作者 |李偉 上海控安安全測評中心安全測評部總監(jiān)

來源 |鑒源實(shí)驗(yàn)室

引言：第三篇(車載ECU嵌入式設(shè)備的診斷測試 - 服務(wù))中我們已經(jīng)把UDS的相關(guān)知識給大家做了介紹，主要講解CAN通訊的地址和尋址、UDS的請求和響應(yīng)數(shù)據(jù)幀、多幀數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、部分UDS服務(wù)介紹，以及測試測試設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)說明。本篇以及后續(xù)兩篇將會對UDS中最常用的服務(wù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。本文首先對會話控制請求服務(wù)$10和安全接入請求服務(wù)$27進(jìn)行介紹。

01

$10會話控制請求服務(wù)

ECU在正常工作時(shí)會處于某一個(gè)會話模式下，上電后會自動進(jìn)入默認(rèn)會話模式，所以ECU啟動后我們不需要輸入$10 01來進(jìn)入該會話模式。ECU的不同會話模式間存在一定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系規(guī)則。

初次接觸會話控制模式可能不太理解這個(gè)服務(wù)的含義和用途，我們通過一個(gè)例子來進(jìn)行類比。例如：我們將ECU之間的通訊類比成不同人員之間的對話。兩個(gè)人在公共場所暢所欲言，隨意討論非私密性的話題，這個(gè)場景類似默認(rèn)會話，不會對安全性有要求，無需刻意尋找專門使用場所，即不需要專門會話控制進(jìn)入此模式，上電即默認(rèn)進(jìn)入。如果兩人想討論隱秘點(diǎn)的話題，不想其他不相關(guān)人員知道，于是換個(gè)環(huán)境，從公共場所進(jìn)入了單獨(dú)的會議室，這個(gè)過程可以類比成從默認(rèn)會話進(jìn)入了擴(kuò)展會話，進(jìn)入會議室后為了確認(rèn)對方是本人沒被冒充，進(jìn)行識別鑒權(quán)詢問口令“天王蓋地虎”，查看對方能不能答出“小雞燉蘑菇”，認(rèn)證鑒權(quán)的這個(gè)附加過程就屬于跟$10服務(wù)配合使用的安全接入請求服務(wù)$27，溝通結(jié)束退出會議室回到公共區(qū)域，這個(gè)過程就是從擴(kuò)展會話退出到默認(rèn)會話的過程。大家可能有疑問為何沒提及編程會話，這個(gè)模式我們會另外講解。

1.1會話模式間的轉(zhuǎn)換

前面的例子中我們可以看到不同會話模式間的切換存在一定的邏輯關(guān)系。下圖顯示的就是一個(gè)不同會話間轉(zhuǎn)換示例圖，需要注意的是不同項(xiàng)目中對于進(jìn)入編程會話通常會有不同的設(shè)計(jì)要求，具體項(xiàng)目中會話間跳轉(zhuǎn)關(guān)系必須依據(jù)項(xiàng)目的規(guī)范文件。

圖 1

1）默認(rèn)會話

設(shè)備上電后自動進(jìn)入默認(rèn)會話模式，從圖中我們可以看出在默認(rèn)會話模式下的切換關(guān)系。

本模式重新進(jìn)入：可以通過$10 01再次進(jìn)入默認(rèn)會話，通過$11 01、$11 03復(fù)位服務(wù)重啟進(jìn)入默認(rèn)會話。

本模式進(jìn)入其他模式：默認(rèn)會話模式可以通過$10 02進(jìn)入編程會話模式，在有些項(xiàng)目中默認(rèn)會話是不能直接進(jìn)入編程會話模式，具體項(xiàng)目中是否能夠支持需要查閱項(xiàng)目產(chǎn)品的診斷技術(shù)規(guī)范；默認(rèn)會話模式下還可以通過$10 03進(jìn)入擴(kuò)展會話模式。

