近幾年，隨著云和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車領(lǐng)域也發(fā)生著深刻的變革。各廠商為汽車提供了更加智能化的功能，如手機鑰匙、語音控制和尋車等，但是隨之而來的安全問題也更為突出。例如在電影《速度與激情 8》中，黑客可以在任意地點觸發(fā)攻擊，惡意控制大量汽車在街道上肆意橫行。作為觀眾的我們不經(jīng)產(chǎn)生一個疑問：這種遠(yuǎn)程遙控汽車是導(dǎo)演的天馬行空，還是真實存在于現(xiàn)實世界中？為了解答這個問題，本文將揭示針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的新型攻擊范式，以 2 個真實案例進行分析，并提出緩解措施。

　　一、車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和安全特性

　　1. 車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　隨著萬物互聯(lián)時代到來，車聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代車輛?；谠啤?G 和消息隊列通信等技術(shù)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備手機鑰匙、語音控制和智慧投屏等功能。例如，用戶即使沒有帶鑰匙，也可以通過手機控制車門和車窗，這些智能化功能方便了人們的生活和出行。作為支撐汽車智能化的技術(shù)架構(gòu)如圖 1 所示，“用戶<->云<->汽車”，用戶利用手機應(yīng)用程序，通過藍(lán)牙和 Wi-Fi 等近場通信協(xié)議與車載通信模塊（T-Box）和中控主機進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)智慧投屏等功能?；蛘咄ㄟ^蜂窩網(wǎng)絡(luò)與云側(cè)通信，以此突破地理的限制。云側(cè)則與車載T-Box 進行數(shù)據(jù)交互，采用機器對機器（Machine toMachine，M2M）技術(shù)通信模式，維持雙工通信隧道，以此增加時效性。

　　圖 1 車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　2. 車聯(lián)網(wǎng)安全特性

　　與此同時，車輛豐富的功能和通信方式也讓其智能化“外溢”，產(chǎn)生了新的安全風(fēng)險，增加了更多的攻擊面，近場無線通信的汽車終端或者在互聯(lián)網(wǎng)種的云平臺都成為攻擊者的目標(biāo)。車聯(lián)網(wǎng)安全可分為空間和時間兩條線。

　　空間上，依照車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可以分為用戶側(cè)、云側(cè)和車側(cè)安全。

　　用戶側(cè)安全。 智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供了豐富的交互功能，這對于用戶而言，主要通以手機應(yīng)用作為交互對象，這就可能存在 App 安全問題，例如，個人隱私泄露、二次打包和登錄驗證缺陷等漏洞。

　　云側(cè)安全。云技術(shù)的使用增強智能網(wǎng)聯(lián)汽車適用范圍，讓查找車的位置和遠(yuǎn)程開啟空調(diào)等功能成為可能。但云平臺也存在各類安全問題，比如傳統(tǒng)的 Web 安全問題，SQL 注入、XSS 漏洞和邏輯漏洞等，也會增加安全風(fēng)險，攻擊者只需通過云側(cè)問題攻擊車輛，降低了攻擊成本，增加了攻擊范圍。

　　車側(cè)安全。智能網(wǎng)聯(lián)汽車包括各類終端，如T-Box、中控主機和行車記錄儀等。終端包含了豐富通信方式，也存在各類安全風(fēng)險，比如命令執(zhí)行和緩沖區(qū)溢出等漏洞。

　　時間上， 從攻擊者的角度審視汽車技術(shù)變革對車聯(lián)網(wǎng)安全帶來的影響，可將汽車技術(shù)的發(fā)展分為以下三個階段：

　　傳統(tǒng)汽車。其影音娛樂系統(tǒng)智能化程度不高，攻擊者一般通過影音娛樂系統(tǒng)的 USB 接口和車載OBD 接口作為攻擊點，這種攻擊方式通常需要攻擊者物理接觸汽車。

　　智能網(wǎng)聯(lián)汽車。為了方便用戶的使用，汽車采用 WiFi、藍(lán)牙和蜂窩網(wǎng)絡(luò)等通信方式，加強與用戶的交互，并且增加了中控和 T-Box 等計算單元。對于攻擊來說，攻擊面進一步擴大，可以通過近場無線或遠(yuǎn)程的方式進行攻擊。

