CN111404925B - 一种基于动态数字水印的车载can总线数据加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法，该方法充分利用CAN总线数据帧中8字节的数据空间，在不增加通信量的情况下对数据进行了加密，保证了数据的通信安全，可以验证数据的完整性，防止篡改攻击；同时利用动态密码生成水印信息，可以保证每次生成的水印信息只被使用和验证一次，有效避免了重放攻击的影响。

Description

一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法
技术领域
本发明涉及一种车辆总线网络加密领域，特别指一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法。
背景技术
随着汽车技术的发展，有越来越多的汽车都使用了电子总线结构，而CAN总线是其中应用最为广泛的一种。近年来汽车破解事件日益突现，车载CAN总线是汽车***中原生未加密的总线，并不经过任何安全处理。因此，黑客完全可以通过CAN总线获取控制汽车转向、刹车等功能的权限。然而长期以来由于ECU的计算处理能力以及车载网络的带宽等技术限制，CAN总线安全防护方法一直处于空白。
目前针对CAN总线的安全防护方法主要是通过加密算法对数据进行加密处理。但是传统的加密算法加密后的数据量大大增加，会额外增加总线的传输负担；同时由于加密密钥的唯一性，导致这种方法无法防范重放攻击。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法，包括如下步骤：
步骤一，确定CAN总线数据发送端节点与接收端节点，同时确定二者之间的通信协议及报文中的未利用数据位；
步骤二，在CAN总线数据发送端节点和接收端节点都预存一个相同的水印生成密钥KW和移动因子X；此外还都预存一个相同的水印位置生成密钥KWB；
步骤三，通过步骤一中确定的未利用数据位将动态数字水印嵌入到发送端准备发送的数据内完成加密；
步骤四，提取接收端所接收到数据内的动态数字水印，并进行验证，判断数据是否被篡改或重放，若是则丢弃本次得到的数据，若否则保留数据，并发出确认接收信息。
作为本发明的进一步改进，所述步骤三中嵌入动态数据水印的具体步骤如下：
步骤三一，在CAN总线数据发送端在数据发送前，首先利用预存的水印生成密钥KW和移动因子X，通过动态数字水印生成算法生成数字水印Wm1；
步骤三二，之后利用预存的水印位置生成密钥KWB生成水印嵌入位置信息；
步骤三三，根据报文中未利用数据位的位置情况，将数据进行缩减，之后根据水印嵌入位置信息将水印信息嵌入数据中，并保证嵌入水印后的数据长度和原数据相同。
作为本发明的进一步改进，所述步骤四中提取及验证动态数字水印的具体步骤如下：
步骤四一，在CAN总线数据接收端收到数据后，首先利用预存的水印生成密钥KW和移动因子X，通过动态数字水印生成算法生成数字水印Wm1；
步骤四一，之后利用预存的水印位置生成密钥KWB生成水印的嵌入位置信息；
步骤四二，根据水印提取位置信息从接收到的数据中提取出水印Wm1’，将Wm1’同生成的水印Wm1进行比较；若二者相同，则数据未被篡改或重放，可以使用，按照报文通信协议的规定将未利用的数据位补齐，还原数据；若二者不同，则数据遭到篡改或重放，丢弃本次得到的数据。
作为本发明的进一步改进，所述步骤四中发出确认接收信息后，还移动因子X加1；并且发送端接收到接收端的接收确认信息后，移动因子X加1，之后下一次通过动态数字水印生成算法生成新的数字水印。
本发明的有益效果，1)使用车载CAN通信报文中未利用的数据位进行水印信息的嵌入，不增加额外的通信量；2)在数据中嵌入了水印信息，对数据进行了加密，保证了数据的安全，可以验证数据的完整性，防止篡改攻击；3)采用动态数字水印生成算法生成动态水印信息，可以保证每次生成的水印信息只被使用一次，可以有效防止重放攻击。
附图说明
图1是基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法示意图。