2）編程會話

啟動編程會話ECU會進(jìn)入boot模式，進(jìn)入boot模式后ECU可以進(jìn)行固件的更新。boot的更新可以通過Jtag接口使用工具進(jìn)行燒錄，相對來說Jtag接口的權(quán)限等級比較高，可以通過工具直接修改存儲空間中對應(yīng)地址的數(shù)據(jù)信息。實(shí)際項(xiàng)目會使用CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件刷寫，商用階段去除Jtag接口，這樣處理的話安全性會得到一定保障。同樣的在boot模式下可以刷寫固件，那很多診斷服務(wù)在boot下也可以正常執(zhí)行，如配合刷寫的$11、$22、$2E、$31、$28、$34、$36、$37、$85等服務(wù)。

本模式重新進(jìn)入：處于編程會話模式下，可以通過$10 02再次進(jìn)入編程會話。

本模式進(jìn)入其他模式：編程會話狀態(tài)下可以通過$10 01進(jìn)入默認(rèn)會話，通過$11 01服務(wù)復(fù)位ECU來進(jìn)入默認(rèn)會話；編程會話不能進(jìn)入擴(kuò)展會話模式。

3）擴(kuò)展會話

某些服務(wù)需要擴(kuò)展會話的支持才能執(zhí)行，擴(kuò)展會話下如果不配合使用$3E服務(wù)，ECU會在數(shù)秒后自動退出擴(kuò)展會話模式進(jìn)入到默認(rèn)會話模式。

本模式重新進(jìn)入：處于擴(kuò)展會話模式下，可以通過$10 03再次進(jìn)入擴(kuò)展會話。

本模式進(jìn)入其他模式：在不使用$3E服務(wù)保持會話時(shí)，可以通過超時(shí)自動退出到默認(rèn)會話模式，可以通過$10 01進(jìn)入默認(rèn)會話，通過$11 01、11 03服務(wù)復(fù)位ECU來進(jìn)入默認(rèn)會話；在某些項(xiàng)目中僅支持$10 03擴(kuò)展模式下，才能進(jìn)入$10 02編程會話。

1.2$10服務(wù)請求報(bào)文

$10服務(wù)的請求報(bào)文格式總體上跟上篇中描述服務(wù)發(fā)送報(bào)文內(nèi)容一致。子服務(wù)通常是前文講的01默認(rèn)會話、02編程會話、03擴(kuò)展會話，當(dāng)然規(guī)范中還存在00保留字段、04安全系統(tǒng)診斷會話、05-3F保留、40-5F主機(jī)廠自定義字段、60-7E零部件供應(yīng)商自定義字段等等。實(shí)際上主機(jī)廠可以根據(jù)項(xiàng)目情況進(jìn)行高自由度的內(nèi)部自定義，因?yàn)檫@些定義的范圍都只是在當(dāng)前項(xiàng)目適用，為了設(shè)計(jì)上的高復(fù)用性和減少設(shè)計(jì)研發(fā)工作量，要適當(dāng)考慮自定義部分的占比。發(fā)送報(bào)文幀結(jié)構(gòu)如下圖：

圖 2

舉例，$10服務(wù)的請求報(bào)文通常為：$10 01、$10 02、$10 03，當(dāng)然根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況可以進(jìn)行自定義子服務(wù)。

1.3$10服務(wù)響應(yīng)報(bào)文

$10服務(wù)的響應(yīng)報(bào)文格式總體上跟上篇中報(bào)文發(fā)送內(nèi)容格式一致。正響應(yīng)報(bào)文的首字節(jié)服務(wù)號根據(jù)協(xié)議變?yōu)?50，第二字節(jié)對應(yīng)請求報(bào)文的子功能。第3至4字節(jié)屬性字段是跟ECU收到報(bào)文后發(fā)送第一幀響應(yīng)報(bào)文間隔時(shí)間相關(guān)的計(jì)時(shí)器設(shè)置數(shù)值，第5至6字節(jié)是NRC中0x78否定響應(yīng)報(bào)文發(fā)送和下一個(gè)消息發(fā)送間隔時(shí)間相關(guān)的計(jì)時(shí)器設(shè)置數(shù)值。響應(yīng)報(bào)文幀的結(jié)構(gòu)圖如下所示：

