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基于Renyi信息熵的CAN总线异常检测方法

闫鑫  
【摘要】:随着近年来汽车行业的发展,互联网进入了这个传统领域,它带给了汽车新的生命力,车联网的概念也进入人们的视野。人用手机开车门、远程控制汽车的一些功能,例如调节空调温度或者开关车窗,以及汽车自身的嵌入式网络等等,这些功能都极大地便利了人们的驾乘感受。然而,这些功能也更多地暴露出了汽车自身安全的漏洞,可以这样说,汽车所带来的网联功能越多,那么不法分子找到漏洞的可能性就越高,因此,车联网安全已经与我们的驾乘安全息息相关,如何更好地保护汽车免受不法分子的攻击已经成为了非常重要的课题。CAN总线是目前汽车应用最广的车载总线网络,然而提出CAN总线技术的时候并未考虑到会有一天汽车网络不再局限于车内网,因此对于来自外界的攻击防护能力非常差,这就给了不法分子以可趁之机,通过窃听、重放等攻击手段可以窃取汽车信息、威胁汽车与人身安全,如何针对汽车的特性制订适合的防御手段成了非常迫切且棘手的问题。目前人们已经针对于CAN总线有了一些信息安全的防护手段,诸如消息认证、加密手段等,然而车载网络不同于传统互联网,它有其自身的局限性,例如硬件方面计算能力与内存的限制、汽车实时性的需求等等。异常检测技术可以检测网络中的行为,并对异常行为进行报警,这种技术可以弥补加密认证方式的不足。熵这个概念来源于物理学,用来描述一个热力学系统的混乱度。当香农将其引入至信息论以后,它表示对不确定性的测量。通过本文后面的分析可以得知信息熵的扩展形式Renyi信息熵与汽车CAN总线网络的适应性非常好,因此,可以用之进行异常检测来保护汽车安全。基于此,在本论文中提出了一种保护汽车的方式:基于Renyi信息熵的CAN总线异常检测方法。本文的主要工作与研究内容包括:(1)介绍了车联网的现状与威胁。(2)介绍了CAN总线的特点及不足,并对有可能针对CAN总线进行的攻击手段进行了总结,对当前CAN总线安全的研究现状进行分析与说明;同时介绍了异常检测技术的特点、分类以及其对于CAN总线环境适应性的分析。(3)介绍了熵的概念与性质,提出了基于Renyi信息熵的CAN总线异常检测方法,通过对CAN总线网络中的报文进行分析统计,计算Renyi信息熵及Renyi散度,并建立了异常检测模型。(4)针对于提出的异常检测模型,具体进行实验验证该方法的可行性,标定检测时间片长度,确定正常检测区间,得出实验结论,对检测模型进行完善。


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