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車載CANプロトコルの基礎とゼロ知識解析


実車での解析と攻撃手法の検証


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解析演習の手法と実装例

図1　ルネサス エレクトロニクスで開発中のCAN FDを2ch備えるMPU搭載Arduino互換ボード

車載LANでは，主にCAN（Controller Area Network）プロトコルが利用されています．CANは最大8byteのペイロードをもち，送信元アドレスを持たず，宛先アドレスであるCAN IDだけで通信を行うしくみです．共有バスでの通信であるため，すべてのメッセージが丸見えであり，認証や暗号化のしくみも存在しません．そのため，盗聴，なりすまし，DoS攻撃に本質的に弱い構造です

ゼロ知識解析では，特定の事前情報を持たない状態から，実車に接続してCANメッセージを観測・分析します．正規通信中のCANメッセージをキャプチャし，それを再送信することで，各メッセージと車両の動作との関係を理解します．ペイロードが小さいため，暗号化は困難ですが，送信周期やCAN IDから自動車の状態を推測できます

実車に接続した解析装置では，ラズベリー・パイなどの小型Linuxマシンを用い，Arduinoで作成したCANインターフェースを経由して車載LANと通信します．解析装置はGPS測位や車両状態のデータを支援サーバに送信し，攻撃者は特定の条件を指定して車両に対してメッセージを注入できます．これにより，ドアロック解錠や窓開放，DoS攻撃などの挙動を確認できます

バスオフ攻撃では，ターゲットECUが送信したフレームを連続してエラーにすることで，送信ECUをバスオフ状態に遷移させ，CANバスから離脱させることが可能です．この手法により，攻撃者は正規のCANメッセージをなりすまし，車両制御を行うことができます

演習環境の例は，ECUエミュレータやJ1979表示器の間で通信を行い，トラフィックを観測します．ブロードキャスト通信の特性上，複数の受講生が同じメッセージを確認可能です．演習では以下の手順で解析です

  1. 正常通信中のCANメッセージをキャプチャする
  2. キャプチャしたメッセージを再送信し，自動車の動作との関係を解析する
  3. 車両速度，エンジン回転数，アクセルペダルの踏量，ハンドル舵角などの情報をCANバスから読み出す
  4. icsimなどのツールを使い，入力操作に応じてCANメッセージがどのように変化するかを観測する
  5. ArduinoやPython（Pyvitライブラリ）を用いて，なりすましメッセージの送信や診断プロトコルの解析を実施する

このように，ゼロ知識から始めて実車に接続し，CANメッセージの観測と解析を行うことで，車載LANの挙動や脆弱性を理解し，攻撃手法および防御手法の基礎を習得できます．〈著：ZEPマガジン〉

著者　井上 博之

  • 1989年　住友電気工業にて，Unixワークステーションの開発やインターネット通信機器の研究開発に従事
  • 2000年　インターネット総合研究所にて，ネットワーク関連企業のコンサルティングや事業の立ち上げに従事
  • 2007年　広島市立大学 大学院情報科学研究科
  • 2021年　京都産業大学 情報理工学部

著書

  1. カーハッカーズ・ハンドブック ―車載システムの仕組み・分析・セキュリティ，監修・一部翻訳，オライリー・ジャパン．
  2. ステップ方式で仕組みを学ぶIPネットワーク設計演習，ナノオプトニクス・エナジー．
  3. IoT時代のセキュリティと品質―ダークネットの脅威と脆弱性，共著，日科技連出版社．
  4. マスタリングTCP/IP IPv6編 第2版，共著，オーム社．
  5. ユビキタステクノロジーのすべて，編纂・共著，NTS出版．

参考文献

  1. 強度128ビット! AES暗号セキュリティ・プログラミング入門，ZEPエンジニアリング．
  2. 宇宙ロケットの高セキュア暗号通信技術，ZEPエンジニアリング．