圖 3

舉例，$10服務(wù)的響應(yīng)報(bào)文通常為：$50 01、$50 02、$50 03。

$10服務(wù)的否定響應(yīng)格式，可以參考上篇文章服務(wù)響應(yīng)總體中負(fù)響應(yīng)部分介紹，所有UDS服務(wù)的負(fù)響應(yīng)故障代碼表在項(xiàng)目中均是通用的。

02

$27安全控制服務(wù)

在本篇當(dāng)中，我們之所以把這兩個(gè)服務(wù)一起來進(jìn)行介紹，是因?yàn)橥ǔ?27服務(wù)使用的前提就是先進(jìn)入$10服務(wù)的擴(kuò)展會話，反過來講$10服務(wù)很少單獨(dú)使用，一般都是跟$27服務(wù)配合先完成安全驗(yàn)證，然后其他服務(wù)才能在一定的會話模式和安全接入等級中正常使用。我們在前篇介紹過主機(jī)廠和零部件廠商可以通過不同的UDS服務(wù)對ECU執(zhí)行很多操作，這些操作有的會修改ECU配置，有的可以重啟設(shè)備，有的可以讀取信息等等。顯而易見的是，不同操作失誤造成的后果嚴(yán)重程度是不一樣的，因此通過安全認(rèn)證就很有必要。我們通常把默認(rèn)狀態(tài)下的ECU叫做鎖定狀態(tài)（Locked），成功執(zhí)行完成$27服務(wù)后的狀態(tài)叫做解鎖（Unlock），只有在解鎖狀態(tài)下才能進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入、修改等等操作。

每次$27服務(wù)的安全認(rèn)證過程在Tester和ECU間會有兩輪的信息報(bào)文交互，大體的交互過程如下圖所示：

圖 4

2.1 請求報(bào)文

$27服務(wù)請求報(bào)文格式總體上跟上篇中UDS請求報(bào)文介紹一致，在交互過程圖中我們可以看到$27服務(wù)發(fā)送了2次請求報(bào)文。

1）Seed請求報(bào)文

$27服務(wù)開始時(shí)，第1條發(fā)送報(bào)文是用于向ECU請求獲取seed，seed通常由ECU根據(jù)算法隨機(jī)生成（不會是固定數(shù)值）。Tester獲取到seed后根據(jù)定義的算法算出key。$27服務(wù)根據(jù)項(xiàng)目診斷規(guī)范要求通常會有幾個(gè)不同的安全級別（一般3個(gè)足夠了），不同級別的區(qū)分通過報(bào)文第2字節(jié)子服務(wù)，即上圖中2n-1字段來定義，通常有0x1、0x 3、0x 5、0x 7-0x 41（奇數(shù)）都可以由主機(jī)廠根據(jù)實(shí)際情況自定義選擇，后面的0x43-0x7F很多用于預(yù)留，當(dāng)然主機(jī)廠想用于自定義也不是不可以。

舉例，本報(bào)文通常有$27 01、$27 05 、$27 09等等用于不同級別安全認(rèn)證服務(wù)。具體安全等級個(gè)數(shù)和對應(yīng)的子功能號均根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況可以自定義實(shí)現(xiàn)。

2）Send key報(bào)文

$27服務(wù)的第2條發(fā)送報(bào)文是用于將計(jì)算好的key發(fā)送給ECU，key的計(jì)算都是基于和ECU使用的相同算法，以及ECU發(fā)出的seed。報(bào)文的第2字節(jié)子功能值跟第一條請求報(bào)文相關(guān)，通常是第1條報(bào)文子功能值加1，所以本報(bào)文的子服務(wù)為偶數(shù)。報(bào)文第3至6字節(jié)即為附帶的key。

