DE102016207051A1

DE102016207051A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Busses

Info

Publication number: DE102016207051A1
Application number: DE102016207051.7A
Authority: DE
Inventors: Robert Szerwinski; Harald Weiler; Paulius Duplys; Christian Horst; Clemens Schroff; Herve Seudie; Arthur Mutter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-10-26
Also published as: KR20170122126A; KR102265721B1; CN107315949A

Abstract

Verfahren (30) zum Steuern eines Busses (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine zu versendende Botschaft (23) mit einer Kennung wird von einem Kommunikationskontroller (14) entgegengenommen (31), – abhängig von der Kennung wird die Botschaft (23) fallweise zurückgestellt (32) und – die ggf. verzögerte Botschaft (24) wird über den Bus (10) versendet (25).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Busses. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus einen entsprechenden Kommunikationskontroller für einen Bus, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
Stand der Technik
Eine kryptoanalytische Methode, welche die physische Implementierung eines Kryptosystems in einer Vorrichtung ausnutzt, wird in der Kryptologie als Seitenkanalangriff (side channel attack) bezeichnet. Eine verbreitete Variante des Seitenkanalangriffs ist dem Fachmann als Rechenzeitangriff (timing attack) bekannt.
Zur Ausführung eines Rechenzeitangriffs misst der Angreifer die Rechenzeit des implementierten kryptographischen Verfahrens für verschiedene, in der Regel vom Angreifer selbst gewählte Eingaben. Hierbei macht sich der Angreifer den Umstand zunutze, dass bestimmte Kryptosysteme von Fall zu Fall leicht abweichende Rechenzeiten benötigen, die einerseits vom gewählten Schlüssel, andererseits von den Eingabedaten, also dem Klartext oder Chiffre abhängen können. Durch eine wiederholte Laufzeitanalyse kann der Schlüssel auf diese Weise schrittweise rekonstruiert werden. Bekannte Rechenzeitangriffe richten sich gegen unterschiedlichste Hardware und Software.
DE 10 2013 205542 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Daten, wobei die Vorrichtung eine Eingangsschnittstelle zum Empfang von Eingangsdaten, eine Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung von Daten und eine Kodiereinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, an der Eingangsschnittstelle als Eingangsdaten erhaltene Datenworte zu kodieren, um kodierte Datenworte zu erhalten, wobei für kodierte Datenworte die kodierten Datenworte und/oder ihre Verarbeitung durch die Vorrichtung charakterisierende Messwerte in Abhängigkeit mindestens einer physikalischen Größe der Vorrichtung ermittelbar sind, wobei die Kodiereinheit dazu ausgebildet ist, die Datenworte so zu kodieren, dass ein vorgebbarer Anteil aller Messwerte, vorzugsweise mindestens etwa 50 % aller Messwerte, einen Unterschied zu einem Vorgabewert aufweist, der kleiner oder gleich einem vorgebbaren Schwellwert ist, und die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, die kodierten Datenworte zu verarbeiten.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines Busses, einen entsprechenden Kommunikationskontroller für einen Bus, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Dem erfindungsgemäßen Ansatz liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass das in 1 gezeigte Angriffsszenario vorstellbar ist. Ein Angreifer (18) kann demnach über einen CAN-Bus (10) Botschaften mit einer Aufforderung (11) zur Entschlüsselung, Verschlüsselung oder Signatur einer Nachricht, Überprüfung einer persönlichen Kennzahl (personal identification number, PIN) o. ä. an die Sicherheitssoftware (12) eines legitimen Steuergerätes (19) schicken, welches mittels eines Kommunikationskontrollers (14) und Sendeempfängers (transceiver, (15)) an den Bus (10) angeschlossen ist, somit die entsprechende Berechnung auf dem angegriffenen Steuergerät (19) auslösen und die Antwortzeit messen (16). Beliebige Funktionen können über verschiedene physikalische Steuergeräte (17) verteilt werden, welche dann gleichsam nach einem Client-Server-Modell aufgerufen werden können.
Ein Vorzug der vorgeschlagenen Lösung liegt im Vergleich zu solch einer ungeschützten Implementierung darin, dass Rechenzeitangriffe durch eine Ausführungsform der Erfindung verhindert oder wenigstens signifikant erschwert werden. Folglich muss die von einem derartigen Angriff ausgehende Gefahr nicht durch anderweitige softwaretechnische Maßnahmen ausgeschlossen werden. Eine Ausführungsform der Erfindung ist dabei – unter dem Gesichtspunkt der benötigten Hardwareressourcen – vergleichsweise einfach zu realisieren.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann in einer alternativen oder ergänzenden Realisierung vorgesehen sein, dass in einem Konfigurationsregister (20) mehrere Kennungen gespeichert werden. Falls diese gespeicherten Kennungen die Kennung einer zu versendenden Botschaft umfassen, wird die Botschaft zurückgestellt, bis eine gewisse Anzahl nachrangiger Botschaften versendet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Rechenzeitangriff in einem Fahrzeug über dessen CAN-Bus.
2 schematisch das Grundprinzip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
2 zeigt schematisch eine Realisierung der Erfindung. Ein Grundprinzip dieser Ausführungsform besteht darin, den Sendezeitpunkt für ausgewählte CAN-Botschaften in einem Kommunikationskontroller (14) zu randomisieren. In einer beispielhaften Realisierung der Idee kann dazu in einem zusätzlichen Konfigurationsregister (20) im Kommunikationskontroller (14) die Kennung (identification, ID) der Botschaften, für welche der Sendezeitpunkt zu randomisieren ist, gespeichert werden. Zusätzlich können in einem weiteren Konfigurationsregister (29) die Randbedingungen für die Randomisierung gespeichert werden. Zu den Randbedingungen zählt beispielsweise – vergleichbar der aus der Netzwerktechnik bekannten Varianz der Laufzeit von Datenpaketen (jitter) –, wie lange die betreffende Botschaft maximal verzögert werden darf. Ein solches Höchstmaß für die Zeitspanne, über welche die Botschaft zurückzustellen ist, könnte bezüglich einer vorgegebenen Zeiteinheit – z. B. µs –, als Vielfaches einer Taktperiode des Mikrocontrollers (13) oder eines Bitintervalls des Busses (10) repräsentiert werden.
Erhält der Kommunikationskontroller (14) von dem Host (13) nun eine durch Software ausgelöste Aufforderung (21) zur Übertragung einer Botschaft (23) mit einer im Konfigurationsregister (20) gespeicherten Kennung, wird mittels eines Zufallszahlengenerators (22) einer Random-Delay-Einheit (27) – die angegebenen Randbedingungen erfüllende – zufällige Zeitspanne (28) bestimmt. Das Senden der Botschaft (23) wird dann um diese Zeitspanne (28) verzögert. Erst nach Ablauf der Zeitspanne (28) beginnt die Übertragung (25) der verzögerten Botschaft (24), sobald der Bus (10) verfügbar ist. 3 zeigt das Flussdiagramm eines entsprechenden Verfahrens (30).
Eine alternative Realisierung sieht vor, die Botschaften (24), für welche der Sendezeitpunkt zu randomisieren ist, innerhalb des Kommunikationskontrollers (14) neu zu priorisieren. Dadurch wird erreicht, dass der Sendezeitpunkt dieser Botschaften (24) durch das zufällig bevorzugte Senden nachrangiger Botschaften verzögert wird, sofern genügend Nachrichten niederer Priorität vorhanden sind. Deshalb empfiehlt sich eine Berücksichtigung dieser Ausgestaltung bereits bei der Erstellung der sogenannten Kommunikationsmatrix (K-Matrix), welche zur Festlegung verwendeter Kennungen sowie deren Zuordnung an bestimmte Sender und Empfänger dient.
Denkbar ist es auch, beide Varianten in einem einzigen Kommunikationskontroller (14) zu implementieren. In diesem Fall wäre es möglich, durch geeignete Konfiguration wahlweise nur eine oder beide Realisierungen zur Verschleierung der tatsächlichen Verarbeitungszeit zu verwenden.
Ist die Verzögerung stets größer als die eingabeabhängige Varianz der Ausführungszeit des angegriffenen Algorithmus, so liefert die Zeitmessung der CAN-Kommunikation beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Kommunikationskontrollers (14) idealerweise keine Informationen mehr über die intern verarbeiteten Daten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013205542 A1 [0004]

