车载网络安全的守护神：ISO-15765-2的安全对策揭秘


参考资源链接：[ISO-15765-2：车载诊断网络层标准解析](https://wenku.csdn.net/doc/6412b510be7fbd1778d41d0a?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 车载网络安全基础与ISO-15765-2协议概述

随着汽车工业的飞速发展，车载网络系统逐渐由传统的机械控制转变为复杂的电子控制，因此，车载网络安全已成为保障行车安全的重要因素。本章将深入探讨车载网络安全的基础知识，并对ISO-15765-2协议进行详细概述。

## ISO-15765-2协议概述

ISO-15765-2是国际标准化组织（ISO）发布的一个标准，专门用于定义车载诊断系统（OBD-II）的通信协议。该协议允许诊断工具通过车辆的通信接口进行数据交换，从而实现对车辆系统的监测与故障诊断。

### 协议的重要性

ISO-15765-2协议为车辆制造商、维修站和车主提供了一种统一的通信方式。它有助于简化车辆的维护过程，提高了诊断工具的互操作性，确保了车载数据的安全传输。

### 标准的组成

该协议主要由以下几个部分组成：

- 物理层：定义了传输介质和电气特性。
- 数据链路层：规定了数据封装与接收确认机制。
- 网络层：提供了从物理位置到网络的路由服务。
- 传输层：确保消息的可靠传输，实现数据流控制。

在接下来的章节中，我们将详细分析ISO-15765-2协议的安全机制，为读者提供全面的理解和深入的技术探讨。

# 2. ISO-15765-2协议的安全机制

## 2.1 协议安全原则
### 2.1.1 数据封装与隔离

数据封装是确保数据安全性的基本手段，它通过定义数据包的格式和内容结构，使得数据在传输过程中具备了结构化的安全性。在ISO-15765-2协议中，数据封装主要涉及到将网络层的数据封装在特定的传输协议数据单元（TPDU）中，确保数据在车辆网络中传输的安全性和正确性。数据封装和隔离的关键在于：

- 通过定义严格的通信协议规范，确保数据包在不同网络节点间传输的一致性和正确性。
- 使用协议数据单元（PDU）的封装来隔离上层应用与物理网络之间的细节，降低物理网络的不稳定性对上层应用的影响。
- 实现逻辑链路控制层的流量控制，保证数据流的有序性和可靠性。

此外，数据隔离还涉及到划分逻辑通信子网，每个子网可以有自己的安全策略和权限控制，有效地降低网络攻击的范围和影响。

### 2.1.2 身份验证与授权

身份验证是保证通信双方真实性和防止未授权访问的重要机制。ISO-15765-2协议要求在建立连接之前，通信双方必须进行身份验证。身份验证过程通常包括以下几个步骤：

1. 消息认证：发送方通过某种机制对发送的消息进行签名，接收方通过验证签名来确认消息的来源。
2. 访问控制列表（ACL）：网络设备根据ACL来判断是否允许特定身份的请求通过。
3. 密码学机制：使用散列函数和加密算法保证数据的完整性和机密性。

身份验证与授权的核心在于确保只有合法的参与者可以接入网络，并且只能访问其被授权的信息。以下是身份验证与授权实现的基本流程：

1. 用户/设备向认证服务器发送认证请求。
2. 认证服务器根据预设的认证策略，验证请求者的身份信息。
3. 验证成功后，认证服务器提供令牌或证书给用户/设备。
4. 用户/设备使用令牌或证书在授权过程中请求服务。
5. 相应的服务系统根据令牌或证书中的信息进行权限验证。
6. 如果验证通过，则用户/设备获得相应的服务访问权限。

身份验证与授权机制的部署对于提高车载网络的抗攻击能力至关重要，有助于防止数据泄露和不法分子的恶意篡改。

## 2.2 数据加密技术
### 2.2.1 对称加密和非对称加密原理

数据加密是保护数据免受未经授权访问的关键技术。根据密钥的使用方式，加密技术可以分为对称加密和非对称加密两种主要类型。

- 对称加密：在对称加密中，数据的加密和解密使用相同的密钥。这种加密方式的优点是计算速度快，适合大量数据的加密处理。然而，对称加密也存在密钥分发和管理的难题，即如何安全地将密钥传递给通信双方而不被截获。

