CN112187744A - 一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法，包括如下步骤：步骤1，域控制器的从MCU存有当前升级软件的版本信息；步骤2，打包后的升级包从云端下发到T‑Box；步骤3，在OTA升级过程中，T‑Box把软件包下发到网关；步骤4，网关把对应各域控制器的包下发给对应的域控制器；步骤5，域控制器下发升级包前；步骤6，从MCU通过从CAN控制器、从CAN收发器、检测CAN网络是否受到DoS攻击；步骤7，在更新过程中，从MCU一直在实时检测CAN总线的流量以判断总线是否发生DoS攻击；步骤8，OTA下发完成。本发明的升级方法，可实现判断升级的过程中是否出现DOS攻击，进而判断是否升级了。

Description

一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法
技术领域
本发明涉及汽车信息安全领域，适用于车载总线安全防护技术研究，具体涉及到一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA安全升级方法。
背景技术
随着车辆网联化、智能化水平的提高，为满足消费者在功能、安全性、舒适性等方面的需求，汽车中越来越多的ECU需要不断进行固件更新，同时也解决了当前汽车软件版本中存在的安全漏洞等问题。传统的软件更新方式主要通过4S店专业人员实施更新，但是存在更新不及时、更新不便捷等问题。当车辆面临严重的信息安全问题时，由于传统升级方式固有的缺点，车厂更多通过汽车召回进行安全漏洞修补或升级。OTA即空中下载技术，在汽车领域可以对车载ECU实现远程自动升级，解决了传统更新升级存在缺陷的问题。
根据车载网络架构的发展趋势，车载域架构在未来将承担更多的远程升级功能。汽车CAN总线由于通信实时性高、成本低等优点，在车载域架构中依然会被大量采用。利用CAN协议的脆弱性，攻击者可以通过向CAN总线中高频注入大量数据包实施DoS攻击，导致CAN总线通信瘫痪。因此，未来车载域架构仍然面临这种实现简单及危害极大的DoS攻击。在当前汽车OTA远程升级过程中，一旦遇到DoS攻击将会导致升级的失败，进而重新升级，这将造成很大的资源浪费。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种更安全的OTA升级方法。在车辆的CAN网络发生DoS攻击时，该发明能够保障远程升级顺利进行。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法，包括如下步骤：
步骤1，域控制器的从MCU存有当前升级软件的版本信息，从MCU不断检测是否有新的软件版本，如果云端有新的更新版本，则把版本信息通过无线通信方式下发到车载端,车载端从上到下发到域控制器的从MCU，如果域控制器经过比对为新版本，则通知车主，车主设置预下发时间，到预定的下发时间，进行步骤2。否则，也即云端下发的版本不是新版本，不接受升级软件升级；
步骤2，打包后的升级包从云端下发到T-Box，T-Box中含有无线通信模块，能够连接云端和车内网络；
步骤3，在OTA升级过程中，T-Box把软件包下发到网关，在网关进行第一次拆包，把总软件包拆分成对应各域的软件包，网关保留当前的软件包；
步骤4，网关把对应各域控制器的包下发给对应的域控制器。域控制器进行第二次解包，以为下面域控制器把软件包下发到对应的ECU做准备；
步骤5，域控制器下发升级包前，从MCU先检测是否设定了升级时间，如果是，在预定的升级时间进行步骤6，否则，直接进行步骤6；
步骤6，从MCU通过从CAN控制器、从CAN收发器、检测CAN网络是否受到DoS攻击，如果发生了DoS攻击，从MCU通知主MCU暂时不进行更新，如果没有受到攻击也即CAN网络处于安全状态，从MCU通知主MCU进行ECU更新，此时主MCU经过主CAN控制器、主CAN收发器对ECU进行软件更新；
步骤7，在更新过程中，从MCU一直在实时检测CAN总线的流量以判断总线是否发生DoS攻击，若发生DoS攻击，从MCU通知主MCU停止更新，此时主MCU记录下此次更新的更新断点，也即当前数据包的序号，等到从MCU再次检测到CAN总线恢复正常，继续从断点进行更新，从MCU一直在不断检测以决定主MCU是否要继续更新，一直到升级完成，
步骤8，OTA下发完成，各路CAN网络上的ECU把升级成功信息传到域对应的控制器，经网关、T-Box传输到云端，本次升级完成。
作为本发明的进一步改进，所述步骤2中，在远端打包的软件包需要进行两次打包，具体打包过程为根据ECU所在的各域进行第一次打包，再把各域的软件包打包成一个包进行下发。
作为本发明的进一步改进，所述步骤3中的T-Box和网关之间通过以太网连接。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4中，域控制器保留当前的软件包，网关和域控制器之间通过以太网进行通信。
