JP2015098312A - 車載ネットワークシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】車両搭載前に認証のための情報を記憶させておくことなく、なりすましを検出可能な車載ネットワークシステムを提供すること。【解決手段】複数のECU100がネットワークを介して接続された車載ネットワークシステム500において、各ECUは、工場出荷時の初回の起動時に、各ECUに一意の識別情報を有するメッセージを送信すると共に、他のECUから前記メッセージを受信して、該メッセージから抽出した前記識別情報が登録されたリスト11を作成し、工場出荷後に起動した各ECUは、他のECUから受信した前記メッセージから抽出した前記識別情報が前記リストに登録されていない場合、異常検知処理を行う、ことを特徴とする。【選択図】図2
Description
本発明は、複数のECUがネットワークを介して接続された車載ネットワークシステムに関する。
車両には多くの電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)が搭載されている。各電子制御装置は車載LANに接続され、他の電子制御装置と通信しながら、車載装置を制御している。したがって、車載LANに第三者の電子制御装置が接続され、元からある電子制御装置になりすまして(元からある電子制御装置と同じIDをデータに添付して送信する)データを送信する状況では、該データを受信した電子制御装置が正しい制御を行うことを保証できない。また、なりすました電子制御装置に他の電子制御装置がデータを送信しても所望の制御を行うことが困難になる。
このため、従来からなりすましを検出する技術が考案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、車両用認証システムに含まれる各ECUのメモリに外部装置の装置識別子を登録し、各ECU1のCPUが外部装置を認証する車両用認証システムが開示されている。したがって、悪意のある外部装置がECUと通信しようとしても認証が成立しないので、外部装置のなりすましを検出できる。
しかしながら、車載システムにおいては、特許文献1に記載されているように通信相手の装置の識別子を各電子制御装置が記憶することは困難であるという問題がある。
図1を用いて説明する。図1は、車載システム500において各ECU100が他のECU100を認証する際の問題を説明する図の一例である。以下では、ECU100を区別するため、「ECU_アルファベット」で記載する。ECU_A〜ECU_Dは送信するメッセージに毎回、認証用のIDを付加する。受信側のECU_A〜ECU_DはIDを取り出してIDが正当なECUから送信されたものかどうかを検証する。メッセージの送受信時に毎回、IDの付加と抽出が必要なので、ECU_A〜ECU_Dの処理負荷を圧迫してしまう。また、応答時間の制限が厳しい制御に用いられるメッセージの送受信では、処理負荷の増大を許容できない場合もある。
また、各メッセージに認証用のIDが付加されると、車載システム500に流れるメッセージのデータ量が増大することでバス負荷が増大する。これにより、定期的なメッセージが遅延無く送信される設計上の許容範囲(元のバス負荷に対した数%〜数十%)を超えるおそれもある。
さらに、ECUの車両搭載前に認証対象のECUをメーカなどの担当者が全てリストアップすると膨大な数のECUのIDがあてはまる。これは、一般に、CANバスにつながるECUを予め特定しておくことは困難なため、車載される可能性があるシステム、車両のグレード、仕向先、サプライヤ(電子制御装置のメーカ)の存在を考慮して搭載されうるECUを決定する必要があるためである。仮に認証対象の電子制御装置を全てリストアップした場合、その数は膨大になりリストを記憶しておくためのROM(又はRAM)の容量を圧迫してしまうか、又は、容量の増大が必要になってしまう。
本発明は、上記課題に鑑み、車両搭載前に認証のための情報を記憶させておくことなく、なりすましを検出可能な電子制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題に鑑み、複数のECUがネットワークを介して接続された車載ネットワークシステムにおいて、各ECUは、工場出荷時の初回の起動時に、各ECUに一意の識別情報を有するメッセージを送信すると共に、他のECUから前記メッセージを受信して、該メッセージから抽出した前記識別情報を登録したリストを作成し、工場出荷後に起動した各ECUは、他のECUから受信した前記メッセージから抽出した前記識別情報が前記リストに登録されていない場合、異常検知処理を行う、ことを特徴とする。
