An embedded platform for developing data protection protocols on smart vehicles.

Abstract

In this thesis we present an automotive engineering platform that allows designing and experimenting with security solutions for automotive networks, and more specifically CAN bus. The hardware implementation of the platform is based on Arduino Uno with the addition of the DFRobot CAN bus shield v2 which integrates an MCP2515 CAN bus controller chip and MCP2551 CAN transceiver chip. On top of this platform new protocols have been developed that support authentication, data integrity and strong defense against replay and masquerade attacks. More specifically, our open source protocol, called vatiCAN-G, extends Vetted Authenticated CAN (namely, vatiCAN protocol), designed by Stefan Nurn berger and Christian Rossow in 2016 [40], towards supporting on-the-fly secure group communication. The major components and functions used are detailed in this thesis. The platform allows further experimentation to design large scale systems to examine scalability and energy overhead of our solution. It may also integrate other nodes, such as ECUsim 2000, to create realistic scenarios by connecting “or exposing” Engine Control Units, sensors and actuators on the CAN bus.

Η εργασία αφορά την ανάπτυξη ενσωματωμένης πλατφόρμας που επιτρέπει τη μελέτη πρωτοκόλλων ασφαλούς προσπέλασης δεδομένων σε συστήματα που ελέγχουν κρίσιμες παραμέτρους λειτουργίας έξυπνων οχημάτων. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας υλοποιήθηκε μια πλατφόρμα που προσφέρεται για πειραματισμό σε θέματα in-vehicle security. Επίσης παράλληλα προτάθηκε και μελετήθηκε μια λύση που εξασφαλίζει αυθεντικοποίηση, ακεραιότητα δεδομένων και προστασία απο επιθέσεις επανάληψης (replay) και πλαστοπροσωπίας (masquerade). Η προτεινόμενη λύση που ονομάζεται vatiCAN-G προσφέρει επιπροσθέτως ασφαλή επικοινωνία σε ομάδες κόμβων και βασίζεται στο vatiCAN (Vetted Authenticated, CAN bus) που προτάθηκε από τους Stefan Nurnberger και Christian Rossow το 2016. Το υλικό και οι συναρτήσεις επεξηγούνται περαιτέρω στα κεφάλαια που ακολουθούν. Η υλοποίηση της πλατφόρμας βασίζεται σε Arduino Uno με επεκτάσεις DFRobots CAN bus shield V2 που παρέχουν ενσωματωμένα τσιπ α) MCP2515 που λειτουργεί σαν CAN controller (διεπαφή με το CAN δίκτυο σε επίπεδο data link) και β) MCP2551 που λειτουργεί σαν transceiver (διεπαφή με φυσικό επίπεδο). Η πλατφόρμα είναι επεκτάσιμη με άλλες συσκευές όπως το Ecusim 2000 για τη δημιουργία ρεαλιστικών σεναρίων, και προσφέρεται για τη μελέτη της επεκτασιμότητας και ενεργειακής κατανάλωσης πρωτοκόλλων ασφάλειας σε δίκτυα που αφορούν έξυπνα οχήματα.