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Theses Year : 2012

Security and privacy in automotive on-board networks

Sécurité et protection de la vie privée dans les systèmes embarqués automobiles

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Abstract

Electronic equipment has become an integral part of a vehicle's network architecture, which consists of multiple buses and microcontrollers called Electronic Control Units (ECUs). These ECUs recently also connect to the outside world. Navigation and entertainment system, consumer devices, and Car2X functions are examples for this. Recent security analyses have shown severe vulnerabilities of exposed ECUs and protocols, which may make it possible for attackers to gain control over a vehicle. Given that car safety-critical systems can no longer be fully isolated from such third party devices and infotainment services, we propose a new approach to securing vehicular on-board systems that combines mechanisms at different layers of the communication stack and of the execution platforms. We describe our secure communication protocols, which are designed to provide strong cryptographic assurances together with an efficient implementation fitting the prevalent vehicular communication paradigms. They rely on hardware security modules providing secure storage and acting as root of trust. A distributed data flow tracking based approach is employed for checking code execution against a security policy describing authorized communication patterns. Binary instrumentation is used to track data flows throughout execution (taint engine) and also between control units (middleware), thus making it applicable to industrial applications. We evaluate the feasibility of our mechanisms to secure communication on the CAN bus, which is ubiquitously implemented in cars today. A proof of concept demonstrator also shows the feasibility of integrating security features into real vehicles.
L'équipement électronique de bord est maintenant devenue partie intégrante de l'architecture réseau des véhicules. Elle s’appuie sur l'interconnexion de microcontroleurs appelés ECUs par des bus divers. On commence maintenant à connecter ces ECUs au monde extérieur, comme le montrent les systèmes de navigation, de divertissement, ou de communication mobile embarqués, et les fonctionnalités Car2X. Des analyses récentes ont montré de graves vulnérabilités des ECUs et protocoles employés qui permettent à un attaquant de prendre le contrôle du véhicule. Comme les systèmes critiques du véhicule ne peuvent plus être complètement isolés, nous proposons une nouvelle approche pour sécuriser l'informatique embarquée combinant des mécanismes à différents niveaux de la pile protocolaire comme des environnements d'exécution. Nous décrivons nos protocoles sécurisés qui s'appuient sur une cryptographie efficace et intégrée au paradigme de communication dominant dans l'automobile et sur des modules de sécurité matériels fournissant un stockage sécurisé et un noyau de confiance. Nous décrivons aussi comment surveiller les flux d'information distribués dans le véhicule pour assurer une exécution conforme à la politique de sécurité des communications. L'instrumentation binaire du code, nécessaire pour l’industrialisation, est utilisée pour réaliser cette surveillance durant l’exécution (par data tainting) et entre ECUs (dans l’intergiciel). Nous évaluons la faisabilité de nos mécanismes pour sécuriser la communication sur le bus CAN aujourd'hui omniprésent dans les véhicules. Une preuve de concept montre aussi la faisabilité d'intégrer des mécanismes de sécurité dans des véhicules réels.
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Dates and versions

tel-01157229 , version 1 (27-05-2015)

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  • HAL Id : tel-01157229 , version 1

Cite

Hendrik Schweppe. Security and privacy in automotive on-board networks. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom ParisTech, 2012. English. ⟨NNT : 2012ENST0062⟩. ⟨tel-01157229⟩
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