作为本发明的进一步改进，所述步骤8中，如果在升级过程由于网络等原因造成更新失败，哪个地方发生失败，则从哪个地方重新下载。
本发明的有益效果，(1)本发明中，域控制器采用同构双核架构，主MCU作用是进行OTA升级，从MCU作用是进行版本的比对以保证当前升级包为最新版本，另外从MCU还能够通过检测总线的运行状态判断CAN总线是否发生DoS攻击，以保证OTA在升级过程中总线处于正常通信状态。这种同构双核的域控制器可以实现高效的OTA安全升级。
(2)在本发明中，提出了一种基于DoS攻击的断点判断方法，能够保障车内网域架构CAN总线的OTA安全升级。在OTA升级过程中，从MCU通过实时检测CAN总线是否发生DoS攻击，如果遇到DoS攻击，会记录升级断点的位置，在总线恢复正常时，无需从头重新下载，直接从断点处下载，从而保证OTA在车载CAN总线正常运行状态下的安全升级。
(3)软件在升级前，可以通过从MCU自行设定升级时间，比如在夜晚某一时段进行更新，这样使得升级时间更加灵活，避免了白天更新又需要用车的冲突。
(4)针对域架构的OTA升级，本发明提出了两次拆包的升级方法。第一次在网关处拆包，分发给各域控制器，第二次在域控制器拆包，下发到对应的ECU。由于在OTA升级过程中，会由于被攻击者攻击等原因导致升级包下发失败。这样当在某一环节出现升级失败时，无需从云端再次下发整个升级包，而可以直接从下发失败的环节进行重新升级，能够提高升级效率，减小升级时间。
本发明提出的OTA升级方案主要面向车载域架构，其中网关和域控制器通过以太网连接，这保证了升级包传输时需要的速率和容量。不同域控制器负责不同域内ECU的软件升级，如果某一域内的ECU升级时出现问题，网关只需要对这一域进行重新升级；如果某一ECU在升级时出现问题，只需要这一路CAN上的域控制器对这个ECU进行再次升级。这解决了当某一ECU再次升级时已更新成功的ECU升级重复问题，这种方案既节约了资源也提高了升级的效率。本发明是一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA安全升级方法，在基于域架构下的车载端进行OTA升级过程中，当出现DoS攻击时，可以一种更成功的方法解决资源浪费等问题，提高了升级效率和安全性。
附图说明
图1为基于OTA安全升级方案的车载域架构拓扑图；
图2为基于OTA安全升级方案的车载域控制器架构图；
图3为一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA安全升级流程图。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
图1是本发明的升级方案面向的车内网络架构拓扑图。根据架构的发展趋势，域架构是网联车的下一代架构，也将承担OTA远程升级的功能。该架构从上往下为T-Box、GW(网关)、DC(域控制器)和底层的ECU。其中，该架构有五个域，分别为车身控制域、底盘域、动力控制域、信息娱乐域和ADAS域。在每一域中，ECU具备类似的功能，域控制器可以集成一些控制算法，对域内的ECU进行控制，节约了软硬件资源。为了最大程度的保证通讯的实时性，减少以太网昂贵的成本，在具体某一域中采用CAN网络进行连接。
图2是域控制器的内部结构图，该结构为同构双核架构。也即域控制器中有两个微控制器、两个CAN控制器和两个CAN收发器。其中，主MCU是主控制器，负责OTA升级等主要功能。从MCU辅助OTA升级，主要检测总线是否发生DoS攻击，以保证OTA升级过程中遇到DoS攻击，可以更高效地升级。主CAN控制器和主CAN收发器用于主MCU与ECU通信。从CAN控制器和从CAN收发器用于从MCU和ECU进行通信。主MCU和从MCU之间根据功能的需要，是单向通信，相对于双向通信，这有利于保证两个MCU的安全性。从MCU、从CAN控制器和从CAN收发器三者的集合相当于车内CAN总线网络中的节点，能够接收CAN网络的报文，对CAN报文流量进行检测，以检测是否发生DoS攻击。图3是OTA的升级流程图。
本发明例的具体实施步骤如下：
步骤1：域控制器的从MCU存有当前升级软件的版本信息，从MCU不断检测是否有新的软件版本，如果云端有新的更新版本，则把版本信息通过无线通信方式下发到车载端,车载端从上到下发到域控制器的从MCU，如果域控制器经过比对为新版本，则通知车主，车主设置预下发时间。比如在夜晚的某一时间段下发，这样使得升级时间更加灵活，避免了白天更新又需要用车的冲突，然后进行步骤3。
步骤2：否则，也即云端下发的版本不是新版本，不接受升级软件升级。
步骤3：打包后的升级包从云端下发到T-Box。
在步骤3中，在远端打包的软件包需要进行两次打包。根据ECU所在的各域进行第一次打包，再把各域的软件包打包成一个包进行下发。
步骤4：在OTA升级过程中，T-Box把软件包下发到网关，在网关进行第一次拆包，把总软件包拆分成对应各域的软件包。网关保留当前的软件包。
在步骤4中，T-Box和网关之间使用以太网连接，这保证了升级包传输时需要的速度和容量。
