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智能网联汽车的车载网络攻防技术研究进展

软件学报 2024年

作者：陈博言沈晴霓张晓磊张鑫李聪吴中海 1.北京大学软件与微电子学院 2.北京大学软件工程国家工程中心 3.北京大学高可信软件技术教育部重点实验室 4.北京大学计算机学院北京大学软件与微电子学院北京大学软件工程国家工程中心北京大学高可信软件技术教育部重点实验室北京大学计算机学院

随着人工智能和5G技术在汽车行业的应用,智能网联汽车应运而生,它是一种由众多来自不同供应商的电子控制单元(ECU)组成的复杂分布式异构系统,通过以CAN为代表的车载网络协议交互协同控制各ECU.然而,攻击者可能通过各种接口攻击智能网联... 详细信息

随着人工智能和5G技术在汽车行业的应用,智能网联汽车应运而生,它是一种由众多来自不同供应商的电子控制单元(ECU)组成的复杂分布式异构系统,通过以CAN为代表的车载网络协议交互协同控制各ECU.然而,攻击者可能通过各种接口攻击智能网联汽车,渗透到车载网络,再攻击车载网络及其各组成部分如ECU.因此,智能网联汽车的车载网络安全成为近些年车辆安全研究的焦点之一.在介绍智能网联汽车整体结构、ECU、CAN总线和车载诊断协议等基础之上,首先总结了目前车载网络协议的逆向工程技术进展,逆向工程的目标是获取汽车行业通常不公开的车载网络协议实现细节,也是实施攻击和防御的前提条件.然后从车载网络攻、防两个角度展开:一方面概括了车载网络攻击向量及主要攻击技术,包括通过物理访问和远程访问方式实施的攻击技术,以及针对ECU和CAN总线实施的攻击技术;另一方面,讨论了车载网络现有的防御技术,包括基于特征工程和机器学习方法的车载网络入侵检测和基于密码学方法的车载网络协议安全增强技术.最后展望了未来的研究方向.

关键词：智能网联汽车车载网络逆向工程入侵检测协议安全增强

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无人车载网络高可靠HUB的设计

计算机工程与设计 2024年第3期45卷 707-714页

作者：杨嘉睿娄岱松许志伟汪震毛汉领朱纪洪广西大学机械工程学院广西南宁530004 清华大学精密仪器系北京100084

为满足无人车技术的不断发展及日趋复杂的车载网络带来的高带宽和高可靠性的使用要求,设计一种车载网络集线器(HUB)。采用时间触发协议(TTP),设计时间触发以太网(TTE)加星型TTP总线的架构。TTE提高数据带宽,在物理层与驱动设备采用点对... 详细信息

为满足无人车技术的不断发展及日趋复杂的车载网络带来的高带宽和高可靠性的使用要求,设计一种车载网络集线器(HUB)。采用时间触发协议(TTP),设计时间触发以太网(TTE)加星型TTP总线的架构。TTE提高数据带宽,在物理层与驱动设备采用点对点的连接方式代替总线型通信方式,提高可靠性,解决总线型通信方式一点断开,整体通信失效的问题。针对HUB的设计做详细阐述,通过实验验证了设计的可行性和可靠性,对车载网络的优化提供了可行的解决途径。

关键词：无人车通信车载网络集线器时间触发以太网星型架构可靠性

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基于边缘计算的车载网络数据异常检测系统

电子制作 2024年第3期32卷 74-76页

作者：邵金凤周柔李佳佳陈毛玥湖南师范大学信息科学与工程学院湖南长沙410081

随着车载网络闭环系统的打破,遭受可能攻击的风险越来越大。智能驾驶、辅助驾驶本身会使车载计算单元的负载较重,在车内采用异常检测算法将愈发占用车内资源、加重计算单元负载。因此,我们设计了一种基于边缘计算的车载网络数据异常检... 详细信息

随着车载网络闭环系统的打破,遭受可能攻击的风险越来越大。智能驾驶、辅助驾驶本身会使车载计算单元的负载较重,在车内采用异常检测算法将愈发占用车内资源、加重计算单元负载。因此,我们设计了一种基于边缘计算的车载网络数据异常检测系统,将异常检测转移到边缘服务器上进行,以减少车载网络的负担。利用智能小车、边缘服务器等软硬件平台,搭建车载网络异常检测原型系统,设计基于支持向量机异常检测模型,使用真车数据进行模型训练以及异常检测模拟;并使车辆与边缘服务器进行数据传输,得到车辆运行时的异常信息,维护车辆正常行驶。