Claims

Verfahren (30) zum Steuern eines Busses (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine zu versendende Botschaft (23) mit einer Kennung wird von einem Kommunikationskontroller (14) entgegengenommen (31), – abhängig von der Kennung wird die Botschaft (23) fallweise zurückgestellt (32) und – die zurückgestellte Botschaft (24) wird von einer mit dem Kommunikationskontroller (14) verbundenen Sendeeinheit (33) über den Bus (10) versendet (25).
Verfahren (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – in einem Konfigurationsregister (20) werden mehrere Kennungen gespeichert und – die Botschaft (23) wird zurückgestellt (32), falls die gespeicherten Kennungen die Kennung der Botschaft (23) umfassen.
Verfahren (30) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – falls die gespeicherten Kennungen die Kennung der Botschaft (23) umfassen, wird eine zufällige Zeitspanne t (28) bestimmt und – die Botschaft (23) wird über die Zeitspanne t (28) zurückgestellt (32).
Verfahren (30) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – in einem weiteren Konfigurationsregister (29) werden Randbedingungen für die Zeitspanne gespeichert und – die Zeitspanne wird derart bestimmt, dass die Zeitspanne die Randbedingungen erfüllt.
Verfahren (30) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Randbedingungen umfassen ein Höchstmaß für die Zeitspanne und – die Zeitspanne wird derart bestimmt, dass die Zeitspanne das Höchstmaß nicht überschreitet.
Verfahren (30) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: – das Höchstmaß wird in dem weiteren Konfigurationsregister (29) bezüglich einer vorgegebenen Zeiteinheit oder einer Taktperiode des Hosts (13) oder eines Bitintervalls des Busses (10) repräsentiert.
Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – falls die gespeicherten Kennungen die Kennung der Botschaft (23) umfassen, werden bezüglich der Botschaft (23) nachrangige Botschaften über den Bus (10) versendet und – die Botschaft (23) wird zurückgestellt (32), bis die nachrangigen Botschaften versendet sind.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Kommunikationskontroller (14) für einen Bus (10), der eingerichtet ist, das Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.