如何击穿can

控制器局域网（Controller Area Network，简称CAN）作为现代工业与汽车通信的核心协议，其安全性日益受到关注。本文旨在深度解析“击穿”CAN网络的实质，并非鼓励攻击，而是从防御视角出发，系统阐述其协议架构潜在弱点、常见攻击向量与高级渗透手法，并结合官方技术文档与行业实践，提供一套从物理层到应用层的纵深防御策略与安全审计方法论，为工程师与安全研究人员构建坚不可摧的车载或工业网络提供专业指南。

       在当今高度互联的工业自动化与智能汽车领域，控制器局域网（Controller Area Network，简称CAN）总线如同神经网络，默默地承载着海量关键控制指令与状态数据。然而，随着“万物互联”的深入，这条曾经被认为相对封闭、安全的总线，正面临着前所未有的安全挑战。“击穿”CAN，在安全研究语境下，通常指深入理解其协议弱点，并演示如何突破其通信防线。本文将从技术本质出发，层层剖析，旨在为构建更安全的CAN网络体系提供深度洞见与实践参考。

       理解CAN总线：安全分析的基石

       要谈论“击穿”，首先必须透彻理解攻击目标。CAN是一种基于广播、多主、事件驱动的串行通信协议，其核心设计初衷是可靠性与实时性，而非安全性。它采用非破坏性仲裁机制，基于报文标识符的优先级解决总线访问冲突。数据链路层协议本身不包含源地址、目标地址或任何形式的加密与身份验证机制。这意味着，在总线上任何一个节点都可以发送和接收所有报文，且无法天然区分报文来源的合法性。这一根本特性，构成了所有CAN总线安全挑战的底层逻辑。

       攻击面全景扫描：从物理接入到远程入侵

       攻击者接触CAN总线的方式决定了攻击的起点和隐蔽性。最直接的方式是通过车载诊断接口（On-Board Diagnostics，简称OBD-II）进行物理接入。该接口通常直接连接至CAN总线，为攻击者提供了一个标准化的物理入口。随着车辆网联化，远程信息处理控制单元（Telematics Control Unit，简称TCU）或信息娱乐系统等联网组件，往往通过网关与关键CAN网络相连。攻击者可能先利用这些组件的软件漏洞实现远程代码执行，进而“跳板”入侵核心控制网络，实现远程攻击。

       拒绝服务攻击：瘫痪总线通信

       这是最直观的攻击方式之一。攻击者可以向总线持续发送最高优先级的报文（通常标识符数值最小），利用CAN的仲裁机制长期霸占总线，导致其他正常节点无法发送数据，从而使整个网络通信瘫痪。更精细的攻击是“针对性拒绝服务”，即只针对特定报文标识符进行洪泛，干扰特定功能，如使引擎控制单元（Engine Control Unit，简称ECU）无法接收到车速信号。

       欺骗与重放攻击：伪造关键指令

       由于缺乏身份验证，攻击者可以轻易伪造总线上的任何报文。例如，伪造车速信号欺骗仪表盘，或更危险地，伪造刹车、转向等控制指令。重放攻击则是将之前捕获到的合法控制报文在特定时刻重新发送出去，以达到非预期的控制效果。这类攻击直接威胁到系统的功能安全。

       模糊测试：挖掘未知漏洞

       通过向总线或特定ECU发送大量非预期、畸形或随机生成的CAN报文，观察系统反应，是发现解析逻辑漏洞、缓冲区溢出等深层漏洞的有效手段。自动化模糊测试框架可以系统性地遍历报文标识符、数据长度码（Data Length Code，简称DLC）以及数据场字节的各种异常组合，帮助研究人员发现潜在的攻击面。

       逆向工程与信号映射

       在发动精准攻击前，攻击者通常需要理解总线通信的具体含义。通过长时间监听总线流量，结合车辆状态变化（如踩油门、转动方向盘），利用统计分析和机器学习算法，可以逆向解析出不同报文标识符及其数据场各字节所代表的物理信号（如转速、油门开度、门锁状态等）。这一步是后续高级攻击的信息基础。