車両搭載前に認証のための情報を記憶させておくことなく、なりすましを検出可能な車載ネットワークシステムを提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
図2は、本実施形態の車載システムがなりすましを検出する手順を示すシーケンス図の一例である。各ECU(Electronic Control Unit)は、CANバス(車載ネットワーク)に接続されているECUがリストアップされたECUリストを作成する。ECUリストは初回バッテリ接続時又はIG−ONの時に作成され、以降は変更されない。このため、車載システム500の動作手順としては大きく工場出荷時と工場出荷後に分けられる。なお、図2の車両200はダイアグに対する処理を行う所定のECUである。
図2は、本実施形態の車載システムがなりすましを検出する手順を示すシーケンス図の一例である。各ECU(Electronic Control Unit)は、CANバス(車載ネットワーク)に接続されているECUがリストアップされたECUリストを作成する。ECUリストは初回バッテリ接続時又はIG−ONの時に作成され、以降は変更されない。このため、車載システム500の動作手順としては大きく工場出荷時と工場出荷後に分けられる。なお、図2の車両200はダイアグに対する処理を行う所定のECUである。
<工場出荷時>
工場出荷時、バッテリにECU(以下、ECU_A〜ECU_Cという)100が接続される。ECU_AとECU_Bは+B系のECUであるためこれにより起動する。また、ECU_Cは初回のIG(イグニッション)−ONにより起動する。
・ポイント1:まず、ECU_AとECU_Bは動作を開始すると、特定のメッセージ(以下、特定メッセージという)を送信する。特定メッセージは識別子(後述するSource ID)を有するメッセージである。特定メッセージとその識別子はどちらも既存のものなので、バス負荷の増大を抑制できる。
・ポイント2:ECU_BはECU_Aから特定メッセージを受信したことで、ECUリストにECU_Aの識別子を追加する。同様に、ECU_Aも、ECU_Bから特定メッセージを受信したことで、ECUリストにECU_Bの識別子を追加する。このように、実際に車載システムに存在するECUからメッセージを受信した場合にECUリストが作成されるので、ROM容量を圧迫することを抑制できる。
工場出荷時、バッテリにECU(以下、ECU_A〜ECU_Cという)100が接続される。ECU_AとECU_Bは+B系のECUであるためこれにより起動する。また、ECU_Cは初回のIG(イグニッション)−ONにより起動する。
・ポイント1:まず、ECU_AとECU_Bは動作を開始すると、特定のメッセージ(以下、特定メッセージという)を送信する。特定メッセージは識別子(後述するSource ID)を有するメッセージである。特定メッセージとその識別子はどちらも既存のものなので、バス負荷の増大を抑制できる。
・ポイント2:ECU_BはECU_Aから特定メッセージを受信したことで、ECUリストにECU_Aの識別子を追加する。同様に、ECU_Aも、ECU_Bから特定メッセージを受信したことで、ECUリストにECU_Bの識別子を追加する。このように、実際に車載システムに存在するECUからメッセージを受信した場合にECUリストが作成されるので、ROM容量を圧迫することを抑制できる。
なお、ECU_Cは、IG-ONにより電力が供給されるので、初回のIG−ONにより、同様にECU_A,ECU_Bの識別子をECUリストに登録する。
<工場出荷後>
・ポイント3:ECU_A、ECU_Bは2回目以降のバッテリ装着の直後、ECU_Cは2回目以降のIG−ONの直後、特定メッセージを受信するとECUリストを参照して、ECUリストに存在しないECUから特定メッセージを受信したか否かを判断する。識別子は既存の特定メッセージに含まれているので、バス負荷が増大することもほとんどない。
・ポイント3:ECU_A、ECU_Bは2回目以降のバッテリ装着の直後、ECU_Cは2回目以降のIG−ONの直後、特定メッセージを受信するとECUリストを参照して、ECUリストに存在しないECUから特定メッセージを受信したか否かを判断する。識別子は既存の特定メッセージに含まれているので、バス負荷が増大することもほとんどない。
