V1.0 | 2015-10-21

VDI/VW-Gemeinschaftstagung Automotive Security, 21./22.10.2015, Wolfsburg

Ethernet-Security am Beispiel SOME/IP

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1. Motivation

2. SOME/IP und AUTOSAR

3. Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

4. Absicherung von SOME/IP

5. Zusammenfassung

Agenda

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Warum Security? Motivation

CU

DSRC 4G LTE

Ethernet

Ethernet

Ethernet

Connectivity Gateway

Head Unit

Instr. Clust.

Ethernet

Central Gateway

ADAS DC

Ethernet

OBD

Laptop

Tablet

Smart-phone

Smart Charging

CAN Powertrain DC

CAN Chassis DC

CAN & LIN

Body DC

Der Schutz von Intellectual Property (IP) und vor Manipulation erfordert eine authentisierte Kommunikation. Für z.B. die Schlüsselverteilung im Fahrzeug kann auch die Vertraulichkeit der Kommunikation ein Schutzziel sein.

Zugriffskontrolle

Komponentenschutz

Schutz vor unechter Firmware

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Ethernet und SOME/IP Motivation

Jan. 2013 Jan. 2014 Jan. 2015

Projekte von Vector

EthernetSOME/IP

Ethernet und SOME/IP werden immer stärker nachgefragt.

Okt. 2014 SOME/IP in AUTOSAR 4.2.1 standardisiert

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1. Motivation

2. SOME/IP und AUTOSAR

3. Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

4. Absicherung von SOME/IP

5. Zusammenfassung

Agenda

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ECU 1 ECU 2

SOME/IP als Teil von AUTOSAR 4.2 bietet: Client/Server Kommunikation (“Funktionsaufrufe”) zwischen ECUs Benachrichtigung von Ereignissen an (mehreren) Empfängern im Netzwerk

Service Discovery erlaubt das dynamische Auffinden von Services

Scalable Service-Oriented Middleware over IP (SOME/IP) SOME/IP und AUTOSAR

RTE

Basis SW Basis SW

Ethernet

SWC A Client

SWC B Server

SOME/IP XF

RTE

SOME/IP XF

Request

Response

SOME/IP Transformer (XF) serialisiert Daten zur Übertragung über Ethernet

101101011100110101001101010111001101010

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1. Software Component (SWC) möchte entfernten Service nutzen.

2. Runtime Environment (RTE) setzt Funktionsaufruf mit Hilfe des SOME/IP Transformers (XF) um.

3. Large Data COM (LDCOM) und PDU Router (PDUR) geben die Daten an den SOAD weiter.

4. Der Socket Adapter (SOAD) imitiert die notwendige Verbindung und fügt Service ID und Method ID (für LeftLight_SetState) hinzu.

5. Über TCP/IP, das Ethernet Interface (ETHIF) und den Ethernet Treiber (ETH) wird der Request versandt.

SOME/IP und AUTOSAR

Einbettung in AUTOSAR

SOAD

ETH

ETHIF

PDUR

LDCOM

RTE

SWC

SOME/IP XF

TCP/IP

Hardware

LeftLight_SetState(ON);

Client ID Session ID

Version Info

Msg. Type

Ret. Code

Payload (hier z.B. 1=ON)

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1. Motivation

2. SOME/IP und AUTOSAR

3. Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

4. Absicherung von SOME/IP

5. Zusammenfassung

Agenda

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OSI Layer: 2 Verbindung

Schutz: Integrität, Vertraulichkeit, Authentizität

Verbindungsart: Ethernet-zu-Ethernet Schnittstelle

Anwendungsgebiet: Backbones, IP Telefonanlagen

Media Access Control Security (MACsec) Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

ICV MAC Dest. Addr.

Ether Type Secure Data

SecTAG (8 or 16 bytes)

MACsec Protocol Data Unit (MPDU)

MAC Src. Addr.