- 非对称加密：非对称加密使用一对密钥，即一个公钥和一个私钥。公钥可以公开分享，用于加密数据；私钥必须保密，用于解密数据。这种方式解决了密钥分发的问题，但计算成本较高，通常用于加密小块数据或安全地交换对称加密的密钥。

在ISO-15765-2协议中，由于车载网络对实时性的高要求，对称加密通常是首选的加密方式。非对称加密则在初始连接建立或密钥交换过程中发挥作用。

### 2.2.2 密钥管理和分配策略

密钥管理是保证加密技术有效性的核心环节。一个良好的密钥管理系统应当具备以下功能：

- 密钥生成：密钥应当是随机生成的，以防止通过密钥猜解进行攻击。
- 密钥分发：密钥必须安全地分发给合法用户，防止在分发过程中被截获或篡改。
- 密钥存储：密钥应当安全存储，通常采用硬件安全模块（HSM）或其他安全设备。
- 密钥更新：定期更新密钥，以降低密钥被破解的风险。
- 密钥撤销：当密钥被泄露或用户离开时，应能及时撤销密钥的使用权限。

密钥管理与分配的策略需与车载网络的特定需求相适应。例如，在车辆启动时，通过安全启动过程加载密钥，确保所有通信均在加密状态下进行。

## 2.3 通信过程中的安全控制
### 2.3.1 防篡改与完整性检查

防篡改和完整性检查是确保数据传输过程中未被非法更改的重要机制。ISO-15765-2协议中，为了实现这一点，通常会采用数字签名和消息摘要等方法。

- 数字签名：发送方利用自己的私钥对数据进行签名，接收方利用发送方的公钥对签名进行验证。如果验证成功，则可以确认数据未被篡改且确实来自发送方。
- 消息摘要：发送方计算数据的散列值，并将散列值随数据一起发送。接收方对接收到的数据重新计算散列值，如果与发送的散列值一致，则证明数据完整。

完整性检查的关键在于使用加密散列函数创建数据的唯一指纹（散列值），任何数据的变化都会导致散列值的改变。这种机制为车载网络数据提供了不可否认的完整性保护。

### 2.3.2 审计与日志记录

审计与日志记录是追踪和分析安全事件的重要手段。在ISO-15765-2协议中，要求对网络通信的所有活动进行记录，包括成功的连接建立、数据传输、错误消息以及连接终止等。

- 审计：实时监控和检查通信活动，确保其符合预定的安全策略和法规要求。
- 日志记录：详细记录所有的安全事件和通信活动，为后续的安全分析和故障排查提供依据。

审计与日志记录为车载网络安全提供了可追溯性，有助于在出现安全事件时快速定位问题源头并采取相应的应对措施。此外，合理的日志管理策略还能帮助保护用户隐私，避免未授权访问日志信息。

通过以上分析，ISO-15765-2协议所涉及的安全机制具有多层次、高可靠性的特点。对于车载网络而言，这意味着从数据传输到设备接入，从加密机制到安全审计，每一环节都经过了严格的设计和考量。然而，随着新技术的应用和威胁环境的变化，协议本身也需要不断地更新和升级，以适应新的安全挑战。下一章节将探讨ISO-15765-2协议在车载通信中的应用实践及其安全性能的测试与评估方法。

# 3. ISO-15765-2安全对策的实践应用

## 3.1 安全对策在车载通信中的实现

### 3.1.1 消息认证与过滤

在车载通信系统中，消息认证是确保信息来源可靠和内容未被篡改的关键。ISO-15765-2协议提供了多种机制来实现消息认证，其中最为常见的方法是使用散列函数（如SHA-256）来生成数据的摘要，并结合密钥进行签名。

例如，当车辆网络中的一个节点需要发送消息时，它会先对消息内容计算散列值，然后使用私钥对这个散列值进行加密，生成一个数字签名。接收节点在接收到消息后，会使用相同的散列函数对消息内容重新计算散列值，并使用发送