🛡️ 車載通訊協定資安技術專題 · LIN 篇

【車載通訊協定資安】
LIN 總線安全防護

EB AutoCore 邊界隔離、輕量級鑑別與 LinTp 診斷授權實踐。深入解析 AUTOSAR CP 架構如何應對 LIN 總線低算力與頻寬限制,透過閘道路由過濾、診斷權限管控與輕量級資安監控,抵禦物理滲透與網關越權攻擊。

閘道邊界隔離 LinTp 診斷授權 IdsM 異常偵測 ISO 21434

1. LIN 總線資安威脅與現實挑戰

區域互聯網路(LIN, Local Interconnect Network)因其極低節點成本、單線傳輸(Single-wire)與主從式排程(Master-Slave Schedule Table)架構,廣泛應用於車窗升降、雨刷、電動後視鏡、氛圍燈、空調風門與智慧電瓶感測器(IBS)等車身次系統中。

傳統整車網路架構中,工程師常將 LIN 總線視為「末梢封閉網路」,誤以為其不具備直接對外連網能力而忽略其資安防護。然而,在現代車載威脅分析(TARA)中,LIN 總線面臨著明確而危險的攻擊路徑:

  • 物理外露線束搭接(Harness Tapping):例如安裝於車門外的電動後視鏡 LIN 線束極易被有心人士拆解並搭接硬體探針。攻擊者可在 LIN 總線上注入偽造的診斷請求(UDS 診斷報文 0x3C / 0x3D)。
  • 橫向移動跳板攻擊(Lateral Movement Pivot):若 LIN Master 閘道節點缺乏嚴密的通訊與診斷路由過濾,攻擊者可藉由末梢 LIN 匯流排作為跳板,誘使 LIN Master 閘道將惡意診斷指令轉發至骨幹 CAN / CAN FD 甚至車載乙太網路,危及底盤與動力域安全。
  • 感測器數值篡改與拒絕服務(Spoofing & DoS):針對關鍵電池感測器(IBS),攻擊者若篡改充電電流或電壓報文,可能導致整車電源管理控制器做出錯誤充放電決策;惡意節點持續拉低 LIN 總線電平(Bus Low Jamming)亦會造成整個子網通訊癱瘓。
  • 資源極度受限的防護困境:LIN 傳輸鮑率通常僅 19.2 kbps,每訊框最大負載僅 8 Bytes。若直接套用 AUTOSAR SecOC 標準 64-bit MAC 與新鮮度計數器,將完全耗盡有效訊號載荷,必須仰賴更靈活的架構防護與輕量化策略。

2. EB AutoCore LIN 安全防護總體架構

面對 LIN 總線帶寬與算力極度受限的特性,EB AutoCore 採取「閘道深層邊界防禦 + LinTp 傳輸層診斷鑑別 + 軟體資安感測監控」的多層次防禦體系。LIN Master 作為車載網路分區的第一道防火牆,阻斷任何末端次網絡的越權滲透。

%%{init: {"themeVariables": {"fontSize": "26px", "actorFontSize": "26px", "messageFontSize": "26px", "noteFontSize": "26px"}}}%% flowchart TD %% Styling definitions classDef swc fill:#e9f2ff,stroke:#0052cc,stroke-width:2px,color:#091e42; classDef bsw fill:#f4f5f7,stroke:#42526e,stroke-width:1.5px,color:#091e42; classDef sec fill:#e3fcef,stroke:#00875a,stroke-width:2px,color:#00472e; classDef hw fill:#fff0b3,stroke:#d97008,stroke-width:2px,color:#172b4d; %% Nodes A["【應用層】診斷與車身控制 SWC
Diagnostic & Body Controller"]:::swc B["【診斷路由核心】EB Dcm / PduR
嚴格白名單路由與會話權限校驗"]:::sec C["【傳輸層】EB LinTp
多訊框傳輸控制與 0x3C/0x3D 請求過濾"]:::bsw D["【介面層】EB LinIf
排程表執行、訊框解構與超時感測"]:::bsw E["【驅動層】LIN Driver (Lin)
晶片 UART/LIN 控制器抽象硬體驅動"]:::bsw F["【資安核心】EB CSM / CryIf / Crypto
AES-128 / CMAC / 診斷金鑰校驗 (0x27)"]:::sec G["【入侵偵測】EB IdsM 監控感測器
LinIf / LinTp 總線拉低與異常幀偵測"]:::sec H["【末端節點】LIN Slave 執行器 / 感測器
車門後視鏡、雨刷馬達、IBS 電池感測"]:::hw %% Connections A <-->|安全診斷請求 / 應答| B B <-->|LinTp PDU 路由| C B <-->|安全服務調用| F C <-->|多訊框交互| D D <-->|低階暫存器操作| E D -.->|匯流排錯誤事件報警| G C -.->|診斷速率超限報警| G E <-->|單線 19.2 kbps LIN Bus| H
圖 1:EB AutoCore LIN 總線分層安全架構與閘道防禦關聯