　　自動駕駛。自動駕駛技術(shù)的發(fā)展打破了機械控制的隔離，可以通過 CAN 總線或者以太網(wǎng)等通信方式來控制油門等，讓攻擊者有了操控汽車的技術(shù)可能性。

　　汽車作為復(fù)雜系統(tǒng)的集合，自身各種 ECU 通過 CAN 總線串連起來，隨著汽車智能化發(fā)展，車載以太網(wǎng)也被用于車內(nèi)設(shè)備間通信技術(shù)，比如特斯拉的車身，包含有以太網(wǎng)和各種CAN 總線，通過車載網(wǎng)關(guān)讓各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行通信。因此，對于攻擊者來說，攻擊向量主要是通過車聯(lián)網(wǎng)終端，再進一步滲透車輛內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，形成完整的攻擊鏈。綜上所述，智能網(wǎng)聯(lián)汽車存在被遠(yuǎn)程遙控的可能性，這也回復(fù)了本文開篇提出的問題。

　　二、“空中跳躍”攻擊范式

　　通過對車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)研究可以看出，遠(yuǎn)程遙控汽車在技術(shù)上存在可能性。隨著汽車功能業(yè)務(wù)邏輯逐漸向云轉(zhuǎn)移，與云結(jié)合的安全問題日益突出。以往的研究大多是將云和設(shè)備的問題分割開來獨立分析，忽略了車側(cè)和云側(cè)之間的相互影響。下文將揭示車聯(lián)網(wǎng)安全中的新型攻擊范式——“空中跳躍”，展示攻擊者如何遠(yuǎn)程攻擊或控制汽車。

　　1. 消息隊列協(xié)議通信

　　在智能網(wǎng)聯(lián)車應(yīng)用中，大量采用消息隊列通信技術(shù)，比如消息通知、遠(yuǎn)程控制、位置推送和 OTA 更新等。消息隊列協(xié)議允許應(yīng)用程序通過云端服務(wù)中轉(zhuǎn)通信，并且消息隊列會在應(yīng)用程序未連接的時候臨時存儲消息，等待設(shè)備在線后發(fā)送，以保證設(shè)備不在線時消息數(shù)據(jù)不丟失。常見的消息隊列協(xié)議包括 MQTT、AMQP、STOMP 等。由于 MQTT 協(xié)議輕量級的特點，在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用場景。

　　消息隊列協(xié)議通常為三方通信協(xié)議。首先，消息的訂閱者向消息隊列服務(wù)訂閱消息，告訴服務(wù)自己感興趣的消息主題，消息隊列服務(wù)會監(jiān)聽并等待接收該主題所對應(yīng)的消息；之后，消息的發(fā)布者將該主題所對應(yīng)的消息發(fā)布至消息隊列服務(wù)；最后，消息隊列服務(wù)會根據(jù)消息主題，將此消息轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)的訂閱者，訂閱者收到消息，解析并處理。

　　2. “空中跳躍”攻擊范式

　　在這個應(yīng)用場景中，存在一種結(jié)合云和設(shè)備（車）的攻擊范式——“空中跳躍”攻擊，如圖 2 所示。車與消息隊列服務(wù)進行通信，如果攻擊者通過逆向工程等方法獲取憑證，或者云存在安全缺陷，就可以遠(yuǎn)程接入消息隊列服務(wù)，具備了對車發(fā)送消息的能力。如果汽車存在消息解析漏洞，攻擊者就可以通過云這個“跳板”攻擊車載終端，利用漏洞獲取車載終端控制權(quán)，進而發(fā)送 CAN 信號來控制汽車。該攻擊范式涉及云側(cè)和車側(cè)的安全問題，對于攻擊者而言只是發(fā)送一條惡意消息，即可遠(yuǎn)程控制汽車。該攻擊范式按照攻擊流程可分為 4 個攻擊步驟 : 接入服務(wù)（S1）、越權(quán)發(fā)布消息（S2）、漏洞利用（S3）和 CAN 控制（S4）。