       利用ECU诊断服务

       基于统一诊断服务（Unified Diagnostic Services，简称UDS）等协议是ECU的重要维护和诊断接口。攻击者如果能够访问诊断服务，可能利用其功能读取敏感内存数据、刷写恶意固件、甚至直接控制执行器。破解或绕过诊断会话的安全访问机制（如种子-密钥算法）是此路径的关键。

       网关安全绕过

       现代车辆网络通常采用分级架构，通过网关隔离高安全性的动力总成CAN、底盘CAN与低安全性的车身CAN、娱乐系统CAN。攻击者若已控制低安全域网络（如通过信息娱乐系统漏洞），下一步便是寻找网关的过滤规则漏洞或利用网关ECU自身的软件漏洞，实现跨网段报文转发或代码执行，从而入侵核心控制网络。

       物理层攻击：操纵电气特性

       除了数据链路层，物理层同样脆弱。攻击者可以通过向总线施加持续的显性电平（逻辑0）来实施总线关闭攻击，导致所有节点进入“总线关闭”错误状态而停止通信。更精密的攻击可能利用电磁干扰，在特定时段干扰总线电平，造成位翻转，从而篡改正在传输的报文内容。

       纵深防御策略：构建安全堡垒

       面对多维度的攻击威胁，单一的防御措施远远不够，必须建立纵深防御体系。首先是在网络架构上，进行严格的物理和逻辑分区，使用具备深度报文检测能力的防火墙网关，依据白名单策略精确控制跨域报文转发。其次是引入报文认证机制，例如在应用层或数据链路层添加基于密码学的消息认证码（Message Authentication Code，简称MAC），确保报文的完整性和来源真实性。

       入侵检测与防御系统

       为CAN网络部署专用的入侵检测系统（Intrusion Detection System，简称IDS）至关重要。此类系统可以基于多种模型进行实时监控：基于规则的模型（检测异常标识符、异常发送频率）；基于统计的模型（建立正常通信周期、负载量的基线，检测偏差）；基于机器学习的模型（学习正常通信模式，识别未知攻击）。一旦检测到攻击，IDS可联动网关或特定ECU进行告警或阻断。

       安全启动与固件完整性校验

       确保每个ECU启动时加载的软件是可信且未被篡改的，是防止恶意固件植入的底线。这需要硬件支持的安全启动机制，通过密码学签名验证引导程序和应用程序的完整性。同时，在运行时，也应定期或触发式对关键代码段进行完整性校验。

       安全编码与ECU加固

       在ECU软件开发阶段，需遵循安全编码规范，避免缓冲区溢出、整数溢出、格式化字符串等经典漏洞。启用栈保护、地址空间布局随机化（Address Space Layout Randomization，简称ASLR）等编译选项。最小化ECU对外暴露的诊断服务和网络接口，遵循最小权限原则。

       安全测试与审计常态化

       安全不是一蹴而就的，需要贯穿整个产品生命周期。在开发阶段，应对CAN网络架构和ECU软件进行威胁分析与风险评估（Threat Analysis and Risk Assessment，简称TARA）。在测试阶段，系统性地进行渗透测试，模拟上述所有攻击手法，验证防御措施的有效性。即使产品上市后，也应建立漏洞收集与应急响应机制。

       面向未来的安全协议演进

       行业已经认识到经典CAN协议的安全局限，并开始推动标准演进。例如，国际标准化组织（International Organization for Standardization，简称ISO）发布的ISO 21434道路车辆网络安全工程标准，为汽车网络安全提供了流程框架。在协议层面，基于CAN的车辆安全通信标准，如具有时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，简称TSN）特性的新一代车载以太网，以及原生设计考虑安全的协议如CAN灵活数据速率（CAN Flexible Data-Rate，简称CAN FD）的安全扩展，正在探索将低延迟的硬件级加密认证集成到通信周期中。

       从“击穿”到“筑牢”

       深入探究“击穿”CAN网络的种种手法，根本目的绝非破坏，而是为了更深刻地理解威胁，从而构建更为坚韧的防御。CAN总线的安全是一场持续性的攻防博弈。它要求汽车制造商、零部件供应商、安全研究人员和标准制定机构通力合作，从芯片硬件、网络架构、通信协议、节点软件到开发流程，实施全栈、全生命周期的安全工程。唯有如此，我们才能确保承载着生命安全与财产信任的智能系统，在日益复杂的网络空间中行稳致远。