ВВЕДЕНИЕ 3
1 КОММУНИКАЦИОННЫЕ ПРОТОКОЛЫ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 5
1.1 Протокол CAN 8
1.1.1 Физический уровень протокола CAN SWC 10
1.1.2 Физический уровень протокола CAN HS CAN 11
1.1.3 Физический уровень протокола CAN FT CAN 13
1.1.4 Канальный уровень протокола CAN 14
1.2 Протоколы стандарта J1850 18
1.2.1 Протокол PWM 18
1.2.2 Протокол VPW 20
1.2.3 Канальный уровень протоколов стандарта J1850 23
1.3 Пртокол K-Line 25
1.3.1 Протокол UART 26
1.3.2 Протоколы стандартов ISO 9141 и ISO 14230 KWP2000 28
1.3.3 Протокол LIN 29
1.4 Стандарт OBD-II 31
1.5 Атаки на протоколы 32
1.5.1 Примеры атак 32
2 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ АНАЛИЗА СИГНАЛОВ 35
2.1 Средства диагностики автомобилей 35
2.1.1 ПАК Bars IV professional 35
2.1.2 Bosch KTS 570 37
2.2 Логические анализаторы цифровых сигналов 38
2.2.1 ПАК BitScope 38
2.2.2 ПАК IKALOGIC 40
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА
ПРОТОКОЛА, ЕГО ПАРАМЕТРОВ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 42
3.1 Вычисление скорости передачи данных 43
4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА ПРОТОКОЛА
И ЕГО ПАРАМЕТРОВ 47
4.1 Модель ПАК с неопределенным физическим интерфейсом 48
4.2 Модель ПАК с определенным физическим интерфейсом 50
5 РАЗРАБОТКА ПАК ДЛЯ ПРОВЕРКИ АЛГОРИТМОВ 52
5.1 Регистрация сигнала 53
5.2 Обработка сигнала 55
6 ТЕСТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ПАК 57
6.1 Описание тестового стенда 57
6.2 Эксперименты 58
6.2.1 Эксперимент 1 59
6.2.2 Эксперимент 2 60
6.2.3 Эксперимент 3 61
6.3 Оценка результатов экспериментов 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 66
Современные автомобили представляют собой сложное техническое устройство и состоят из множества электронных блоков, связанных между собой единой сетью и управляемых центральным блоком управления. Злоумышленники используют различные уязвимости электронных блоков автомобиля для совершения угона. Так, известны случаи, когда злоумышленники несанкционированно прописывали ключи доступа, открывали дверь, запускали двигатель. Для раскрытия подобных преступлений необходимо проведение компьютерной и радиотехнической экспертизы.
После предварительного анализа было обнаружено, что в современных автомобилях используются протоколы передачи данных с нестандартными значениями параметров, таких как скорость, количество бит, передаваемых в одной посылке и пр. Помимо прочего назначение некоторых блоков в автомобиле остается неизвестным. Производители автомобилей не публикуют документацию о назначении блоков и протоколах межблочного взаимодействия. Проведение компьютерной и радиотехнической экспертизы средств угона автомобилей без доступа к документации, описывающей внутреннее устройство автомобиля, и без специализированного комплекса становится сложно осуществимой.
Создание специализированного комплекса для автоматизированного определения параметров канала связи между электронным блоком автомобиля и специальными средствами, такими как средство угона, может упростить задачу экспертизы.
Целью работы является разработка методов и средств автоматизированного определения параметров канала связи между электронным блоком управления автомобиля и специальными средствами. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
1 Изучение протоколов обмена данными используемые в современных автомобилях.
2 Обзор существующих программно-аппаратных средств анализа и определение их возможностей.
3 Исследование возможности определения параметров шин передачи данных и извлечения информации.
4 Разработка алгоритмов определения параметров шин передачи данных.
5 Разработка ПАК для проверки алгоритмов.
6 Тестирование разработанного ПАК.
7 Оценка результатов тестирования.
В ходе выпускной квалификационной работы выполнены следующие задачи:
1 Изучены протоколы обмена данными CAN, J1850 PWM/VPW, KLine и LIN, как наиболее часто встречаемые в современных автомобилях.
2 Рассмотрены классы средств диагностики автомобилей и логических анализаторов. Проведен их анализ, на основе которого сделан вывод невозможности их использования для решения задач определения параметров шин и их параметров.
3 Исследована возможность определения параметров шин передачи данных и извлечения информации. Было выявлено, что наибольшую сложность представляет определение параметров протоколов основанных на UART.
4 Разработаны алгоритмы определения параметров шин передачи данных в составе двух моделей ПАК: с определенным и неопределенным физическим интерфейсом. Определение протоколов происходит на двух уровнях: физическом и канальном.
5 Для проверки алгоритмов, был разработан программно-аппаратный комплекс на основе отладочной платы с микроконтроллером STM32F103. В ПАК были реализованы регистрация сигнала и определение параметров протокола UART.
6 Был собран стенд, для тестирования разработанного ПАК. После чего на этом стенде производились эксперименты.
В ходе экспериментов были сделаны следующие выводы:
1 Диапазон определяемых скоростей разработанным ПАК составляет от 1200 бит/с и до 921600 бит/с.
2 Вычисляемая скорость передачи данных отличается от установленной скорости на эмуляторе ЭБУ менее чем на 3%.
3 Количество ошибок при определении скорости не зависит от скорости передачи данных в исследуемом канале.
4 При определенных входных данных может быть неверно определена скорость. Ошибка исправляется путем накопления большего количества входных данных. Эксперимент показал, что в большинстве случаев хватит 2 байт.
5 При малом количестве входных данных, возможны случаи, когда алгоритм неверно определяет размер кадра. Данная ошибка исправляется путем накопления большего количества данных. Эксперимент показал, что для достижения вероятности такой ошибки в 1%, необходимо 8 байт входных данных.
Полученные результаты показывают возможность решения задачи автоматического определения протоколов передачи данных по шинам автомобилей и определения их параметров при проведении радиотехнических экспертиз.
Для поддержки анализа большего количества протоколов и анализа нескольких линий одновременно необходимо использовать ПЛИС.