3. 閘道邊界隔離與 PduR 嚴格路由過濾

防止 LIN 總線被作為滲透跳板的核心在於 EB AutoCore PduR(PDU Router) 的架構邊界隔離設計。在傳統配置中,部分工程師為了除錯便利,往往設定跨匯流排透傳路由(Forwarding All),給攻擊者開啟了入侵通道。

⚠️
邊界防禦基本原則:預設阻斷與單向隔離 LIN 匯流排訊號絕不允許無條件反向路由至 CAN/CAN FD 或車載乙太網路。PduR 中僅允許「特定 LIN 訊號打包解構後由應用層 SWC 重新生成 CAN 報文」,禁止進行通訊層 PDU 等級的透傳映射。

在 EB tresos 中配置 PduR 路由表時,必須落實下列策略:

  1. 禁止 LIN 到 CAN 的 PduR 直通路由(PduRRoutingPath):末端 LIN 訊框必須終止於 LinIf,經由 Com 模組解碼為內部訊號(Signals),由 RTE 派發至上層控制邏輯校驗有效性(Range Check / Plausibility Check)後,才決定是否更新 CAN 發送緩衝區。
  2. 嚴格隔離 LIN 診斷路由通道:LIN 的診斷訊框固定使用 Master 請求幀(NAD 0x3C)與 Slave 應答幀(NAD 0x3D)。PduR 必須嚴格限定 LinTp 僅能與本地 Dcm 建立通道,嚴禁將 LinTp 路由關聯至 CanTp 或 DoIP 傳輸層。

4. LinTp 傳輸層診斷授權與固件更新防護

LIN 從節點常具備透過 LinTp(ISO 17987-2)進行線上韌體更新(FOTA/Bootloader)或校準參數讀寫的能力。若缺乏安全控制,攻擊者可在 LIN 總線上搭接工具,對末端節點進行惡意刷寫或讀取敏感標定數據。

%%{init: {"themeVariables": {"fontSize": "26px", "actorFontSize": "26px", "messageFontSize": "26px", "noteFontSize": "26px"}}}%% sequenceDiagram participant Attacker as 惡意搭接節點 / 診斷儀 participant Master as LIN Master (LinIf/LinTp) participant Dcm as EB Dcm / SecOC participant CSM as EB CSM / Crypto Driver participant Slave as LIN Slave 執行器節點 Note over Attacker,Slave: 階段一:LinTp 診斷請求與安全會話解鎖 Attacker->>Master: 1. 發送 0x3C 診斷請求 (UDS 0x10 擴展會話) Master->>Dcm: 2. LinTp_RxIndication 派發診斷 PDU Dcm->>Master: 3. 回覆 0x50 正向回應 (LinTp 發送 0x3D) Attacker->>Master: 4. 發送 0x3C (UDS 0x27 請求種子 0x01) Master->>Dcm: 5. 調用 Dcm_GetSeed() Dcm->>CSM: 6. Csm_RandomGenerate() 生成安全隨機數 CSM-->>Dcm: 7. 返回 64-bit 密碼學安全隨機數 Seed Dcm->>Master: 8. 回覆 0x67 0x01 [Seed] (LinTp 0x3D) Note over Attacker,Slave: 階段二:金鑰鑑別與簽章校驗 Attacker->>Master: 9. 發送 0x3C (UDS 0x27 傳送金鑰 0x02 [Key]) Master->>Dcm: 10. Dcm_CompareKey() 轉發密鑰 Dcm->>CSM: 11. Csm_MacVerify() 或 Csm_SignatureVerify() CSM-->>Dcm: 12. 返回驗證結果 (成功或失敗) alt 密鑰校驗失敗 Dcm->>Master: 13a. 回覆 0x7F 0x27 0x35 (無效密鑰) Dcm-->>Master: 累加失敗計數,觸發防暴力破解延遲懲罰 (False Access Delay) else 密鑰校驗通過 Dcm->>Master: 13b. 回覆 0x67 0x02 (安全權限解鎖) Master->>Slave: 14. 允許下發 LIN 標定或刷寫 RoutineControl (0x31) end
圖 2:基於 EB AutoCore Dcm / CSM 的 LIN 診斷安全訪問(0x27)鑑別序列