关键词：车载网络异常检测支持向量机边缘计算

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车载网络发展趋势和车载光纤传输研究进展

激光与光电子学进展 2023年第5期60卷 57-67页

作者：盛炜杰陈锦云王雅思孙林蔡轶沈纲祥刘宁苏州大学电子信息学院江苏苏州215006 苏州市先进光通信网络技术重点实验室江苏苏州215006

随着智能网联汽车的发展,车载网络作为汽车内传感器、处理器和执行器间的信息共享平台,逐步向简化架构和更高带宽方向发展。通过对智能网联汽车上几种主要新型车载传感器的工作原理介绍和带宽需求分析,分析了车载网络的带宽需求趋势。同... 详细信息

随着智能网联汽车的发展,车载网络作为汽车内传感器、处理器和执行器间的信息共享平台,逐步向简化架构和更高带宽方向发展。通过对智能网联汽车上几种主要新型车载传感器的工作原理介绍和带宽需求分析,分析了车载网络的带宽需求趋势。同时,本文根据对传统车载网络的网络架构和主流协议的回顾,以及对当前车载网络发展的追踪,指出了车载网络在汽车智能化趋势下面临的带宽瓶颈,光纤传输是未来车载网络的发展方向。最后,通过车载网络对光纤要求的分析和对塑料光纤传输技术的行业现状和最新研究进展的调研,说明了车载光纤传输技术亟须进一步研究。

关键词：光纤通信摄像头激光雷达雷达智能网联汽车车载网络

基于动态异构冗余架构的车载网络内生安全机制

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电子与信息学报 2023年第1期45卷 272-281页

作者：王鹏翟浡琨李玉峰郑秋生中原工学院前沿信息技术研究院郑州450000 网络通信与安全紫金山实验室南京210008 上海大学计算机工程与科学学院上海200444 河南省网络舆情监测与智能分析重点实验室郑州450000

针对车载网络通信报文容易被捕获重放的问题,该文提出一种基于动态异构冗余(DHR)架构的车载网络内生安全机制(ESM-VN)。首先,对车载网络重放攻击进行建模分析,总结重放攻击依赖的车载网络特征;然后结合网络空间内生安全理论,设计车载网... 详细信息

针对车载网络通信报文容易被捕获重放的问题,该文提出一种基于动态异构冗余(DHR)架构的车载网络内生安全机制(ESM-VN)。首先,对车载网络重放攻击进行建模分析,总结重放攻击依赖的车载网络特征;然后结合网络空间内生安全理论,设计车载网络通信报文动态异构冗余的实现机制,通过拟态裁决和负反馈机制实现攻击感知与主动防御的协调统一。实验结果表明,相比于传统车载网络防御方法,该文所提机制能够在至少降低50%报文响应时延的同时,有效提高车载网络对重放攻击的防御能力。

关键词：内生安全车载网络重放攻击动态异构冗余

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轨道交通中异构智融车载网络发展综述

交通运输工程学报 2022年第2期22卷 41-58页

作者：董平尹晨洋张宇阳张宏科北京交通大学电子信息工程学院北京100044

从蜂窝无线接入技术、非蜂窝无线接入技术、异构智融车载网络接入技术三方面,分析了国内外轨道交通车载网络的研究现状;针对非蜂窝无线接入技术和蜂窝无线接入技术的问题,阐述了协同利用轨道交通周边异构无线资源进行网络融合、协同通... 详细信息

