基于車輛通信的TCP/IP安全協(xié)議比較分析

現(xiàn)代汽車的通信能力正在增強(qiáng)，同時(shí)車輛對先進(jìn)輔助駕駛系統(tǒng)的需求也越來越高。除了在車內(nèi)控制系統(tǒng)間進(jìn)行信息交換，還需要通過網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)車輛與外部環(huán)境的信息交換，而車輛遠(yuǎn)程訪問基礎(chǔ)設(shè)施卻存在安全問題。研究了以太網(wǎng)作為汽車通信的網(wǎng)絡(luò)，對以太網(wǎng)/IP技術(shù)的安全問題已有了成熟的解決方案。本研究旨在分析和比較關(guān)于汽車通信要求的幾個(gè)TCP（傳輸控制協(xié)議）/IP安全協(xié)議，通過試驗(yàn)在示例拓?fù)渖涎芯炕谝蕴W(wǎng)/IP安全協(xié)議的控制器局域網(wǎng)（CAN）技術(shù)。試驗(yàn)分析和比較的TCP/IP安全協(xié)議有：①TCP，其是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議；②TCP/ AH，其是利用AH協(xié)議和字節(jié)流傳輸流量的安全協(xié)議；③TCP/ESP，其是利用ESP協(xié)議的流量安全協(xié)議；④UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議），其是一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)；⑤UDP/AH，其是利用AH協(xié)議的UDP流量安全控制協(xié)議；⑥UDP/ESP，其是利用ESP協(xié)議的UDP流量安全協(xié)議；⑦TLS（安全傳輸層協(xié)議），其用于保障傳輸層安全和單獨(dú)連接的TCP流量協(xié)議；⑧DTLS（數(shù)據(jù)包傳輸層安全性協(xié)議），其用于保障數(shù)據(jù)包傳輸層安全且單獨(dú)連接的UDP流量。試驗(yàn)時(shí)，TLS和DTLS都使用客戶端和服務(wù)器端，以保證其它通信層的真實(shí)性。主要分析了以上幾個(gè)不同安全協(xié)議在通信、處理延遲、響應(yīng)時(shí)間方面的性能特征。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在端到端處理延遲方面，除了TLS和DTLS，其它協(xié)議都能夠滿足最壞情況下對延遲的要求。因此，TLS和DTLS不適合確保車輛控制流量，但可用于非實(shí)時(shí)通信，或者提前建立安全連接（如在發(fā)動機(jī)起動序列期間），在單個(gè)通信中交換所有信息，這將比使用IPsec協(xié)議規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)安全更有效。由于UDP傳輸?shù)腎Psec/AH協(xié)議在安全性和完整性方面性能最好，因此未來以太網(wǎng)中用于安全性方面的協(xié)議將采用UDP或單連接的TCP。

未來的工作將評估具有真實(shí)汽車流量模式的網(wǎng)關(guān)性能，以及研究將CAN信息映射到以太網(wǎng)幀的不同策略。

Jan Lastinec et al.2016 17th International Carpathian Control Conference (ICCC)，2016.

編譯：趙喚