DE102021112328A1

DE102021112328A1 - Verfahren zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs, computerlesbares Medium, System, und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021112328A1
Application number: DE102021112328.3A
Authority: DE
Inventors: Theresa Reiner; Markus Anton; Michael Weiner; Peter Winklhofer; Robert Meinlschmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-11-17
Also published as: CN117044165A; WO2022238021A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs: Empfangen der Nachricht von dem Bussystem des Fahrzeugs durch das Steuergerät des Fahrzeugs; Ermitteln eines Zustands eines Lernverfahrens des Steuergeräts in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands; Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, das das Lernverfahren nicht trainiert ist: Trainieren des Lernverfahrens unter Verwendung der empfangenen Nachricht; Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren trainiert ist: Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens; und Bereitstellen einer Alarmnachricht von dem Steuergerät an einen fahrzeugexternen Server, falls eine Manipulation der Nachricht durch das trainierte Lernverfahren erkannt wurde.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter ein computerlesbares Medium zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs, ein System zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs, sowie ein Fahrzeug umfassend das System.
Steuergeräte von Fahrzeugen sind häufig über Bussysteme verbunden. Über ein Bussystem können die Steuergeräte des Fahrzeugs Nachrichten austauschen. Die Kommunikation über ein Bussystem folgt einer vorgegebenen Spezifikation. Die Spezifikation kann beispielsweise Nachrichten und Inhalte der Kommunikation über das Bussystem festlegen. Für eine typische Kommunikation zwischen Steuergeräten eines Fahrzeugs über ein Bussystem wird jedoch häufig nur eine Teilmenge der vorgegebenen Spezifikation verwendet. Aus dem Stand der Technik ist jedoch keine Überprüfung bekannt, ob sich eine Kommunikation eines Steuergeräts über ein Bussystem eine typische Kommunikation darstellt oder eine Abweichung von der typischen Kommunikation vorliegt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Abweichung einer Buskommunikation durch ein Steuergerät effizient zu erkennen. Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abweichung einer Buskommunikation von einer typischen Buskommunikation durch ein Steuergerät des Fahrzeugs effizient zu erkennen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs. Das Verfahren kann ein computerimplementiertes Verfahren und/oder ein steuergeräteimplementiertes Verfahren sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein. Das Bussystem kann ein fahrzeugspezifischer Bus sein. Beispielsweise kann das Bussystem ein CAN-Bus sein. Das Verfahren umfasst ein Empfangen der Nachricht von dem Bussystem des Fahrzeugs durch das Steuergerät des Fahrzeugs. Weiter umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines Zustands eines Lernverfahrens des Steuergeräts in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands. Der Fahrzeugzustand kann ein Betriebsmodus des Fahrzeugs oder ein Betriebszustand eines Steuergeräts des Fahrzeugs sein. Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, das das Lernverfahren nicht trainiert ist, umfasst das Verfahren ein Trainieren des Lernverfahrens unter Verwendung der empfangenen Nachricht. Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren trainiert ist, umfasst das Verfahren ein Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens und ein Bereitstellen einer Alarmnachricht von dem Steuergerät an einen fahrzeugexternen Server, falls eine Manipulation der Nachricht durch das trainierte Lernverfahren erkannt wurde.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren eine manipulierte Nachricht effizient erkennen. Das empfangende Steuergerät kann unabhängig vom Sender der Nachricht die Manipulation erkennen. Durch das Trainieren des Lernverfahren in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands kann das Verfahren an eine Änderung des Steuergeräts, beispielsweise ein Austausch oder eine Softwareaktualisierung des Steuergeräts, effizient angepasst werden, so dass auch bei Änderungen des Steuergeräts eine Manipulation der Nachricht erkannt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Nachricht von einem Sender der Nachricht an das Steuergerät des Fahrzeugs als Empfänger adressiert sein, und/oder kann das Steuergerät die Nachricht von dem Bussystem, mit dem das Steuergerät verknüpft ist, empfangen. Weiter kann die Nachricht Metadaten und/oder Inhaltsdaten umfassen, und/oder kann die Nachricht einen Nachrichtentyp umfassen.