CN113300801A - 基于安全gPTP的时间同步方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于安全gPTP的时间同步方法及系统，基于TSN 802.1AS协议标准，实现自动驾驶车载网络系统的高精度时间同步。主时钟给gPTP主机提供高精度时钟源；gPTP主机通过以太网发送时间同步报文并接收路径延时测量报文，同时在gPTP主机上开启主监控程序，实时监控gPTP同步信息；gPTP交换机负责连接gPTP主机和gPTP从机，同时在gPTP交换机的入口匹配gPTP报文特征，进行安全策略配置；gPTP从机通过以太网接收时间同步报文并发送路径延时测量报文，同时在gPTP从机上开启从监控程序，实时监控gPTP同步信息。本发明实现了安全可靠的车载网络高精度时间同步。

Description

基于安全gPTP的时间同步方法及系统
技术领域
本发明属于自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于安全gPTP的时间同步方法及系统。
背景技术
广义精确时钟协议（Generalized Precision Time Protocol，gPTP）是由IEEE802.1AS标准定义的，它的目标是确保局域网里的所有从设备都和主设备的时间同步到一致。
gPTP域内的设备都有高精度的时钟源作输入，通过自主选取或者预先设置的方式选择主时钟，作为整个系统的时基。主节点通过不同种类的报文，携带并传递不同的信息；从节点感知系统通过这些信息，完成与主时钟的时间同步。
对于自动驾驶车载网络，目前大多是通过TSN gPTP协议进行高精度的时间同步；冗余场景下，也会开启主时钟的备份冗余。但是无论是通过静态配置的方式选择gPTP主时钟，还是动态通告的方式选定主时钟，都需要周期性高频地交互消息报文，所以就存在非法gPTP时钟干扰甚至攻击的问题。
而通过对车载网络中的每一个gPTP节点进行监控和安全策略管理，会有效保护时间同步节点的安全性和可靠性。既可以保证车载系统的正常时间同步，又非常巧妙地解决了车载网络免受攻击的风险。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于安全gPTP的时间同步方法及系统，在gPTP主机和从机侧配置安全监控程序，且在gPTP交换机上配置入口安全策略，实现车载网络的高精度时间同步。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于安全gPTP的时间同步方法，所述方法包括步骤：
（1）主时钟给gPTP主机提供高精度时钟源；gPTP主机通过以太网发送时间同步报文并接收gPTP从机发起的路径延时测量报文，同时在gPTP主机上开启主监控程序，对gPTP从机进行安全检查；
（2）gPTP交换机连接gPTP主机和gPTP从机，同时在gPTP交换机两侧入口，通过匹配gPTP报文特征，进行安全策略配置；
（3）gPTP从机通过以太网接收gPTP主机发起的时间同步报文并主动发送路径延时测量报文，同时在gPTP从机上开启从监控程序，对gPTP主机进行安全检查；
（4）gPTP主机检测到异常时间同步的从机，或者gPTP从机检测到异常时间同步的主机，或者gPTP交换机检测到超过设定阈值带宽的gPTP流量，则上报异常告警。
进一步地，gPTP主机侧部署主监控程序，通过抓取gPTP从机发起的路径延时测量报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN；再基于抓取获取的信息跟本地配置范围作安全过滤；丢弃检查不合法的gPTP报文，不进行时间同步处理。
进一步地，gPTP主机侧本地配置时间同步的从机的MAC地址白名单，白名单根据自动驾驶车载网络系统拓扑预设设置。
进一步地，gPTP从机侧部署从监控程序，通过抓取gPTP从机发起的时间同步报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN；再基于抓取获取的信息跟本地配置范围作安全过滤；丢弃检查不合法的gPTP报文，不进行时间同步处理。
进一步地，gPTP从机侧本地配置时间同步的主机的MAC地址白名单，白名单根据自动驾驶系统指定的主机MAC以及备份主机MAC。
进一步地，gPTP交换机上配置安全策略，通过入口的gPTP报文特征，SMAC地址，以及端口粒度，统计流量入口带宽，对超过设定阈值的gPTP流量作限速或者黑名单处理。
一种基于安全gPTP的时间同步系统，所述系统包括gPTP主机、gPTP交换机、gPTP从机；