86 DD for IPv6

88 E5 for MACsec

Version, Association, Length, IV

CRC checksum

Ethernet Frame

ICV … Integrity Check Value

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OSI Layer: 3 Netzwerk

Schutz: Integrität, Vertraulichkeit (opt.), Authentizität

Verbindungsart: IP-Knoten zu IP-Knoten

Anwendungsgebiet: Mehrere IP Netze miteinander verbinden (VPNs)

Internet Protocol Security (IPsec) Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

Ethernet Header

IP Header Secure Data Next Header, Length, Sequence,

Number, Association (SPI), ICV CRC

checksum

IP Packet

Authentication Header (AH)

Ethernet Frame

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OSI Layer: 6 Präsentation

Schutz: Integrität, Vertraulichkeit, Authentizität

Verbindungsart: Client-Server-Verbindungen

Anwendungsgebiet: Webbrowser

TLS/DTLS Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

Ethernet Header

IP Header

Content Type, Version, Length, MAC, Secure Data

CRC checksum

IP Packet TLS Record

TCP/UDP Header

Content Type

ChangeCipherSpec

Alert

Handshake

Application

Heartbeat

Ethernet Frame

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Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

Zusammenfassung

MACsec IPsec TLS/DTLS

Typische Anwendung

Sichere Verbindung zwischen IP-Telefon und Telefon-Server am gleichen Standort

Sichere Verbindung von IP Netzwerken (VPN)

Sichere Verbindung zwischen Client und Server, z.B. Webbrowser

OSI-Layer Layer 2 - Verbindung

Layer 3 - Netzwerk Layer 6 - Präsentation

Kontroll-Ebene IEEE 802.1X IKE, IKEv2 RFC 5246 RFC 6347

Daten-Ebene IEEE 802.1AE IPsec

Bemerkungen Komplexes Protokoll mit vielen Optionen und Varianten

TLS erfordert ein verlässliches Transport-Protokoll und läuft über TCP. DTLS basiert auf TLS und wurde angepasst um über UDP zu arbeiten.

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1. Motivation

2. SOME/IP und AUTOSAR

3. Bestehende Security-Protokolle für Ethernet

4. Absicherung von SOME/IP

5. Zusammenfassung

Agenda

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Dieses Mal soll die Kommunikation authentisiert sein:

Freshness Value soll vor Replay Angriffen schützen

Service ID und Method ID (SOAD Data) sind nicht gesichert

Schlüsselmanagement nahezu unspezifiziert

Absicherung von SOME/IP

Sicherung mit Secure Onboard Communication (SecOC)

SecOC

SOAD

ETH

ETHIF

PDUR

LDCOM

RTE

SWC

SOME/IP XF

TCP/IP

Hardware

Fresh-ness Value

SOAD Data

SOME/IP Data Payload

Geschützt durch Message Authentication Code (MAC)

und Freshness Value

MAC

LeftLight_SetState(ON);

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TLS

Absicherung von SOME/IP

Transport Layer Security (TLS)

TLS client TLS server

Client Hello

Server Hello

Server certificate

Demand client certificate

Client certificate

Optional step

Hello done

Change cipher

Finish

Key exchange

Change cipher spec

Finish

SOAD

ETH

ETHIF

PDUR

LDCOM

RTE

SWC

SOME/IP XF

TCP/IP

Hardware

Möglicher AUTOSAR-Stack mit TLS:

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Ethernet und SOME/IP können für das Fahrzeug sicher gemacht werden.

Das Thema Schlüsselmanagement (Verwaltung, Aushandlung und Verteilung) stellt derzeit die größte Herausforderung dar.

Ethernet und SOME/IP sind stark im Kommen

Es gibt verschiedene potentielle Protokolle zur Absicherung der Anwendungsfälle

SecOC ist bereits heute für eine authentisierte Kommunikation über Ethernet einsetzbar TLS steht als Alternative in den Startlöchern

Zusammenfassung Zusammenfassung

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Author: Wolf, Jonas mit Dr. Eduard Metzker, Armin Happel Vector Germany