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Lernverfahren einen Zeitverlauf von Nachrichten eines Nachrichtentyps der empfangenen Nachricht lernen, und/oder kann das Lernverfahren einen diskreten Wert oder einen kontinuierlichen Wertebereich eines oder mehrerer Parameter der Metadaten der empfangenen Nachricht lernen, und/oder kann das Lernverfahren einen diskreten Wert oder einen kontinuierlichen Wertebereich eines oder mehrerer Parameter des Inhalts der empfangenen Nachricht lernen. Hiermit kann das Lernverfahren verschiedenen Eigenschaften und/oder Parameter der Nachricht lernen. Weiter kann das Lernverfahren Kombinationen von Eigenschaften und/oder Parametern der Nachricht effizient lernen. Das Lernverfahren kann eine typische Kommunikation des Bussystems anhand der empfangenen Nachrichten, insbesondere anhand der Meta- und Inhaltsdaten der empfangenen Nachrichten, effizient lernen.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren weiterhin ein Setzen des Zustands des Lernverfahrens als nicht trainiert nach einem erstmaligen oder erneuten Programmieren des Steuergeräts umfassen. Hiermit kann ein erneutes Lernen der typischen Kommunikation des Bussystems nach einer geänderten Softwarekonfiguration des Steuergeräts effizient ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren weiterhin ein Setzen des Zustands des Lernverfahrens als trainiert nach einer vorgegebenen, zeitlichen Betriebsdauer des Fahrzeugs, insbesondere einer vorgegebenen, zeitlichen Betriebsdauer des Steuergeräts des Fahrzeugs, und/oder ein Setzen des Zustands des Lernverfahrens als trainiert basierend auf einer Vielzahl von Lernparametern, die bei Erprobungsfahrten des Fahrzeugs gelernt wurden, umfassen. Hiermit kann ein erstmaliges oder erneutes Lernen der typischen Kommunikation des Bussystems effizient gesteuert werden.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens ein Plausibilisieren des Zeitverlaufs von Nachrichten des Nachrichtentyps der empfangenen Nachricht bezüglich des gelernten Zeitverlaufs der Nachrichten umfassen, und/oder kann das Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens ein Plausibilisieren eines oder mehrerer Parameter der Metadaten der empfangenen Nachricht bezüglich des gelernten, diskreten Werts oder bezüglich des gelernten, kontinuierlichen Wertebereichs des einen oder der mehreren Parameter der Metadaten umfassen, und/oder kann das Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens ein Plausibilisieren eines oder mehrerer Parameter des Inhalts der empfangenen Nachricht bezüglich des gelernten, diskreten Werts oder bezüglich des gelernten, kontinuierlichen Wertebereichs des einen oder der mehreren Parameter des Inhalts umfassen. Hiermit kann effizient eine Manipulation der Nachricht durch das die Nachricht empfangende Steuergerät erkannt werden.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung kann das Lernverfahren ein neuronales Netzwerk sein, und/oder kann das Trainieren des Lernverfahrens eine Vielzahl von Lernparametern des Lernverfahrens bestimmt, solange der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren nicht trainiert ist, und/oder kann das Verfahren ein Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens unter Verwendung der bestimmten Vielzahl von Lernparametern umfassen. Hiermit können Eigenschaften und/oder Parameter der Nachricht effizient gelernt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein computerlesbares Medium zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät, wobei das computerlesbare Medium Instruktionen umfasst, die, wenn ausgeführt auf dem Steuergerät, das oben beschriebene Verfahren ausführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein System zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät, wobei das System dazu ausgebildet ist, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Fahrzeug umfassend das oben beschriebene System zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, Im Einzelnen zeigen schematisch

1 ein beispielhaftes Verfahren zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht, und
2 ein beispielhaftes System zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht.

Im Detail zeigt 1 ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät des Fahrzeugs. Das Verfahren 100 wird vorzugsweise auf einem Empfängersteuergerät der Nachricht ausgeführt. Das Bussystem eines Fahrzeugs umfasst eine Vielzahl von Nachrichten, die durch das Bussystem spezifiziert sein können. Beispielsweise kann für eine Nachricht ein Nachrichtentyp, Metadaten, und/oder ein oder mehrere Parameter eines Inhalts der Nachricht spezifiziert sein. Ein Steuergerät des Fahrzeugs, welches an das Bussystem angeschlossen ist, kann einen Teil der Nachrichten, die durch eine Spezifikation des Bussystem festgelegt sind, typischerweise empfangen. Der Teil der Nachrichten, den ein Steuergerät des Fahrzeugs während eines nichtmanipulierten Betriebs eines Fahrzeugs empfängt, entspricht einer typischen Kommunikation des Steuergeräts über das Bussystem.