主时钟给gPTP主机提供高精度时间源；gPTP主机通过以太网发起时间同步报文，同时主监控程序开启对gPTP从机的安全检查；gPTP交换机正常转发时间同步报文以及路径延时测量报文，同时配置安全策略进行入口gPTP流量的安全检查；gPTP从机发起路径延时测量报文，同时从监控程序开启对gPTP主机的安全检查；
gPTP主机检测到异常时间同步的从机，或者gPTP从机检测到异常时间同步的主机，或者gPTP交换机检测到超过设定阈值带宽的gPTP流量，则上报异常告警。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
本发明通过对车载网络中的每一个gPTP节点进行监控和安全策略管理，有效保护时间同步节点的安全性和可靠性。
本发明通过部署gPTP节点的安全监控以及安全策略，既可以保证车载系统的正常时间同步，又非常巧妙地解决了车载网络免受攻击的风险。在确保传输带宽和时延的同时，隔离了第三方的非法网络攻击，极大地提高了车载网络的可靠性和安全性。
本发明适用于在TSN 802.1AS标准协议的基础上，实现安全可靠的车载网络高精度时间同步，有效保障了自动驾驶车载网络系统的时间一致性，也有效防止了可能存在的非法gPTP流量网络攻击。
附图说明
图1是gPTP时间同步的安全系统框图；
图2是gPTP时间同步的安全检查规则图；
图3是gPTP时间同步的安全策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明所述的基于安全gPTP的时间同步系统，包括gPTP主机、gPTP交换机、gPTP从机；车载网络系统中的gPTP节点开启安全监控程序，gPTP交换机配置安全策略以及安全处理措施；基于TSN 802.1AS协议标准，实现自动驾驶车载网络系统的高精度时间同步。
主时钟给gPTP主机提供高精度时间源；gPTP主机通过以太网发起时间同步报文，同时主监控程序开启对gPTP从机的安全检查；gPTP交换机正常转发时间同步报文以及参与路径延时矫正，同时进行入口gPTP流量的安全检查；gPTP从机发起路径延时测量报文，同时从监控程序开启对gPTP主机的安全检查。
gPTP主机侧，部署主监控程序，通过抓取gPTP从机发起的路径延时测量报文，Pdelay_Req报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN等信息，再基于抓取获取的信息跟本地配置范围作安全过滤。
gPTP从机侧，部署从监控程序，通过抓取gPTP从机发起的时间同步报文，Sync报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN等信息，再基于抓取获取的信息跟本地配置范围作安全过滤。
gPTP交换机上，配置安全策略，通过入口的gPTP报文特征，SMAC地址，以及端口粒度，统计流量入口带宽等信息，对超过设定阈值的gPTP流量作限速或者黑名单等安全处理。
gPTP主机侧，本地配置时间同步的从机的MAC地址白名单；白名单是根据自动驾驶车载网络系统拓扑预设设置的。
gPTP从机侧，本地配置时间同步的主机的MAC地址白名单；白名单是根据自动驾驶系统指定的主机MAC以及备份主机MAC。
gPTP交换机，预先配置安全策略，对入端口的gPTP报文流量进行统计和安全过滤，有效保护了非法gPTP流量对车载网络的DoS（Denial of Service，拒绝服务）攻击。
本发明还提供基于安全gPTP的时间同步方法，基于TSN 802.1AS协议标准，实现自动驾驶车载网络系统的高精度时间同步；具体包括步骤：
（1）主时钟给gPTP主机提供高精度时钟源；gPTP主机通过以太网发送时间同步报文并接收gPTP从机发起的路径延时测量报文，同时在gPTP主机上开启主监控程序，实时监控gPTP同步信息；
（2）gPTP交换机负责连接gPTP主机和gPTP从机，同时在gPTP交换机两侧的入端口，通过匹配gPTP报文特征，进行安全策略配置；
（3）gPTP从机通过以太网接收gPTP主机发起的时间同步报文并主动发送路径延时测量报文，同时在gPTP从机上开启从监控程序，实时监控gPTP同步信息；
（4）gPTP主机检测到异常时间同步的从机，或者gPTP从机机检测到异常时间同步的主机，再或者支持gPTP的交换机检测到超过设定阈值带宽的gPTP流量，均需要上报异常告警，提供给用户或者安全管理员识别潜在风险。
如图2所示，gPTP时间同步的安全检查规则图，包括gPTP主机和gPTP从机的安全检查以及过滤。
gPTP主机侧，部署主监控程序，通过抓取gPTP从机发起的路径延时测量报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN等信息，再基于抓取信息跟本地配置范围作安全过滤。