从蜂窝无线接入技术、非蜂窝无线接入技术、异构智融车载网络接入技术三方面,分析了国内外轨道交通车载网络的研究现状;针对非蜂窝无线接入技术和蜂窝无线接入技术的问题,阐述了协同利用轨道交通周边异构无线资源进行网络融合、协同通信的优越性;从网络模型、网络架构两方面论述了异构智融车载网络的融合方案;结合智能轨道交通业务需求,从可靠性和资源利用率两方面对现有的异构智融车载网络研究进行了系统性的归类梳理;从人工智能、安全性和云边结合三方面提出未来异构智融车载网络的发展趋势。研究结果表明:异构智融车载网络可靠性分为网络架构的可靠性和数据传输的可靠性,其中在网络架构可靠性方面,主要研究了通过冗余网络架构、车云传输架构、软件定义网络构架和智慧协同网络架构4种方式提升可靠性,在数据传输可靠性方面,主要研究了通过多路径传输、网络编码和切换算法降低传输过程中的丢包率;异构智融车载网络资源利用率分为无线接入的资源利用率和链路调度的资源利用率,其中在无线接入资源利用率方面,主要通过信道状态预测、频谱划分、频移补偿3种方式增加网络吞吐量,提高资源利用率,在链路调度的资源利用率方面,主要通过调度算法、接收缓存算法和拥塞控制算法来减少异构链路对数据传输的影响,降低数据重传次数,提高网络资源利用率。

关键词：轨道交通车载网络无线通信可靠性资源利用率

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基于深度学习的轻量级车载网络入侵检测方法

计算机工程与应用 2023年第22期59卷 284-292页

作者：蒋玉长徐洋李克资秦庆凯张思聪贵州师范大学贵州省信息与计算科学重点实验室贵阳550001 贵州省公安厅-贵州师范大学大数据及网络安全发展研究中心贵阳550001

现有基于深度学习的车载网络入侵检测方法存在计算资源消耗和延迟较高的问题。为减少检测延迟并提高检测效果,结合迁移学习构建基于可视化和改进的MobileNet模型的轻量级车载网络入侵检测模型。将攻击流量可视化为彩色图,之后通过双线... 详细信息

现有基于深度学习的车载网络入侵检测方法存在计算资源消耗和延迟较高的问题。为减少检测延迟并提高检测效果,结合迁移学习构建基于可视化和改进的MobileNet模型的轻量级车载网络入侵检测模型。将攻击流量可视化为彩色图,之后通过双线性插值方法扩大图像以增强数据集并防止模型过拟合。为减少参数和训练过程中的资源消耗,对MoblieNet进行改进,并使用迁移学习对模型进行微调。实验结果表明,该方法在算力有限的树莓派设备上对车载网络流量数据集Car-Hacking和OTIDS的测试准确率、精确率、召回率和F1值达到100%,平均响应时间分别为2.5 ms和2.9 ms,较经典的深度学习模型如ResNet-18等减少了至少40%的响应时间。相比较Confidence Averaging等检测方法,减少了训练资源的消耗,并保证了检测的效果和时间。

关键词：控制器区域网络车载网络入侵检测轻量级

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车载网络中缓存策略的研究

车载网络中缓存策略的研究

作者：岳少奇南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,随着智能交通系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)的迅速发展,出现了大量车载网络相关的应用,车载网络拓扑结构快速变化导致通信质量无法满足用户的需求,在车载网络中引入缓存技术可以有效降低用户的请求时延,提升用... 详细信息

