[发明专利]一种车辆内CAN数据帧信号提取方法与装置

说明书

本发明公开了一种车辆内CAN数据帧信号提取方式与装置，所述方法包括：在车辆正常状态下采集CAN总线上的数据帧；对数据进行预处理，确定各标识符ID的数据帧各比特位组成的布尔矩阵；确定数据帧各比特位的翻转频率；确定该标识符ID数据帧的编码格式以及各信号的起止边界；根据各信号的起止边界，确定信号的时间序列，完成信号的数值提取，测量各信号的相关程度，确定相似信号聚类子集，完成相似信号的提取。本发明采用非监督学习的方式，并结合信号的编码规范，能够对Motorola和Intel两种编码格式的CAN数据帧进行信号提取，避免了手动标记标签分析的繁琐。

技术领域

本发明涉及车辆内网络协议逆向技术，具体涉及一种车辆内CAN数据帧信号提取方法与装置。

背景技术

随着汽车产业的快速发展，汽车已经不再只是单纯的机械设备，今天的汽车包含多个不同的电子组件，比如防抱死制动模块、仪表盘、远程信息处理模块等，它们通过总线连接在一起，每个组件间都可以进行实时通信，它们作为一个整体负责监控和控制车辆的状态。平均来说，目前的汽车大约采用25到50个电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)，但一些高端型号已经采用超过100个ECU，车辆的整体安全性依赖于这些ECU之间的实时通信。车辆内ECU之间的通信主要采用控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)。CAN2.0标准规定了物理层和数据链路层的标准，但数据的编码方式由汽车厂商自定义，不同厂商、不同型号、不同地区以及不同年份的车辆内部CAN数据域编码格式不相同，并且不对外公开。理解车辆内通信网络的编码格式具有广泛应用场景，如入侵检测、渗透测试和逆向工程等。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供了一种车辆内CAN数据帧信号提取方法与装置。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种车辆内CAN数据帧信号提取方法，包括：

在车辆正常状态下采集CAN总线上的数据帧，记录各数据帧的接收时间戳；

根据所述数据帧，进行数据预处理，确定各标识符ID的数据帧各比特位组成的布尔矩阵X_ID；

根据所述布尔矩阵，确定数据帧各比特位的翻转频率bf；

根据所述各比特位的翻转频率bf，确定该标识符ID数据帧的编码格式；

根据所述各比特位的翻转频率bf和编码格式，确定各信号的起止边界，完成信号的提取。

在一种可能的实现方式中，所述车辆正常状态包括车辆静止、开关车门、车辆正常行驶和车辆倒车等尽可能多的车辆状态；所述数据帧包括标准帧或者扩展帧，数据帧格式为标识符ID、帧长度和数据段；所述CAN总线为车辆内OBD接口所连接的CAN总线。

在一种可能的实现方式中，数据预处理包括：检查同一标识符ID的帧长度字段值是否一致，不一致则舍弃该标识符ID的所有数据帧；检查帧长度字段与数据段长度是否一致，不一致则只舍弃该数据帧。

在一种可能的实现方式中，根据各标识符ID的数据帧布尔矩阵，确定数据帧各个比特位的翻转频率bf，包括：

对数据帧布尔矩阵相邻两行的数据进行异或操作，得到该ID数据帧的异或矩阵XOR_ID，即：

其中X_ID,i、X_ID,i+1分别为布尔矩阵X_ID中的第i、i+1行数据；

根据所述的异或矩阵XOR_ID，确定该ID中每一个比特位的翻转频率bf，计算公式为：