Das Verfahren 100 zum Erkennen der Manipulation der Nachricht kann parallel zum Verarbeiten der empfangenen Nachricht durch das Steuergerät ausgeführt werden. Dazu kann eine Kopie der empfangenen Nachricht von dem Steuergerät erstellt und an das Verfahren 100 zum Erkennen der Manipulation der Nachricht weitergeleitet werden. Alternativ kann das Verfahren 100 vor dem Verarbeiten der empfangenen Nachricht durch das Steuergerät ausgeführt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass eine empfangene, manipulierte Nachricht durch das Steuergerät ausgeführt wird. Die Sicherheit beim Ausführen der empfangenen Nachricht kann somit effizient erhöht werden.
Das Verfahren 100 kann einen Zustand eines Lernverfahrens bzw. einer Lernfunktion des Steuergeräts in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands ermitteln 104. Der Fahrzeugzustand kann einem Betriebsmodus des Fahrzeugs und/oder eine Betriebsdauer des Steuergeräts und/oder des Fahrzeugs umfassen. Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren nicht trainiert ist kann das Lernverfahren unter Verwendung der empfangenen Nachricht trainiert werden 106. Das Lernverfahren kann ein bekanntes Lernverfahren sein. Beispielsweise kann das Lernverfahren ein neuronales Netz sein. Das Lernverfahren kann aus der empfangenen Nachricht Zeitinformationen zum Ermitteln eines Zeitverlauf, Metadaten und Inhaltdaten extrahieren und mit diesen Daten das Lernverfahren trainieren solange der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren nicht trainiert ist. Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren trainiert ist kann das Verfahren 100 eine Manipulation der Nachricht mittels des trainierten, ersten Lernverfahrens erkennen 108 und eine Alarmnachricht von dem Steuergerät an einen fahrzeugexternen Server bereitstellen 110, falls eine Manipulation der Nachricht durch das trainierte Lernverfahren erkannt wurde.
Das Verfahren 100 kann beispielsweise eine Nachricht empfangen, die ein Wegstreckensignal umfasst. Das Lernverfahren hat einen typischen Zeitverlauf der Nachrichten mit Wegstreckensignalen gelernt. Werden die Nachrichten mit dem Wegstreckensignal seltener von dem Steuergerät empfangen als der typischen Zeitverlauf der Nachrichten vorgibt, wird von dem Verfahren eine Manipulation der empfangenen Nachricht erkannt und eine Alarmnachricht an einen fahrzeugexternen Server übermittelt. Eine Abweichung von dem typischen Zeitverlauf von Nachrichten mit dem Wegstreckensignal kann auf eine Manipulation eines Kilometerstands des Fahrzeugs hindeuten. Diese Manipulation kann somit durch das Steuergerät erkannt und gemeldet werden.
Im Detail zeigt 2 ein beispielhaftes System 200 zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht. Das System 200 umfasst ein Steuergerät 202, welches mit einem Bussystem 204 verbunden ist. Das Steuergerät 202 kann eine Folge von Nachrichten 206 von dem Bussystem 204 empfangen. Die Folge von Nachrichten umfasst wenigstens eine Nachricht. Vorzugsweise umfasst die Folge von Nachrichten mehrere Nachrichten. Die Folge von Nachrichten 206 kann in einer Lernphase 208 an eine Lernfunktion 210 weitergeleitet werden. Die Lernfunktion 210 kann einen Zeitverlauf, Metadaten, und/oder Inhaltdaten von der Folge von Nachrichten lernen. In anderen Worten kann die Lernfunktion 210 mit dem Zeitverlauf, den Metadaten, und/oder den Inhaltsdaten der Folge von Nachrichten trainiert werden. Das Ergebnis des Lernens sind gelernte Daten 212 und eine trainierte Lernfunktion. Die gelernten Daten 212 und die trainierte Lernfunktion können als Bewertungsfunktion 214 verwendet werden, um eine Manipulation einer Nachricht in der Folge von Nachrichten einer Bewertungsphase 216 zu erkennen. Falls die Bewertungsfunktion eine Manipulation einer Nachricht erkennt, kann die Bewertungsfunktion 216 eine Alarmnachricht 218 erzeugen. Die Alarmnachricht 218 kann von dem Steuergerät 202 an einen fahrzeugexternen Server bereitgestellt werden.
Vorteilhafterweise kann das Verfahren 100 und das System 200 eine Manipulation einer empfangenen Nachricht effizient erkennen. Eine typische Kommunikation des Steuergeräts 202 kann in einer Lernphase durch eine Lernfunktion oder ein Lernverfahren gelernt werden. In einer Bewertungsphase werden Abweichungen von den gelernten Daten durch die trainierte Lernfunktion bzw. das trainierte Lernverfahren erkannt. Dadurch kann eine manipulierte Nachricht durch das empfangende Steuergerät effizient erkannt werden.
