08/9/2023 |
近年来，由于遏制温室气体排放的需求日益增长，世界各国纷纷制定了电动汽车（EV）的法规、标准和基础设施，将其作为传统汽车的替代方案。随着对减少排放和清洁能源的需求不断增长，车网互动（V2G）技术也在快速发展。V2G通信涉及电动汽车（EV）、供电设备（SE）或充电站以及电网之间的通信，并涉及对供电设备向电动汽车供电量进行计费的过程。这需要电动汽车与充电站之间进行双向通信，以实现信息交换。因此，人们越来越关注电动汽车充电过程中的安全性问题。.
在V2G系统中，电动汽车（EV）与智能电网（SE）之间的信息交换对于满足电动汽车的充电需求至关重要。两者之间的通信需要防范网络攻击。必须维护电动汽车与智能电网之间数据通信的机密性，并在通信过程中确保智能电网和电动汽车的身份。如果智能电网错误识别电动汽车，或者从恶意来源接收到错误的充电信息，则电动汽车的充电需求可能无法得到满足。必须高度重视维护电动汽车与智能电网之间数据的完整性。数据通信是V2G系统的关键组成部分，因此必须确保其可用性。.
上述安全要求已在各种V2G通信标准中得到考虑。然而，没有任何系统是绝对安全的，必须持续进行漏洞测试。在开发周期中采用安全检查可以降低网络攻击的风险。.
图 1： 图 1：汽车网络安全 V 模型
在开发周期的每个阶段融入网络安全检查和流程至关重要。上图展示了相应的V模型。开发过程始终始于需求和架构分析，随后进入设计阶段。在这些阶段中，都应进行安全分析。在这些阶段进行安全评估的优势在于，所有硬件、软件和资源方面的安全需求都将在流程开始时就已明确，从而最大限度地降低未来返工的成本。在实施和集成阶段，应实施安全评估阶段提出的所有安全需求。应进行模糊测试以发现未知漏洞。渗透测试可在实施和集成阶段之后进行，以验证安全评估结果。.
本文将介绍并演示针对V2G架构的两种主要攻击类型——拒绝服务（DoS）攻击和中间人（MITM）嗅探攻击。以下是本文所做的假设：
假设
已设置好执行攻击
在本实验中，我们部署了一个开源的V2G协议栈，并选择了两个微控制器——一个用于模拟电动汽车（EV），另一个用于模拟智能终端（SE）。这两个微控制器通过以太网线连接到路由器。接下来，我们选择了一个合适的网络流量监控工具和一个基于Python的、能够操控网络流量的工具，并在攻击节点上进行了相应的配置以执行攻击。之后，我们将攻击节点接入到与电动汽车和智能终端相同的网络中。.
渗透测试构建
我们的V2G通信方案基于以太网，而EV和SE之间的通信则基于IP。因此，我们重点研究了IPv6和ICMP协议，以识别协议层面的漏洞，从而构建中间人嗅探攻击和拒绝服务攻击。.
中间人嗅探攻击：
中间人攻击是一种窃听形式，攻击者会监听和/或篡改两个用户之间的通信。在此过程中，两个授权用户看起来通信正常。发送方无法识别接收方是攻击者或未经授权的第三方，后者试图在将消息转发给接收方之前访问或修改消息。我们进行了一次中间人嗅探攻击，成功捕获了电动汽车和充电站之间的通信流量。.
攻击节点向电动汽车发送邻居请求数据包，伪装成充电站，并使用充电站的IP地址，如图2所示。
图 2： 攻击者向EVCC发送单播邻居通告
电动汽车收到来自充电站的请求消息（实际上来自攻击节点）。攻击者在邻居请求消息的源链路层发送自己的 MAC 地址。这使得电动汽车误以为这是充电站的 MAC 地址，因此会将该 MAC 地址更新到其缓存中。.
因此，如图 3 所示，电动汽车到充电站的流量将经过攻击节点。我们在攻击节点上使用网络监控工具观察流量。监控这些消息是为了找到通信中可用于进一步攻击的合适消息/阶段。.
图 3： IPv6流量流——中间人嗅探
拒绝服务攻击：
拒绝服务攻击是一种安全事件，攻击者通过这种攻击阻止合法用户使用服务。我们发起的拒绝服务攻击导致客户无法为其电动汽车充电。.
为了执行拒绝服务攻击，如图 4 所示，在邻居请求消息中发送了一个无效的 MAC 地址（网络中未使用过的地址）。（添加图示参考）
图 4： 攻击者向EVCC发送单播邻居通告
因此，消息的目的地无效或网络中没有目的地，导致电动汽车发送的消息无法到达充电站。图 5 显示了 DOS 攻击对充电过程中通信流的影响。.
图 5： IPv6流量流——中间人嗅探
详细的安全评估和渗透测试可以预防此类攻击。如果对上述实验装置执行所有安全检查，则可以在设计阶段（本例中为实验装置）通过安全评估尽早识别漏洞，并在渗透测试阶段进行验证。KPIT 拥有一套完整的流程，用于在汽车系统开发的各个阶段融入各种安全检查。这些安全措施包括安全评估、渗透测试、模糊测试以及基于硬件安全模块 (HSM) 的安全服务，这些都集成到汽车系统和车辆通信（包括 V2V、V2I 和 V2G）的开发周期中。.
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