Cryptographic security for vehicular controller area networks

Abstract

Automobilele moderne sunt dotate cu subsiteme din ce în ce mai complexe menite să îmbunătățească siguranța și confortul utilizatorilor. Creșterea complexității subsistemelor, aduce însă și vulnerabilități noi crescând numărul suprafețelor de atac în sistem precum și cel al modurilor în care un adversar poate să le exploateze (lucru demonstrat de o serie de articole recente). În mare parte, atacurile vizează infiltrarea magistralelor interne de comunicare ale automobilelor care, în lipsa unor măsuri de protecție, pot fi folosite pentru a manipula funcționarea sistemului. Lucrarea de față propune și analizează o serie de soluții pentru asigurarea autentificării în comunicarea pe rețele Controller Area Network (CAN), acestea fiind cele mai des utilizate rețele în aplicații automotive. Constrângerile dispozitivelor embedded utilizate în autovehicule exclud asigurarea autenticității prin utilizarea unor soluții clasice din criptografia cu cheie publică (de ex. semnături digitale). Soluțiile propuse în lucrare au fost proiectate pentru a funcționa în prezența acestor constrângeri și se încadrează în două categorii: protocoale de autentificare împlementate la nivelul aplicației și identificarea folosind semnale de la nivelul fizic. În ceea ce privește autentificarea la nivelul de aplicație, soluțiile propuse au la bază diferite concepte de utilizare a primitivelor criptografice simetrice (cheie secretă) urmărind reducerea costului computațional dar și a lățimii de bandă. Binecunoscutul protocol TESLA respectiv semnăturile one-time sunt utilizate în două protocoale, ambele bazate pe folosirea lanțurilor one-way. O a treia soluție, protocolul LiBrA, propune asigurarea autenticității prin utilizarea a două paradigme: partajarea de chei în grupuri de noduri și mixarea MAC-urilor. La nivelul fizic, teza propune și o abordare inovatoare pentru asigurarea autenticității pe baza caracteristicilor unice ale semnalelor CAN generate de fiecare nod (transceiver). Rezultatele experimentale arată că este fezabilă identificarea nodurilor CAN cu un nivel ridicat de certitudine.