ECU_A〜ECU_Cがなりすましを検出した場合、異常検出(ダイアグ)を車両(所定のECU)200に送信する。これにより、所定のECUはメータパネルに異常ランプやメッセージを出力するので、ユーザは異常を検出できる。または、ユーザがなりすましのECUを装着していることを想定して車両の機能を停止する(IG−OFFする)。
以下、ポイント1〜3について詳細に説明する。
〔ポイント1 特定メッセージの送信〕
図3は、ポイント1〜3を説明する図の一例である。なお、図3のシーケンス図は図2と同じものである。本実施例では特定メッセージとして、NMメッセージ又はNSメッセージの少なくとも一方を使用する。NM(Network Management)メッセージは、OSEK/VDX―NMの規定に基づく通信を行うNMと呼ばれるモジュールが送信するメッセージである。OSEK−NMでは、CANバスに接続された各ECUが、自身のスリープ可否を判別して、そのスリープ可否を示すNM(Network Management)メッセージを定期的にCANバスへ送信するように規定されている。したがって、NMモジュールを搭載したECUであれば、特定メッセージとしてNMメッセージを定期的に送信するため、他のECUはNMメッセージを受信できる。なお、NMメッセージはCANプロトコルで送信されるメッセージであり、フォーマットや送信手順はCANプロトコルに従う。
図3は、ポイント1〜3を説明する図の一例である。なお、図3のシーケンス図は図2と同じものである。本実施例では特定メッセージとして、NMメッセージ又はNSメッセージの少なくとも一方を使用する。NM(Network Management)メッセージは、OSEK/VDX―NMの規定に基づく通信を行うNMと呼ばれるモジュールが送信するメッセージである。OSEK−NMでは、CANバスに接続された各ECUが、自身のスリープ可否を判別して、そのスリープ可否を示すNM(Network Management)メッセージを定期的にCANバスへ送信するように規定されている。したがって、NMモジュールを搭載したECUであれば、特定メッセージとしてNMメッセージを定期的に送信するため、他のECUはNMメッセージを受信できる。なお、NMメッセージはCANプロトコルで送信されるメッセージであり、フォーマットや送信手順はCANプロトコルに従う。
図示するように、CANプロトコルではメッセージのフォーマット(各フィールドに格納される情報)が定められている
「ID、DLC、Source ID、DATA、CRC」
このうちIDフィールドには、CANバスにおいてECUが搭載するCANコントローラに一意の識別子が格納される。なお、1つのCANコントローラが複数のIDを有する場合がある。ECUはIDを付してCANバスにメッセージを送信する。他のECUはCANバスに流れるメッセージのIDを監視して、メッセージを受信するか否かを判断する。よって、このIDはメッセージを識別する識別子といえる(特許請求の範囲の第1識別情報の一例である)。
「ID、DLC、Source ID、DATA、CRC」
このうちIDフィールドには、CANバスにおいてECUが搭載するCANコントローラに一意の識別子が格納される。なお、1つのCANコントローラが複数のIDを有する場合がある。ECUはIDを付してCANバスにメッセージを送信する。他のECUはCANバスに流れるメッセージのIDを監視して、メッセージを受信するか否かを判断する。よって、このIDはメッセージを識別する識別子といえる(特許請求の範囲の第1識別情報の一例である)。
ユーザは、Data Link Connectorなどにツールを接続することで、IDを抽出できるので、該IDを設定したCANコントローラ(例えば、パソコン、専用装置などのなりすまし装置)をCANバスに接続することでなりすましを行うことが困難ではない。
DLCフィールドはDATAフィールドに格納されるデータサイズである。DATAフィールドには送信対象のデータが格納される。そしてNMモジュールはDATAフィールドの先頭にSource IDを格納する。Source IDは各ECU毎に一意の値が割り当てられている。すなわち、ECUが起動しても(バッテリ装着やIG−ONされても)他のECUと重複することや、値が変わることがない。本実施形態では、このSource IDをECUの識別子としてECUリスト11に追加する(特許請求の範囲の第2識別情報の一例である)。