　　圖 2 新型攻擊范式

　　S1：接入服務(wù)?！翱罩刑S”攻擊首先需要攻擊者接入消息隊列服務(wù)，讓其具備連接云服務(wù)的能力。通過研究發(fā)現(xiàn)，在 M2M 模型中，由于缺乏用戶的介入，云側(cè)對設(shè)備側(cè)的認(rèn)證邏輯在實現(xiàn)過程中易產(chǎn)生安全問題。攻擊者可以通過以下方法，獲取認(rèn)證憑證，進而連接到云側(cè)的消息隊列服務(wù)中。

　　匿名訪問。一些消息隊列服務(wù)端軟件支持匿名訪問，允許用戶通過空的用戶名和密碼接入服務(wù)。

　　暴力破解。對于消息隊列服務(wù)而言，認(rèn)證往往是采用用戶名和口令的方式進行，安全意識較弱的管理員可能會使用弱口令，這就給攻擊者提供了條件，進行暴力破解來猜解出用戶名和口令。

　　憑證硬編碼。因為車載終端 M2M 模式的原因，開發(fā)者為了簡化認(rèn)證的流程，可能采用硬編碼的方式，將消息隊列服務(wù)的認(rèn)證憑證寫入設(shè)備和移動應(yīng)用程序中，并在同類型的產(chǎn)品共享，讓攻擊者以較低的成本獲取接入憑證。

　　復(fù)現(xiàn)邏輯。對于使用了動態(tài)憑證進行認(rèn)證的目標(biāo)，一旦攻擊者獲取了設(shè)備固件或 App，就可以通過逆向分析的方法獲取認(rèn)證邏輯，復(fù)現(xiàn)認(rèn)證過程以接入消息隊列服務(wù)。

　　S2：越權(quán)發(fā)布消息。在通過認(rèn)證后，消息隊列服務(wù)可能會對用戶的權(quán)限進行限制，防止攻擊者向非授權(quán)的設(shè)備發(fā)布消息。因此，攻擊者需要測試發(fā)布權(quán)限，若存在缺陷則可以對任意車輛，甚至所有車輛發(fā)送惡意消息。

　　S3：漏洞利用。上述兩個攻擊步驟，主要是云側(cè)的安全問題。對于車而言，我們提出了漏洞利用的攻擊步驟。攻擊者可以通過獲取的設(shè)備固件進行逆向分析，或者利用模糊測試、靜態(tài)分析等方法去挖掘設(shè)備在消息解析時的漏洞。然后攻擊者就可以通過消息隊列的跳板作用，將惡意的消息轉(zhuǎn)發(fā)給指定的目標(biāo)設(shè)備觸發(fā)漏洞，達(dá)到對智能網(wǎng)聯(lián)汽車遠(yuǎn)程攻擊的效果。

　　S4：CAN 控制。攻擊者通過前序攻擊步驟獲取終端的控制權(quán)限，并通過逆向工程獲取發(fā)送 CAN信號能力，進而控制或攻擊汽車。

　　三、案例分析

　　“空中跳躍”攻擊范式主要有 2 種攻擊向量：遠(yuǎn)程漏洞利用和遠(yuǎn)程操控復(fù)現(xiàn)。

　　1. 遠(yuǎn)程漏洞利用

　　該攻擊向量的前提是與訂閱設(shè)備通信的消息隊列服務(wù)可遠(yuǎn)程訪問。由于服務(wù)的身份驗證和授權(quán)薄弱，攻擊者可以將惡意消息發(fā)布到消息隊列服務(wù)，以此結(jié)合云側(cè)和車側(cè)的漏洞實現(xiàn)完整的攻擊鏈，控制汽車甚至攻擊行駛中車輛。

　　某品牌汽車通過消息隊列協(xié)議實現(xiàn)了定位推送功能。通過 App 逆向發(fā)現(xiàn)，該品牌汽車云側(cè)存在未認(rèn)證和未授權(quán)安全問題，因此具備 S1+S2 的攻擊條件，并且該車終端解析消息邏輯存在漏洞，可以通過遠(yuǎn)程獲取汽車中控主機 Root Shell，進一步發(fā)送CAN 信號控制汽車。