gPTP从机侧，部署从监控程序，通过抓取gPTP主机发起的时间同步报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN等信息，再基于抓取信息跟本地配置范围作安全过滤。
如图3所示，gPTP时间同步的安全策略流程图，包括步骤：
（1）gPTP主机，按照TSN 802.1AS标准协议规范正常运行，周期性发送Sync和Follow_Up报文，传输主时钟信息；同时，开启安全监控程序，抓取从机周期性发送的Pdelay_Req报文，提取周期以及VLAN和MAC信息，进行安全检查和过滤；对于检查不合法的gPTP报文，直接丢弃，不进行时间同步处理；
（2）gPTP从机，同样按照TSN 802.1AS标准协议规范正常运行，周期性发送Pdelay_Req报文；同时，开启安全监控程序，抓取Sync和Follow_up报文，提取周期以及VLAN和MAC信息，进行安全检查和过滤；对于检查不合法的gPTP报文，直接丢弃，不进行时间同步处理。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
本发明通过对车载网络系统中gPTP节点的安全监控技术，既保障了车载网络中高精度时间同步的安全性，又保障了车载网络免受非法gPTP流量的网络攻击。
本发明适用于在TSN 802.1AS标准协议的基础上，实现安全可靠的车载网络高精度时间同步，有效保障了自动驾驶车载网络系统的时间一致性，也有效防止了可能存在的非法gPTP流量网络攻击。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于安全gPTP的时间同步方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
（1）主时钟给gPTP主机提供高精度时钟源；gPTP主机通过以太网发送时间同步报文并接收gPTP从机发起的路径延时测量报文，同时在gPTP主机上开启主监控程序，对gPTP从机进行安全检查；
（2）gPTP交换机连接gPTP主机和gPTP从机，同时在gPTP交换机两侧入口，通过匹配gPTP报文特征，进行安全策略配置；
（3）gPTP从机通过以太网接收gPTP主机发起的时间同步报文并主动发送路径延时测量报文，同时在gPTP从机上开启从监控程序，对gPTP主机进行安全检查；
（4）gPTP主机检测到异常时间同步的从机，或者gPTP从机检测到异常时间同步的主机，或者gPTP交换机检测到超过设定阈值带宽的gPTP流量，则上报异常告警。
2.根据权利要求1所述的基于安全gPTP的时间同步方法，其特征在于，
gPTP主机侧部署主监控程序，通过抓取gPTP从机发起的路径延时测量报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN；再基于抓取获取的信息跟本地配置范围作安全过滤；丢弃检查不合法的gPTP报文，不进行时间同步处理。
3.根据权利要求2所述的基于安全gPTP的时间同步方法，其特征在于，
gPTP主机侧本地配置时间同步的从机的MAC地址白名单，白名单根据自动驾驶车载网络系统拓扑预设设置。
4.根据权利要求1所述的基于安全gPTP的时间同步方法，其特征在于，
gPTP从机侧部署从监控程序，通过抓取gPTP从机发起的时间同步报文，获得报文发生周期，源MAC地址，VLAN；再基于抓取获取的信息跟本地配置范围作安全过滤；丢弃检查不合法的gPTP报文，不进行时间同步处理。
5.根据权利要求4所述的基于安全gPTP的时间同步方法，其特征在于，
gPTP从机侧本地配置时间同步的主机的MAC地址白名单，白名单根据自动驾驶系统指定的主机MAC以及备份主机MAC。
6.根据权利要求1所述的基于安全gPTP的时间同步方法，其特征在于，
gPTP交换机上配置安全策略，通过入口的gPTP报文特征，SMAC地址，以及端口粒度，统计流量入口带宽，对超过设定阈值的gPTP流量作限速或者黑名单处理。
7.一种基于安全gPTP的时间同步系统，其特征在于，所述系统包括gPTP主机、gPTP交换机、gPTP从机；
主时钟给gPTP主机提供高精度时间源；gPTP主机通过以太网发起时间同步报文，同时主监控程序开启对gPTP从机的安全检查；gPTP交换机正常转发时间同步报文以及路径延时测量报文，同时配置安全策略进行入口gPTP流量的安全检查；gPTP从机发起路径延时测量报文，同时从监控程序开启对gPTP主机的安全检查；
gPTP主机检测到异常时间同步的从机，或者gPTP从机检测到异常时间同步的主机，或者gPTP交换机检测到超过设定阈值带宽的gPTP流量，则上报异常告警。
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