なお、ユーザにとって、Source IDが他のECUを認証するための情報として使用されていることを把握するのは困難であるため、なりすますことは困難である。
CRCフィールドにはメッセージの巡回冗長検査のためのCRC値が格納される。
NMメッセージについては上記のとおりだが、NMモジュールは、NMメッセージの他にNS(Network Status)メッセージを送信する場合がある。NSメッセージはECUの状態を通知するメッセージであるが、NMメッセージと同様に取り扱うことができる。したがって、各ECUが、他のECUがECUリスト11を作成するために送信するメッセージは、NMメッセージ又はNSメッセージのいずれでもよい。また、従来から各ECUが送信するメッセージで、ECUに個別の識別子を含むメッセージであれば、ECUリスト11を作成するための特定メッセージとして使用できる。
図3(又は図2)に示すように、ECU_AとECU_Bは、工場出荷時に+B電源と接続されることで電力が供給され起動する(S1,S2)。起動したECU_AとECU_Bは定期的なNMメッセージの送信を開始する(S3、S6)。
また、ECU_Cは、工場出荷時の最初のIG−ONによりバッテリから電力が供給され起動する(S11)。また、IG−ONであることはECU_A、ECU_BのIGSW端子に入力され、ECU_A、ECU_Bが検知する(S9,10)。起動したECU_Cは定期的なNMメッセージの送信を開始する(S12)。
〔ポイント2 ECUリストの作成〕
Source IDは各ECUに固有なので、各ECUは受信したNMメッセージから抽出したSource IDをそのままECUリスト11に追加すること又は登録することができる。
Source IDは各ECUに固有なので、各ECUは受信したNMメッセージから抽出したSource IDをそのままECUリスト11に追加すること又は登録することができる。
また、ECUリスト11には、Source IDだけでなく電源種類を登録することが好ましい。これにより、車両が+B電源の状態の場合(IG−OFFの状態)では、IG系のECUはNMメッセージを送信しないため、+B電源のECUが、IG系のECUに通信故障が生じたと誤判定することを防止することができる。なお、電源種類は、IG−OFFの場合にNMメッセージを受信したら送信元のECUが+B電源であることがわかり、ECUリスト11に登録されていないECUがIG−ONの場合にNMメッセージを送信した場合、該ECUはIG電源であることがわかる。
したがって、各ECUは図示するようにSource IDと電源種別を対応づけてECUリスト11に登録する。ECUリスト11は不揮発性のメモリ(フラッシュメモリ、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、ReRAM(Resistive Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory))に記憶される。これにより、+B電源のECUにおいてバッテリが外された場合、及び、IG系のECUにおいて車両がIG−OFF状態になった場合、ECUリスト11が保持されなくなることを防止できる。
ECUリスト11を作成するタイミングは、+B電源のECUでは、工場出荷時の初回の+B電源のON(バッテリ装着時)の直後から、遅くとも最初にバッテリが外されるまでの間である。IG系のECUでは、工場出荷時の初回のIG−ON状態(遅くとも最初にIG−OFF状態になるまでに)である。こうすることで、工場出荷後に、ユーザなどがSource IDを含むNMメッセージを送信するなりすまし装置をCANバスに接続したとしても、ECUリスト11に登録されないので、他のECUは、なりすまし装置が接続されたことを検出できる。
+B電源のECUは、例えば、工場出荷時にはONで初回の+B電源のOFFでOFFとなるフラグを有しており、該フラグを参照することで、工場出荷時の初回の+B電源のONか否かを判断する。IG電源のECUも同様に、例えば、工場出荷時にはONで初回のIG-OFFでOFFとなるフラグを有しており、該フラグを参照することで、工場出荷時の初回のIG−ONか否かを判断する。
また、このように初回起動時にしかECUリスト11が作成されないことは、ECUリスト11が1回しか作成されないことになるので、ECUリスト11が作成済みか否かを判断してもよい。
