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；
10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；
11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；
12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；
13)相同，网关控制器的认证模块A将认证成功结果发送给通信模块A，开启CAN2口与CAN1口的交互通道。
6.根据权利要求4所述的一种基于CAN总线的安全认证方法，原有车载互联终端控制器存储的密钥值1与网关控制器存储的密钥值2相同，通过某种原因车载互联终端控制器被更换，存储的密钥值1与原车密钥值不相同；其特征在于，包括以下步骤：
1)车载互联终端控制器的认证模块B产生认证请求传递给通信模块B；
2)车载互联终端控制器的通信模块B将认证请求发送给网关控制器的通信模块A；
3)网关控制器通信模块A将认证请求传递给认证模块A；
4)网关控制器的认证模块A生成一组随机数，并将该随机数与自身存储的密钥1应用AES加密算法生成加密结果Res1，并临时存储；
5)网关控制器的认证模块A将该随机数传递给通信模块A；
6)网关控制器的通信模块A将收到的随机数传递给车载互联终端控制器的通信模块B；
7)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的随机数传递给认证模块B；
8)车载互联终端控制器的认证模块B将该随机数与自身存储的密钥2应用AES加密算法生成加密结果Res2；
9)车载互联终端控制器的认证模块B将加密结果Res2传递给通信模块B；
10)车载互联终端控制器的通信模块B将收到的加密结果Res2通过CAN总线发送到网关控制器的通信模块A；
11)网关控制器的通信模块A将收到的加密结果Res2传递给认证模块A；
12)网关控制器的认证模块A将此前临时存储的Res1与收到的Res2进行比对；
13)不相同，网关控制器的认证模块A认证失败结果发送给通信模块A维持关闭CAN2口与CAN1口的交互通道。
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