Mit der wachsenden Funktionalität moderner Automobile hat der Anteil elektronischer Komponenten im Fahrzeug stetig zugenommen. Aktuelle Fahrzeuge enthalten bis zu 80 elektronische Steuergeräte, die über verschiedene Bussysteme und Domänen miteinander verbunden sind. Dabei hat sieh auch die Konvektivität der Komponenten deutlich erhöht, so dass viele Fahrzeuge bereits heute zahlreiche Kommunikationsschnittstellen zur Außenwelt, bereithalten, um Funktionen wie Internet-Zugriff. Datenaustausch, oder Telefonie zu ermöglichen. Im Rahmen dieser Entwicklung hat aber auch das Risiko IT-basierter Angriffe auf die Fahrzeugelektronik stark zugenommen. Derartige Angriffe können negative Auswirkungen auf Komfortfunktionen haben oder sich auf die Vertraulichkeit im Fahrzeug gespeicherter Daten auswirken. Darüber hinaus besteht aber auch das Risiko, dass sicherheitskritische Fahrzeugsysteme von einem potentiellen Angreifer manipuliert oder beeinflusst werden, wodurch eine direkte Gefährdung für Passagiere und andere Verkehrsteilnehmer entstehen kann. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Konzepte zur Vorbesserung der IT-Sicherheit moderner Fahrzeugsysteme untersucht. Einerseits werden dabei Methoden erforscht, um bereits während des Entwicklungsprozesses neuer Fahrzeuge Verbesserungen in Bezug auf die IT-Sicherheit erwirken zu können. Dabei liegt ein Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Bewertung der Sicherheit in einer frühen Phase des automobilen Lebenszyklus basierend auf einem Vernetzungsmodell der Fahrzeugsysteme. Dazu wird ein Ansatz entwickelt, um systematisch die Stärken und Schwächen verschiedener Fahrzeugarchitekturen bewerten und vergleichen zu können. Der Ansatz bietet den Vorteil ausschließlich Daten zu verwenden. die für einen Automobilhersteller im Rahmen der technischen Fahrzeugspezifikationen verfügbar sind, ohne dabei weitere Details zu bekannten Schwachstellen oder dem internen Aufbau von Steuergeräten zu benötigen, ehe typischerweise dem Urheberrecht von Zulieferfirmen unterliegen. Anderseits werden Methoden entwickelt, um Anomalien und Angriffe auf die internen Fahrzeugsysteme im Betrieb erkennen zu können. Dazu wird ein spezifikationsbasierter Ansatz zur Angriffserkennung entwickelt, der an die Rahmenbedingungen interner Fahrzeugsysteme angepasst ist und den Vorteil besitzt, keine Fehlalarme zu verursachen. Darüber hinaus wird als weiterer Schwerpunkt ein informationstheoretischer Ansatz zur erweiterten Erkennung von Angriffen entwickelt. Mit, Hilfe von Messungen am CAN-Bus eines normalen Serienfahrzeugs wird die Eignung des Ansatzes für den Automobilbereich untersucht. Es zeigt sich, dass das Konzept zur Erkennung verschiedener Angriffsszenarien auf interne Fahrzeugsysteme geeignet ist. Grenzen zeigen sich bei der Erkennung von Angriffen, die generell nicht vom normalen Nutzerverhalten unterschieden werden können. Zum Abschluss wird untersucht, wie auf einen potentiell erkannten Angriff reagiert werden kann. Dazu wird ein Modell entwickelt, welches die Bandbreite möglicher Reaktionen eines auf den Automobilbereich angepassten Systems zur Angriffserkennung und -vermeidung auf ein Ereignis aufzeigt.
Within recent years, the vehicular system has evolved from a mainly mechanical system with only few electric components to a highly complex electronic system architecture. Modern vehicles can comprise up to 80 electronic control units that are interconnected among each other and contain numerous internal and external interfaces for features such as Internet access, data exchange, or communication. Within the scope of this development, the risk that attackers focus on the in-vehiele systems and its components has risen massively. These threats can have negative effects not only on the user comfort or the confidentiality of information stored in the vehicle, but moreover they may also have impact on safety critical systems and therefore endanger the driver and other road users. In this work, concepts for an improved security of in-vohiele system architectures are developed. On the one side we investigate methods to improve the security during the development, process of a vehicle. Thereby, this work focuses on an evaluation based on a model of the in-vehicle systems derived during the automotive development process. The approach developed in this work attempts to systematically assess and compare the strengths and weaknesses of different system architecture designs emerging at an early stage of the automotive development life cycle. The advantage of the approach is that it is based on data that is available for an Original Equipment Manufacturer as part of the technical specification for a network architecture and does not presume information about known vulnerabilities or internal layout details that may be part of the intellectual property of a supplier. On the other side we develop concepts to detect anomalies and attacks appearing on in-vehicle systems during operation. We develop a specification-based approach that is tailored to the specific conditions of automotive networks and does not, cause any false positives. Afterwards, we extend the detection capabilities further by developing an information-theoretic concept for in-vehicle anomaly detection. We demonstrate the applicability of the approach in the vehicular domain with the help of concrete measurements on the CAN bus of a regular series production vehicle. It turns out that the concept can be utilized to recognize a set of different attack scenarios and is only limited by the detection of small-scale attacks and threats that can also be part of benign user behavior. Finally, we investigate the question how to react to a successfully detected security incident. Therefore, we present a two-stage decision model that describes a set of different options adapted to the automotive domain that can be selected by an intrusion detection and prevention system as reaction to a security event.
Embedded security concepts for in-vehicle systems
2011
181 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
English
IT-Sicherheit , Internet-Zugriff , Datenaustausch , Entwicklungsprozess , Vertraulichkeit , elektronische Komponente , Fahrzeugelektronik , Fahrzeugdaten , elektronisches Steuergerät , Verkehrsteilnehmer , Bussystem , Schnittstelle , CAN-Bus , Lebenszyklus , Urheberrecht , Systemdesign , elektronische Regelung , Serienproduktion , Intrusion-Detection und -Prevention , Nutzerverhalten , Fahrzeugalarmanlage , Kraftfahrzeugbussystem
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