　　攻擊鏈：S1+S2+S3+S4

　　攻擊條件：攻擊者可以在任意地點接入互聯(lián)網(wǎng)。

　　攻擊效果：獲取任意激活車輛中控 Root Shell，接入車 CAN 網(wǎng)絡(luò)進行汽車控制。

　　2. 遠(yuǎn)程操控復(fù)現(xiàn)

　　在這種類型的攻擊向量中，盡管沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)備固件中消息解析邏輯漏洞，但攻擊者可以利用消息隊列服務(wù)的認(rèn)證缺陷，逆向消息格式，通過正常功能消息來操縱汽車。

　　某品牌新能源汽車具備 App 遠(yuǎn)程控制汽車功能。汽車的所有者可以通過手機 App 遠(yuǎn)程控制汽車打開（關(guān)閉）車門，打開（關(guān)閉）車窗等操作。該功能是通過消息隊列協(xié)議實現(xiàn)的。我們通過逆向手機App，發(fā)現(xiàn)了硬編碼憑證的問題，獲取了高權(quán)限的認(rèn)證憑據(jù)，并成功連接到消息隊列服務(wù)。由于該硬編碼賬號權(quán)限較高，這使攻擊者可以將操縱消息發(fā)布到連接到服務(wù)的任何汽車上，控制打開車門進入汽車，并啟動汽車開走。

　　攻擊鏈：S1+S2

　　攻擊條件：攻擊者可以在任意地點接入互聯(lián)網(wǎng)。

　　攻擊效果：操控任意激活車輛車門和車窗等功能，甚至可以直接開走。

　　四、緩解措施

　　針對消息隊列協(xié)議在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用存在的安全問題，建議有 3 個緩解措施來應(yīng)對，分別從車側(cè)到云側(cè)層層遞進，提高安全能力。

　　混合的身份驗證。MQTT 協(xié)議規(guī)范中沒有提供可靠的身份驗證機制。無論使用哪種身份驗證方法，攻擊者都可以始終使用自己設(shè)備的賬戶與消息隊列服務(wù)建立連接。但是仍然有必要根據(jù)以下考慮采取復(fù)雜的身份驗證措施，通過動態(tài)申請獲取身份驗證信息。一方面，它可以阻止攻擊者輕松獲取憑據(jù)，增加攻擊成本。另一方面，有助于消息隊列服務(wù)隔離用戶權(quán)限。例如在與用戶綁定之后，設(shè)備可以使用賬戶的信息作為秘鑰來生成證書，因為該信息不會硬編碼到固件中，靜態(tài)的分析方法無法輕松獲取敏感信息。

　　設(shè)備和用戶的緊密耦合授權(quán)。實際上，我們的攻擊范式所涉及的問題主要是由權(quán)限隔離不嚴(yán)造成的，這為未經(jīng)授權(quán)的攻擊者提供了發(fā)起大規(guī)模攻擊的條件。我們可以采用設(shè)備和用戶的緊密耦合授權(quán)，一旦用戶將設(shè)備添加到應(yīng)用程序或云平臺上的賬戶上，服務(wù)應(yīng)將用戶身份識別信息與設(shè)備端 ClientId 或Username 綁定。這樣，由于緊密耦合的授權(quán)，使用其他 ClientId 或 Username 的攻擊者無法將消息發(fā)布到此設(shè)備。盡管大多數(shù)公共物聯(lián)網(wǎng)云平臺已采用此措施，但許多制造商仍在其私有消息隊列服務(wù)中忽略此問題。

　　空中攻擊檢測?；趯Ψ?wù)的信任，訂閱者很少檢查收到的消息。同時，消息隊列服務(wù)僅按照發(fā)布者的主題轉(zhuǎn)發(fā)，因此它也不會檢查或修改消息。這使得攻擊有效載荷可以不受任何限制地傳遞給訂閱者。本文提出一種解決方案是添加如 Web 應(yīng)用程序防火墻之類的消息數(shù)據(jù)過濾模塊，以檢測從攻擊者發(fā)布的消息中可能攜帶的攻擊載荷。