图2是数字水印嵌入原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1至2所示，本实施例提供一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法，包括水印嵌入方法和水印提取及验证方法：
一、水印嵌入方法
1)CAN总线数据发送端在总线数据D发送前，首先利用预存的水印生成密钥KW和移动因子X，通过动态数字水印生成算法生成数字水印Wm1；
2)之后利用预存的水印位置生成密钥KWB生成水印嵌入位置信息P；
3)如图2所示，数据发送端首先根据报文中未利用数据位的位置情况，将数据D进行缩减；之后根据水印嵌入位置信息将水印信息Wm1嵌入缩减后的数据中，并保证嵌入水印后的数据长度和原数据相同，得到加密数据DW；
二、水印提取及验证方法
1)CAN总线数据接收端收到加密数据DW后，首先采用方法一中第1)步相同的方法，利用密钥KW和动态因子X生成数字水印Wm1；
2)之后采用方法一中第2)步相同的方法生成水印提取位置信息P；
3)数据接收端根据水印提取位置信息P从接收到的加密数据DW中提取出水印Wm1’，将Wm1’同生成的水印Wm1进行比较。若二者相同，则数据未被篡改或重放，可以使用，按照报文通信协议的规定将未利用的数据位补齐，还原成数据D；若二者不同，则数据遭到篡改或重放，丢弃本次得到的数据；
4)接收端确认信息无误后，发出确认接收信息，同时移动因子X加1；发送端接收到接收端的接收确认信息后，移动因子X加1。下一次通过动态数字水印生成算法生成数字水印Wm2。
本发明所提出的一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法，使用CAN通信报文中未利用的数据位进行水印信息的嵌入，不增加额外的通信量；在数据中嵌入了水印信息，对数据进行了加密，保证了数据的安全，可以验证数据的完整性，防止篡改攻击；采用动态数字水印生成算法生成动态水印信息，可以保证每次生成的水印信息只被使用一次，可以有效防止重放攻击。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，确定CAN总线数据发送端节点与接收端节点，同时确定二者之间的通信协议及报文中的未利用数据位；
步骤二，在CAN总线数据发送端节点和接收端节点都预存一个相同的水印生成密钥KW和移动因子X；此外还都预存一个相同的水印位置生成密钥KWB；
步骤三，通过步骤一中确定的未利用数据位将动态数字水印嵌入到发送端准备发送的数据内完成加密；
步骤四，提取接收端所接收到数据内的动态数字水印，并进行验证，判断数据是否被篡改或重放，若是则丢弃本次得到的数据，若否则保留数据，并发出确认接收信息；所述步骤三中嵌入动态数据水印的具体步骤如下：
步骤三一，在CAN总线数据发送端在数据发送前，首先利用预存的水印生成密钥KW和移动因子X，通过动态数字水印生成算法生成数字水印Wml；
步骤三二，之后利用预存的水印位置生成密钥KWB生成水印嵌入位置信息；
步骤三三，根据报文中未利用数据位的位置情况，将数据进行缩减，之后根据水印嵌入位置信息将水印信息嵌入数据中，并保证嵌入水印后的数据长度和原数据相同。
2.根据权利要求1所述的基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法，其特征在于：所述步骤四中提取及验证动态数字水印的具体步骤如下：
步骤四一，在CAN总线数据接收端收到数据后，首先利用预存的水印生成密钥KW和移动因子X，通过动态数字水印生成算法生成数字水印Wml；
步骤四一，之后利用预存的水印位置生成密钥KWB生成水印的嵌入位置信息；
步骤四二，根据水印提取位置信息从接收到的数据中提取出水印Wml’，将Wml’同生成的水印Wml进行比较；若二者相同，则数据未被篡改或重放，可以使用，按照报文通信协议的规定将未利用的数据位补齐，还原数据；若二者不同，则数据遭到篡改或重放，丢弃本次得到的数据。
3.根据权利要求2所述的基于动态数字水印的车载CAN总线数据加密方法，其特征在于：所述步骤四中发出确认接收信息后，还移动因子X加1；并且发送端接收到接收端的接收确认信息后，移动因子X加1，之后下一次通过动态数字水印生成算法生成新的数字水印。
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