工場出荷時のメーカの担当者は、各ECUがECUリスト11を作成する十分な時間が経過すると、IG-OFFしさらにバッテリを外す。これにより、次回のバッテリ装着、及び、IG−ONにより、各ECUはなりすましを検出する処理を行うことができる。
本実施形態で作成されるECUリスト11では、登録されるECUの最大数が予め明らかになっている。すなわち、CANバスに接続可能な数よりも多いECUは接続できないので、ECUリスト11に登録されるECUの最大数は、CANバスに接続可能なECUの数である(例えば、数十個)。したがって、「1つのレコード(Source IDと電源種類)のバイト数×最大数」だけROMの領域を確保しておけばよく、ROMの容量を圧迫することはほとんど無い。
図3(又は図2)に示すように、ECU_AとECU_Bは、工場出荷時に起動した直後、ECUリスト11を作成する。具体的には、ECU_Aは、自身が送信したNMメッセージをCANコントローラが受信する仕組みを利用して、又は、送信したNMメッセージからSource IDを抽出して、自身のECUリスト11に追加する(S4)。また、ECU_Aは、ECU_Bが送信したNMメッセージを受信してECU_Bを自身のECUリスト11に追加する(S8)。
そして、ECU_Aは、ECU_CがIG−ONで起動して、ECU_CがNMメッセージの送信を開始すると、NMメッセージを受信して、ECU_Cを自身のECUリスト11に追加する(S15)。
同様に、ECU_Bは、ECU_Aが送信したNMメッセージを受信してECU_Aを自身のECUリスト11に追加する(S5)。また、ECU_Bは、自身が送信したNMメッセージをCANコントローラが受信する仕組みを利用して、又は、送信したNMメッセージからSource IDを抽出して、自身のECUリスト11に追加する(S7)。
また、ECU_Bは、ECU_CがIG−ONで起動して、ECU_CがNMメッセージの送信を開始すると、NMメッセージを受信して、ECU_Cを自身のECUリスト11に追加する(S14)。
ECU_Cは、工場出荷時のIG−ONで起動した直後、ECUリスト11を作成する。具体的には、ECU_Cは、自身が送信したNMメッセージをCANコントローラが受信する仕組みを利用して、又は、送信したNMメッセージからSource IDを抽出して、自身のECUリスト11に追加する(S13)。また、ECU_A及びECU_Bが送信したNMメッセージを受信して、ECU_AとECU_Bを自身のECUリスト11に追加する(S16)。
〔ポイント3 なりすましの検出〕
ユーザなどが、工場出荷後に2回目以降のバッテリ装着を行うか、又は、IG−ON状態に操作すると、ECU_A〜ECU_Cが起動する(S17〜S19)。ECU_A〜ECU_Cは、フラグなどを確認して最初の+B電源ONでないと判定するか、又は、最初のIG−ONでないと判定すると、NMメッセージを受信する毎に、ECUリスト11を参照してなりすまし装置が存在しないかを判断する(S20)。この判断については後に詳細に説明する。
ユーザなどが、工場出荷後に2回目以降のバッテリ装着を行うか、又は、IG−ON状態に操作すると、ECU_A〜ECU_Cが起動する(S17〜S19)。ECU_A〜ECU_Cは、フラグなどを確認して最初の+B電源ONでないと判定するか、又は、最初のIG−ONでないと判定すると、NMメッセージを受信する毎に、ECUリスト11を参照してなりすまし装置が存在しないかを判断する(S20)。この判断については後に詳細に説明する。
ECUリスト11に登録されていないECUが存在した場合、ECU_A〜ECU_Cはダイアグを車両の所定のECUに送信する(S21)。
これにより、車両200は、ユーザへの通知、IG−OFFやメインシステムを停止するなどの異常検知処理を行うことができる(S22)。
〔なりすましの検出の詳細〕
図4は、なりすましの検出を説明する図の一例である。
S100:図4(a)に示すように、2回目以降に起動したECU_A〜ECU_DはそれぞれNMメッセージを送信する。
S200:ECU_A〜ECU_DのSource IDは、各ECUのECUリスト11に登録されているため、なりすまし装置は無いと判断される。
S300:しかし、ECU_EがNMメッセージを送信した場合、図4(b)に示すように、ECU_EのSource IDはECU_A〜ECU_DのECUリスト11に登録されていないので、ECU_A〜ECU_Dはダイアグを検知することができる。