近年来,随着智能交通系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)的迅速发展,出现了大量车载网络相关的应用,车载网络拓扑结构快速变化导致通信质量无法满足用户的需求,在车载网络中引入缓存技术可以有效降低用户的请求时延,提升用户的请求成功率。然而,随着车载网络中的用户数急剧增长,用户的请求也更加多样化,如何设计缓存节点的缓存策略以满足车辆用户对通信质量的要求已经成为车载网络的关键技术。本文对车载网络中的缓存技术进行了研究,采用神经网络对车辆用户的移动轨迹进行预测,提出了一种基于簇路径预测的主动缓存策略;基于公交车轨迹上用户的兴趣偏好,提出了一种基于内容区域流行度的公交车缓存策略;根据内容的街道请求概率和路边单元与街道的距离,提出了一种路边单元的放置与缓存策略。本文的主要研究内容及创新点如下:(1)针对车载网络拓扑快速变化导致内容成功获得率低的问题,提出了一种基于簇路径预测的主动缓存策略。路边单元根据车辆的预测轨迹将车辆划分为不同的逻辑簇,主动将请求内容缓存在即将与请求车辆相遇的簇内,通过将内容分块缓存在多个车辆的方法降低内容传输对通信链路的要求。在此基础上,基于簇成员数目以及车辆的移动特征提出了路边单元在簇内缓存内容的优化算法,该算法通过对暂存内容车辆数目的优化使得请求车辆成功获得内容的概率最大化,并推导了内容获得成功概率的表达式。仿真结果表明,本文提出的主动缓存策略提高了车辆用户获得请求内容的成功率。(2)针对城市热点地区室外用户获取请求内容时延过长的问题,基于公交车固定的行驶轨迹和运行时刻表,提出了一种基于内容区域流行度的公交车缓存策略。采用神经网络对内容库的内容进行分类,根据内容的区域流行度并基于交叉熵理论优化公交车对不同类别内容的缓存比例,并通过粒子群算法求解了最优缓存比例,从而提高用户的请求命中率,降低请求时延。此外,基于公交车运行时刻的统计特性,推导了用户成功获得请求内容的概率,在此基础上,考虑用户成功获得请求内容的概率和时延定义了效用函数,通过优化公交车的内容传递策略以最大化系统中所有用户的效用和。仿真结果表明,提出的缓存策略可以降了低用户的请求时延。(3)针对内容传输距离过远导致用户获得请求内容时延过高的问题,同时又考虑部署全覆盖路边单元导致成本较高的问题,提出了一种基于内容请求概率的路边单元放置和缓存策略。根据内容的请求概率和街道与路边单元之间的距离建立了内容传输距离最小化的优化问题,通过遍历的方法对优化问题进行求解获得了路边单元的优化缓存策略。在此基础上,基于路边单元及车辆组成的多跳网络进行内容的传输,为了减少内容传输过程中的转发次数,优先选取合适的行驶车辆作为中继。同时为了充分利用停放车辆的缓存资源,停放车辆根据内容的请求概率和传输距离对内容进行缓存。此外,基于路边停放车辆分布的统计特性,推导了行驶车辆与街道停放车辆的通信时间和内容传输过程的转发次数的表达式。仿真结果表明,提出的缓存策略降低了部署成本和用户的请求时延。

关键词：缓存车载网络神经网络粒子群算法轨迹预测交叉熵

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车载网络中一对多的数据共享方案研究

车载网络中一对多的数据共享方案研究

作者：张硕安徽大学

学位级别：硕士

在车载网络系统中,信息传播离不开车辆与基础设施之间的交互。然而,交互过程常常受到恶意第三方的破坏,严重时可能威胁到驾驶者的生命安全,因此保护车辆相关信息以实现安全、高效的交互非常重要。信任机构通常在车载网络中扮演关键角色... 详细信息

在车载网络系统中,信息传播离不开车辆与基础设施之间的交互。然而,交互过程常常受到恶意第三方的破坏,严重时可能威胁到驾驶者的生命安全,因此保护车辆相关信息以实现安全、高效的交互非常重要。信任机构通常在车载网络中扮演关键角色,需要与多个车辆进行交互。当信任机构向多辆车发送相同的消息时,需要与每辆车协商并发送不同的密文,存在冗余加密问题。尤其是在传输大量消息时,冗余加密问题会更加严重。同时,由于冗余操作导致通信时延大,使得资源受限车辆的通信效率大大降低。为了解决上述问题,本文提出了以下两种解决方案:(1)针对车载网络中车辆和基础设施通信模式下发送方存在的冗余加密问题,本文提出了车载网络中V2I通信下的广播加密方案。发送方只需要进行一次加密就可以为一组车辆生成一条固定长度的密文,从根本上解决了冗余加密问题。本方案引入的代理服务器可以承担发送方的加密任务,因此发送方的加密负担得以减轻。同时代理服务器利用重加密技术降低了车辆的解密开销,使得通信效率得到了提升。(2)针对车载网络中资源受限车辆存在通信效率低、冗余加密的问题,本文提出了V2I通信下基于边缘计算的广播加密方案。与传统的车辆到基础设施的通信模式不同,本文引入边缘车辆参与通信。发送方为不同区域的边缘车辆生成初始的广播密文。接着,边缘车辆对广播密文进行外包解密操作。由于边缘车辆将繁琐的广播密文部分解密为轻量级的基于身份的密文,大大降低了车辆的解密开销,使得本方案更加适用于资源受限的车辆。

关键词：车载网络数据共享广播加密代理重加密外包部分解密