舉例，本報(bào)文通常有27 02 XX XX XX XX、27 06 XX XX XX XX、27 0A XX XX XX XX。

2.2 響應(yīng)報(bào)文

與請求報(bào)文相對應(yīng)，$27服務(wù)的響應(yīng)報(bào)文也為2條。響應(yīng)報(bào)文的格式整體上跟上篇文章介紹的響應(yīng)報(bào)文格式一致。

1）Send seed響應(yīng)報(bào)文

$27服務(wù)ECU的第1條響應(yīng)報(bào)文目的是向Tester發(fā)送seed，seed是一串隨機(jī)數(shù)，長度由具體項(xiàng)目規(guī)范確定，seed的產(chǎn)生是ECU根據(jù)內(nèi)置的算法隨機(jī)產(chǎn)生的。ECU將seed發(fā)送給Tester時(shí)，本身也會根據(jù)seed值通過算法得出key值。

舉例，本報(bào)文通常有67 01 XX XX XX XX、67 05 XX XX XX XX、67 09 XX XX XX XX。

2）解鎖確認(rèn)報(bào)文

解鎖成功正響應(yīng)報(bào)文，$27服務(wù)ECU的第2條響應(yīng)報(bào)文，是ECU根據(jù)Tester發(fā)送過來的key，對比本身基于同樣seed，同樣算法計(jì)算出的key值，在兩個(gè)key值相等的情況下，ECU通過安全認(rèn)證服務(wù)，向Tester發(fā)送正響應(yīng)，通知進(jìn)入解鎖狀態(tài)成功。

舉例，本報(bào)文通常有$67 02、$67 06、$67 0A。

3）負(fù)響應(yīng)

負(fù)響應(yīng)的報(bào)文格式可以參考上篇的相關(guān)章節(jié)，負(fù)響應(yīng)NRC代碼表一般在項(xiàng)目中是通用的。

03

總結(jié)

$10服務(wù)和$27服務(wù)通常是配套使用的。

通過上面的描述我們可以看到$27服務(wù)用來做安全等級認(rèn)證，有幾個(gè)關(guān)鍵的要點(diǎn)。一是seed計(jì)算，因?yàn)閟eed用于不同安全等級的key計(jì)算，且必須做好一定強(qiáng)度的防破解設(shè)計(jì)，所以通常情況下都會根據(jù)當(dāng)前時(shí)間結(jié)合其他固定值，通過內(nèi)部設(shè)計(jì)的算法來計(jì)算獲得一串偽隨機(jī)數(shù)，將這串偽隨機(jī)數(shù)作為seed使用。二是key的計(jì)算方法，對應(yīng)不同的安全認(rèn)證等級，基于seed來計(jì)算key，算法在加密復(fù)雜度和數(shù)據(jù)交換速度之間做衡量。

用于$27服務(wù)認(rèn)證的這套算法屬于主機(jī)廠的秘密等級較高的信息，主機(jī)廠對零部件供應(yīng)商釋放時(shí)通常是以DLL庫文件的方法進(jìn)行發(fā)布，并釋放調(diào)用方法的接口。

04

測試要點(diǎn)

對于$10服務(wù)的測試注意點(diǎn)在于：

·不同模式間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)是否跟規(guī)范要求一致；

·其他服務(wù)在不同狀態(tài)下的支持情況是否符合規(guī)范要求。

對于$27服務(wù)的測試注意點(diǎn)在于：

算法本身及dll文件一般都經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組內(nèi)部測試才發(fā)布，不需要過多關(guān)注，需要測試注意的是零部件廠商對于key的計(jì)算，在項(xiàng)目初期經(jīng)常會碰到大小端和移位導(dǎo)致的同樣算法key不一致的情況。

審核編輯 黃昊宇