図4は、なりすましの検出を説明する図の一例である。
S100:図4(a)に示すように、2回目以降に起動したECU_A〜ECU_DはそれぞれNMメッセージを送信する。
S200:ECU_A〜ECU_DのSource IDは、各ECUのECUリスト11に登録されているため、なりすまし装置は無いと判断される。
S300:しかし、ECU_EがNMメッセージを送信した場合、図4(b)に示すように、ECU_EのSource IDはECU_A〜ECU_DのECUリスト11に登録されていないので、ECU_A〜ECU_Dはダイアグを検知することができる。
続いて、ECUリスト11の検索について説明する。図5(a)は+B系のECUのECUリスト11の一例を、図5(b)はIG系のECUのECUリスト11の一例を、それぞれ示す。なお、図5では電源種類を省略した。
NMモジュールを有するECUは、NMモジュールの機能により、定期的なタイミングとして自分の前にNMメッセージを送信するECUと自分の後に送信するECUを把握している。この順番は、Source IDの小さい順である。したがって、ECUリスト11を昇順にソートしておけば、自分が送信した後にNMメッセージを送信するECUのSource IDを推定できる。例えば、自ノードのSource IDが「081h」の場合、自分が送信した後にNMメッセージを送信するECUのSource IDは「0A0h」であるので、すぐに検索に適合するか否かを判断できる。
自ノードの次の次にNMメッセージを送信するECUのSource IDは「0A6h」であるので、自分のSource IDの2つ下のSource IDを検索する。したがって、自分がNMメッセージを送信した後、受信したNMメッセージの数を測定しておくことで、最低1回の検索で適合するか否かを判断できる。
なお、必ずしもSource IDの順番に送信しないECUやウェイクアップ処理のリトライなどで検索に適合しない場合があるので、その場合は各ECUはクイックソートでECUリスト11を検索する。
また、IG系のECUの場合、NMメッセージの送信順序は定められていないので、例えばクイックソートで検索する。
以上説明したように、本実施形態のECU(電子制御装置)は、各ECUが、特定メッセージが予め有している識別子を工場出荷時にECUリストに追加するため、ECUリストが記憶されるROM容量が圧迫されることを抑制できる。CANバスに送信されるメッセージのサイズが大きくなることがないので、CANバスの処理負荷を増大させることがない。また、特定メッセージにおけるSource IDは、従来から追加及び抽出されているので各ECUの処理負荷が増大することがほとんどない。
また、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、本実施形態ではCANプロトコルで通信する場合を説明したが、NMメッセージ/NSメッセージ又はこれと同等の機能(定期送信されSource IDを有している)を有するメッセージを送信可能なプロトコルに適用できる。例えば、イーサネット(登録商標)、MOST(Media Oriented Systems Transport)、FlexRay等の適切な通信プロトコルにおいても適用可能である。
また、本実施形態では、工場出荷時の最初の起動時に車両内のECUをECUリストに登録したが、車外のサーバなどをECUリストに登録してもよい。この場合、サーバが例えばNMメッセージを送信すればよい。
100 ECU
200 車両
500 車載システム
200 車両
500 車載システム
Claims (1)
- 複数のECUがネットワークを介して接続された車載ネットワークシステムにおいて、
各ECUは、工場出荷時の初回の起動時に、各ECUに一意の識別情報を有するメッセージを送信すると共に、他のECUから前記メッセージを受信して、該メッセージから抽出した前記識別情報を登録したリストを作成し、
工場出荷後に起動した各ECUは、他のECUから受信した前記メッセージから抽出した前記識別情報が前記リストに登録されていない場合、異常検知処理を行う、
ことを特徴とする車載ネットワークシステム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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