Bezugszeichenliste

100: Verfahren
102: empfangen einer Nachricht
104: ermitteln eines Zustands
106: trainieren eines Lernverfahrens
108: erkennen einer Manipulation der Nachricht
110: bereitstellen einer Alarmnachricht
200: System
202: Steuergerät
204: Bussystem
206: Nachricht bzw. Nachrichten
208: Lernphase
210: Lernfunktion
212: gelernte Daten
214: Bewertungsfunktion
216: Bewertungsphase
218: Alarmnachricht

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät des Fahrzeugs: Empfangen der Nachricht von dem Bussystem des Fahrzeugs durch das Steuergerät des Fahrzeugs; Ermitteln eines Zustands eines Lernverfahrens des Steuergeräts in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands; Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, das das Lernverfahren nicht trainiert ist: Trainieren des Lernverfahren unter Verwendung der empfangenen Nachricht; Falls der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren trainiert ist: Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens; und Bereitstellen einer Alarmnachricht von dem Steuergerät an einen fahrzeugexternen Server, falls eine Manipulation der Nachricht durch das trainierte Lernverfahren erkannt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nachricht von einem Sender der Nachricht an das Steuergerät des Fahrzeugs als Empfänger adressiert ist; und/oder wobei das Steuergerät die Nachricht von dem Bussystem, mit dem das Steuergerät verknüpft ist, empfängt; und/oder wobei die Nachricht Metadaten und/oder Inhaltsdaten umfasst; und/oder wobei die Nachricht einen Nachrichtentyp umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lernverfahren einen Zeitverlauf von Nachrichten eines Nachrichtentyps der empfangenen Nachricht lernt; und/oder wobei das Lernverfahren einen diskreten Wert oder einen kontinuierlichen Wertebereich eines oder mehrerer Parameter der Metadaten der empfangenen Nachricht lernt; und/oder wobei das Lernverfahren einen diskreten Wert oder einen kontinuierlichen Wertebereich eines oder mehrerer Parameter des Inhalts der empfangenen Nachricht lernt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren weiterhin umfassend: Setzen des Zustands des Lernverfahren als nicht trainiert nach einem erstmaligen oder erneuten Programmieren des Steuergeräts.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren weiterhin umfassend: Setzen des Zustands des Lernverfahrens als trainiert nach einer vorgegebenen, zeitlichen Betriebsdauer des Fahrzeugs, insbesondere einer vorgegebenen, zeitlichen Betriebsdauer des Steuergeräts des Fahrzeugs; und/oder Setzen des Zustands des Lernverfahrens als trainiert basierend auf einer Vielzahl von Lernparametern, die bei Erprobungsfahrten des Fahrzeugs gelernt wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens ein Plausibilisieren des Zeitverlaufs von Nachrichten des Nachrichtentyps der empfangenen Nachricht bezüglich des gelernten Zeitverlaufs der Nachrichten umfasst; und/oder wobei das Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens ein Plausibilisieren eines oder mehrerer Parameter der Metadaten der empfangenen Nachricht bezüglich des gelernten, diskreten Werts oder bezüglich des gelernten, kontinuierlichen Wertebereichs des einen oder der mehreren Parameter der Metadaten umfasst; und/oder wobei das Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens ein Plausibilisieren eines oder mehrerer Parameter des Inhalts der empfangenen Nachricht bezüglich des gelernten, diskreten Werts oder bezüglich des gelernten, kontinuierlichen Wertebereichs des einen oder der mehreren Parameter des Inhalts umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lernverfahren ein neuronales Netzwerk ist; und/oder wobei das Trainieren des Lernverfahrens eine Vielzahl von Lernparametern des Lernverfahrens bestimmt, solange der Zustand des Lernverfahrens anzeigt, dass das Lernverfahren nicht trainiert ist; und/oder Erkennen einer Manipulation der Nachricht mittels des trainierten Lernverfahrens unter Verwendung der bestimmten Vielzahl von Lernparametern.
Computerlesbares Medium zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät des Fahrzeugs, wobei das computerlesbare Medium Instruktionen umfasst, die, wenn ausgeführt auf dem Steuergerät, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführen.
System zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems eines Fahrzeugs durch ein Steuergerät des Fahrzeugs, wobei das System dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Fahrzeug umfassend das System zum Erkennen einer Manipulation einer Nachricht eines Bussystems des Fahrzeugs durch ein Steuergerät des Fahrzeugs nach Anspruch 9.