2024年3月28日发(作者：)
MANUFACTURING AND PROCESS
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时代汽车
CAN总线信息认证码（MAC）研究
洪雷 万开明
上汽通用汽车有限公司 上海市 200120
CAN（Controller Area Network）总线技术的发展令人惊叹，基于CAN的车载总线实现ECU（Electronic
摘 要：
Control Unit）分布式实时数据通讯，自由通信，总线仲裁。本文提出了在CAN协议基础上增加ECU
间（Key）密钥分配与信息认证，简称MAC（Message Authentication Code，信息认证码）。本文会由
浅入深阐述当前CAN总线协议基础上的MAC的工作原理与实现方式。
关键词：
CAN总线；信息认证；MAC（Message Authentication Code）
1 CAN总线简介
CAN（Controller Area Network）网
络由德国Bosch博世公司1991发明，旨在提
供一种多ECU（Electronic Control Unit）
高性能，稳定性高，成本低，扩展性强，并
兼顾总线仲裁的车载总线协议。
源，避免因MAC的认证影响车辆正常使
用与运行。
2.4 低成本
MAC认证的实施成本低，ECU硬件调整，
ECU软件调整费用可控；
2.5 密钥控制成本
密钥的生成，存储，写入，获取，重写，
都需要连接OEM后台服务器，增加或减少
ECU不改变已有MAC认证策略；
认证场占用部分CAN协议中的 Data
Field（数据场）的优点：
协议集成度高，模块的CAN协
议层经历漫长开发，调整，优化；避免模块
重新开发与调试的高昂费用；
协议中除Data Field部分，都定
义明确；对ECU软件与CAN协议进行最小
升级实现MAC功能；
c.为向下兼容提供可能。
指出的是成对密钥无法支持方向性确认。具
备确认MAC的真实性的同时也就具有生成
MAC的能力。
成对密钥依需设置多组，整车中网络报
文的发送方，接收方都有明确规定，一组成
对密钥只限于发送方与接受方，无关模块不
写入成对密钥。以确保只有已设置权限的获
取成对密钥的实体才能生成和认证MAC。
成对密钥存储在ECU的NVM（Non-
Volatile-Memory）中，成对密钥不能通过
诊断命令直接读取，需要通过模块指定API
调用。
2 MAC 信息认证码简介
MAC（信息认证码）通过车载CAN总
线中ECU间网络报文的认证，确认信息来
源。报文的发送方计算并生成认证码MAC
（Message Authentication Code）并包含在
报文Data Field中，MAC的数值需要证实
数据的完整性和真实性。接收方需要在接受
与处理信息之前确认MAC的合法性。设计
意图主要有以下几点：
2.1 CAN协议兼容性
MAC数据信息需要支持并符合已有
CAN总线协议，无需对已有CAN总线协议
进行修改。
2.2 ECU硬件兼容性
MAC的布置无需对ECU模块硬件进行
升级或更换，仅更新ECU的软件即可实现
MAC认证功能。
2.3 实时性
MAC认证不应消耗过多ECU运算资
4 防重放计数器（Anti-Replay
Counter）
与控制器的Security Access类似，
MAC也会遇到非法外置设备的重放入侵，
穷举测试直到找到正确的成对密钥，防重放
场应运而生。非法设备可以通过将监听到的
3 密钥简介
MAC的生成与安全访问（Security
Access）计算方式类似。发送方与接收方需要
共享密钥，称为Symmetric Encryption(成
对密钥)。发送方与接收方生成MAC，认证
MAC都需相同的密钥。在开始通讯前报文的
发送方接收方需共享密钥的写入。需要特别
总线报文重放的方式来实现认证与攻击。为
了解决重放攻击问题，加入了Anti-Replay
Counter意在解决总线报文重放攻击。
报文的接收方需要能够判断出报文是否
为重放攻击，报文本身必须包含信息确保此
报文仅被发送了一次，否则蓄意攻击方可以
在不理解总线内容的情况下进行监听，并在
AUTO TIME
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发送方发送方
报文报文
Key
成对密钥
报文
Hash
MAC
加密算法
MAC
Key
成对密钥
Counter
计数器
Counter
计数器
Hash
MAC
加密算法
MACMAC
=？
MAC
MAC=Messagee Authentication Code
报文校验
如果相等则校验成功，证明报文来自合法节点
（Node）
随后实现重放攻击，达成与监听时合法发送
方相同的效果。
在认证码防御的方案中， 常见的防御方
案有两种：
（1）随机数：发送方与接收方会将随机
数写入NVM（Non-Volatile-Memory）中，
报文中出现NVM中记录过的随机数则说明
是重放侵入。优点是逻辑简单，实现方便，
缺点是需要记录的随机数对NVM的占用较
高。
（2）流水号：在发送方与接收方之间增
加一个逐步递增或递减的标识符，标识符也
需要通过加密的方式融合到认证码场中。发
送方的标识符如果不连续则说明是重放侵入。
优点：相比于随机数，流水号方式对NVM
的占用较小。
MAC发送方与接受方的关系如上图：
参考文献：
[1] Vehicles-Controller area network
（CAN）[S].ISO 1898-2，2003.
[2] Vehicles-Unified diagnostic services
（UDS）[S].ISO 14229-1，2013.
5 结束语
汽车CAN总线技术是当代汽车行业发展
的主流趋势，伴随着车辆电器系统的迅速发
展，各大主机厂都在考虑在其已有CAN架构
电子架构中，实现了MAC总线信息认证功能，
实现确认信息来源增强车载CAN总线的安全
性的目的。本文介绍的成对密钥，防重放计
数器都是MAC功能实现的核心。
作者简介
洪雷：
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