透過 EB AutoCore Dcm 模組的 DcmDspSecurity 容器配置:

  • 非對稱加密 / 現代雜湊演算法支持:透過 EB CSM 串接硬體加密引擎或安全軟體庫,支援基於 AES-128 CMAC 或 ED25519/ECDSA 的種子密鑰校驗,徹底取代安全性薄弱的簡易查表或線性反饋移位暫存器(LFSR)。
  • 暴力破解防護(Attempt Counter & Delay Timer):配置 DcmDspSecurityNumAttDelay 與 DcmDspSecurityDelayTime。當 LIN 總線上連續出現錯誤金鑰嘗試時,強制鎖定診斷介面數秒至數分鐘,阻止自動化探針的窮舉攻擊。

5. 輕量級鑑別與新鮮度折衷考量

對於少數安全要求極高的 LIN 節點(例如智慧型高壓電池斷路器感測器或電子方向盤鎖),若必須對常態週期報文進行資料完整性保護,則必須在有限的 8 位元組負載中做出精細權衡:

防護方案 Payload 分配結構 (8 Bytes) 優點 限制與適用場景
標準 SecOC (截斷模式) 訊號數據 (4B) + 截斷新鮮度 (1B, 8-bit) + 截斷 MAC (3B, 24-bit) 完整契合 AUTOSAR SecOC 標準規範,防止重放與篡改。 有效訊號空間大幅壓縮至 4 Bytes,僅適用於關鍵控制指令。
滾動計數與多項式校驗 (ARC) 訊號數據 (6B) + 滾動計數 Alive Counter (4-bit) + CRC-12 (12-bit) 計算開銷極小,不需對稱密碼硬體,保護功能安全完整性。 非密碼學鑑別,無法抵禦具備密鑰推算能力的主動中間人攻擊。
複合式排程鑑別 (Interleaved Auth) Frame 1: 完整數據 (8B) / Frame 2: 對應 Frame 1 的 64-bit MAC (8B) 數據載荷不受壓縮,具備完整 64-bit CMAC 密碼學強度。 LIN 排程週期加倍,總線延遲增加,需要自定義解包邏輯。

6. IdsM LIN 匯流排資安感測器與異常偵測

由於 LIN 總線為單線半雙工架構,易受外部電氣干擾與惡意拉低電平攻擊。EB AutoCore IdsM(Intrusion Detection System Manager) 提供了針對 LIN 協定棧的專屬資安感測器(Security Sensors):

%%{init: {"themeVariables": {"fontSize": "26px", "actorFontSize": "26px", "messageFontSize": "26px", "noteFontSize": "26px"}}}%% flowchart LR classDef sens fill:#fff0b3,stroke:#d97008,stroke-width:2px,color:#172b4d; classDef idsm fill:#e3fcef,stroke:#00875a,stroke-width:2px,color:#00472e; classDef rep fill:#e9f2ff,stroke:#0052cc,stroke-width:2px,color:#091e42; subgraph SENSORS ["【第一階段:LIN 總線資安感測】"] direction TB S1["⚡ LinIf 電平感測
總線常閉拉低 (Bus Jamming / Constant Low)"]:::sens S2["⏱️ LinIf 排程感測
從節點響應超時 (Header-Response Timeout)"]:::sens S3["🛡️ LinIf 校驗感測
校驗和連續錯誤 (Checksum Error Anomaly)"]:::sens S4["🚫 LinTp 診斷感測
未授權 NAD 注入 (Illegal NAD Infiltration)"]:::sens S5["🌊 LinTp 流量感測
診斷報文頻率超限 (Diagnostic Flooding)"]:::sens end subgraph PROCESS ["【第二階段:EB AutoCore IdsM 集中過濾】"] direction TB IDSM1["1. 抽樣過濾機制 (Sampling Filter)
降低末梢輕量 MCU 運算負擔"]:::idsm IDSM2["2. 門檻過濾機制 (Threshold Filter)
排除短暫電磁干擾引發的誤報"]:::idsm IDSM3["3. 滑動窗口限速 (Rate Limiter)
避免快顯環形緩衝區溢位"]:::idsm IDSM1 --> IDSM2 --> IDSM3 end subgraph ACTION ["【第三階段:事件處置與上報】"] direction TB EV["標準資安事件
Qualified Event (QEV)"]:::rep BUF["IdsM 快顯環形緩衝區
Compact Circular Buffer 暫存"]:::rep CAN["轉發中央 IDS-Reporter
經由 SecOC CAN FD / Ethernet 上報"]:::rep EV --> BUF --> CAN end SENSORS ==>|上報異常| IDSM1 IDSM3 ==>|判定合格事件| EV
圖 3:EB AutoCore LIN 資安感測器異常檢測與 IdsM 防護鏈路