步骤5：网关把对应各域控制器的包下发给对应的域控制器。域控制器进行第二次解包，以为下面域控制器把软件包下发到对应的ECU做准备。
在步骤5中，域控制器保留当前的软件包。网关和域控制器之间采用以太网进行通信，可以实现更快的数据传输速率。
步骤6：在域控制器下发升级包前，从MCU先检测是否设定了升级时间，如果是，在预定的升级时间进行步骤7。否则，直接进行步骤7。
步骤7：从MCU通过从CAN控制器、从CAN收发器、检测CAN网络是否受到DoS攻击，如果发生了DoS攻击，从MCU通知主MCU暂时不进行更新。如果没有受到攻击也即CAN网络处于安全状态，从MCU通知主MCU进行ECU更新。此时主MCU经过主CAN控制器、主CAN收发器对ECU进行软件更新。
步骤8：在更新过程中，从MCU一直在实时检测CAN总线的流量以判断总线是否发生DoS攻击，若发生DoS攻击，从MCU通知主MCU停止更新，此时主MCU记录下此次更新的更新断点，也即当前数据包的序号。等到从MCU再次检测到CAN总线恢复正常，继续从断点进行更新，从MCU一直在不断检测以决定主MCU是否要继续更新，一直到升级完成。
步骤9：OTA下发完成，各路CAN网络上的ECU把升级成功信息传到对应的域控制器，经网关、T-Box传输到云端，本次升级完成。
在步骤9中，如果在升级过程由于网络等原因造成更新失败，哪个地方发生失败，则从哪个地方下载，而无需再次从头对所有ECU升级。例如，如果域控制器1下发失败，则网关只需要下发域控制器1所需的软件包；如果域控制器1中的某个ECU下发失败，域控制器1只需要对该ECU进行更新。
本发明是一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA安全升级方法，该架构在进行OTA升级时，当在升级过程发生DoS攻击时，该升级方法可以更高效、安全地进行升级。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，域控制器的从MCU存有当前升级软件的版本信息，从MCU不断检测是否有新的软件版本，如果云端有新的更新版本，则把版本信息通过无线通信方式下发到车载端，车载端从上到下发到域控制器的从MCU，如果域控制器经过比对为新版本，则通知车主，车主设置预下发时间，到预定的下发时间，进行步骤2，否则，也即云端下发的版本不是新版本，不接受升级软件升级；
步骤2，打包后的升级包从云端下发到T-Box，T-Box中含有无线通信模块，能够连接云端和车内网络；
步骤3，在OTA升级过程中，T-Box把软件包下发到网关，在网关进行第一次拆包，把总软件包拆分成对应各域的软件包，网关保留当前的软件包；
步骤4，网关把对应各域控制器的包下发给对应的域控制器，域控制器进行第二次解包，以为下面域控制器把软件包下发到对应的ECU做准备；
步骤5，域控制器下发升级包前，从MCU先检测是否设定了升级时间，如果是，在预定的升级时间进行步骤6，否则，直接进行步骤6；
步骤6，从MCU通过从CAN控制器、从CAN收发器、检测CAN网络是否受到DoS攻击，如果发生了DoS攻击，从MCU通知主MCU暂时不进行更新，如果没有受到攻击也即CAN网络处于安全状态，从MCU通知主MCU进行ECU更新，此时主MCU经过主CAN控制器、主CAN收发器对ECU进行软件更新；
步骤7，在更新过程中，从MCU一直在实时检测CAN总线的流量以判断总线是否发生DoS攻击，若发生DoS攻击，从MCU通知主MCU停止更新，此时主MCU记录下此次更新的更新断点，也即当前数据包的序号，等到从MCU再次检测到CAN总线恢复正常，继续从断点进行更新，从MCU一直在不断检测以决定主MCU是否要继续更新，一直到升级完成；
步骤8，OTA下发完成，各路CAN网络上的ECU把升级成功信息传到对应的域控制器，经网关、T-Box传输到云端，本次升级完成。
2.根据权利要求1所述的面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法，其特征在于：所述步骤2中，在远端打包的软件包需要进行两次打包，具体打包过程为根据ECU所在的各域进行第一次打包，再把各域的软件包打包成一个包进行下发。
3.根据权利要求1或2所述的面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法，其特征在于：所述步骤3中的T-Box和网关之间通过以太网连接。
4.根据权利要求3所述的面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法，其特征在于：所述步骤4中，域控制器保留当前的软件包，网关和域控制器之间通过以太网进行通信。
5.根据权利要求4所述的面向车载域架构CAN总线DoS攻击的OTA升级方法，其特征在于：所述步骤8中，如果在升级过程由于网络等原因造成更新失败，哪个地方发生失败，则从哪个地方重新下载。
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