透過 LinIf 與 LinTp 的資安掛載回調(Security Callout),當末梢 LIN 匯流排發生異常探針搭接、惡意重發或嘗試對未知 NAD 實施窮舉掃描時,IdsM 即時截獲事件並執行過濾,防止微控制器日誌緩衝區因連續錯誤而枯竭。

7. EB tresos 配置實務與關鍵參數

在 EB tresos Studio 中進行 LIN 總線安全防護與閘道隔離配置時,工程師應著重以下模組參數配置:

配置模組與容器 參數名稱 (Parameter Name) 推薦配置值 工程意義與防護考量
PduR / PduRRoutingTable PduRDestPduRef 僅限內部模組 (Com/LinTp) 嚴禁將 LIN 來源 PDU 直接綁定為外部 CAN/Eth 傳輸層目的地,防止未經審查的跨網段穿透。
LinTp / LinTpGlobalConfig LinTpMaxNumberRespPending 3 限制診斷響應等待訊框(0x78 Pending)最大允許次數,避免異常攻擊造成 LIN 排程死鎖。
LinIf / LinIfChannel LinIfBusErrorNotification Enabled (關聯 IdsM Callout) 啟用 LIN 總線電氣錯誤與校驗和失敗通知,作為底層硬體異常感知來源。
Dcm / DcmDspSecurityRow DcmDspSecurityDelayTimeOnBoot 1000 (ms) 控制器啟動後延遲 1 秒方開放 LIN 診斷安全訪問,防止啟動初期的突發性探針繞過攻擊。
IdsM / IdsMSecurityEvent IdsMEventThresholdValue 5 短時間內同類 LIN 錯誤累計達到 5 次才判定為資安異常,過濾一般電磁干擾雜訊。

8. UN R155 / ISO 21434 法規對應與技術支持

雖然 LIN 總線屬於低速子網,但在整車資安型式認證中依然扮演不可或缺的防護角色:

  • ISO 21434 第 9 章(概念階段)與第 10 章(產品開發):透過邊界隔離機制與嚴格路由架構,將 LIN 子網劃分為獨立信任網段(Trust Zone),有效降低威脅擴散風險並滿足 TARA 安全目標。
  • UNECE UN R155 Annex 5 威脅對應:防範「未經授權的診斷指令發起(M14)」與「透過車載實體介面發動橫向滲透(M15)」,落實次系統安全基線。

🚀 Jotactic(捷策動能):EB AUTOSAR LIN 總線資安與閘道隔離技術服務

末梢 LIN 匯流排的安全性關鍵在於閘道邊界隔離、排程表優化與 LinTp 診斷授權之跨模組協調。Jotactic(捷策動能) 基於 EB AUTOSAR 原生架構與標準工作流程,在不修改 EB 原廠代碼的前提下,為客戶提供專業技術服務:

✔
EB tresos 模組參數配置服務:協助客戶在 EB tresos Studio 中進行 PduR 邊界路由隔離規則、LinTp 診斷傳輸通道、Dcm 0x27 安全訪問與 IdsM 資安感測器的標準參數配置與 ARXML 匯入匯出。
✔
技術支持與諮詢服務:提供 EB AUTOSAR LIN 子網架構邊界防禦原則、LinTp 診斷會話權限配置與 CSM 密碼原語串接的技術諮詢,協助客戶排查配置過程中的問題。
✔
基於 EB 機制的客製化 Demo 專案開發:基於 EB 原生架構與標準 API 建立 LIN 閘道邊界隔離與 LinTp 安全訪問驗證 Demo 專案,輔助客戶進行模組功能驗證。

💡 備註:EB AUTOSAR 提供標準化 LIN 通訊與資安模組供客戶開發使用;ECU 與整車是否符合特定法規或通過資安認證,屬於 Tier 1 與 OEM 客戶系統層級之工程範疇。捷策動能基於 EB 原生機制提供配置與技術支持服務,不修改 EB 原廠代碼,非 AUTOSAR 基礎軟體開發商。歡迎聯絡捷策動能團隊獲取技術支持。