基于IEEE 802.1Qci的时间敏感网络（TSN）主干架构安全分析及异常检测系统设计

中文标题：基于IEEE 802.1Qci的时间敏感网络（TSN）主干架构安全分析及异常检测系统设计 英文标题：Security Analysis of the TSN Backbone Architecture and Anomaly Detection System Design Based on IEEE 802.1Qci

作者信息：

• Feng Luo
• Bowen Wang
• Zihao Fang
• Zhenyu Yang
• Yifan Jiang 学校：同济大学汽车学院，上海，中国 通讯作者：Bowen Wang; [e-mail]

论文出处：Security and Communication Networks, 2021年

主要内容概述：

1. 引言： 随着智能和联网车辆的发展，车载以太网将在下一代车辆网络架构中扮演重要角色。时间敏感网络（TSN）协议能够精确保证汽车以太网关键信号的时间确定性。本文首先通过微软STRIDE威胁模型分析了TSN汽车以太网作为骨干E/E（电气/电子）架构的安全性，并列出可能的安全对策，包括TSN中定义的安全协议，以便TSN安全协议与传统保护技术形成完整的汽车以太网保护系统。

2. 背景与相关工作： 本文概述了TSN标准，讨论了车内以太网网络的威胁和攻击向量，包括主动操纵或窃听消息、伪装攻击和DoS攻击。同时，回顾了国际标准和学术研究，如SAE国际出版的Cybersecurity Guidebook for Cyber-Physical Vehicle System (J3061)和IEEE 802.1X-2010等。

3. TSN骨干网络的安全分析： 分析了TSN骨干E/E架构，并使用STRIDE威胁模型识别系统安全威胁。讨论了在TSN中可以使用的安全对策，包括防火墙、入侵检测系统、加密和访问控制。

1. 基于IEEE 802.1Qci的异常检测系统（ADS）设计： 详细分析了IEEE 802.1Qci中定义的每流过滤和策略（PSFP）的安全机制，并提出了基于PSFP的异常检测系统。该系统利用流过滤器、流门和流量计创新地解决DoS攻击和异常流量行为引发的问题。

2. 仿真与结果： 使用OMNeT++作为仿真工具，评估了基于IEEE 802.1Qci的ADS性能。案例研究是一个TSN ADAS传感器融合区域网络，其中每个交换机的每个端口都支持PSFP，并且应用了IEEE 802.1Qbv中定义的TAS。实验结果表明，ADS成功识别并丢弃了四种不同的异常流量事件，减少了异常流量的影响，特别是DoS攻击。

3. 结论： 本文通过STRIDE威胁模型分析了汽车TSN作为骨干E/E架构的安全性，并设计了基于IEEE 802.1Qci的异常检测系统。仿真结果表明，ADS能够减少异常流量的影响，特别是DoS攻击，并且能够确保最高优先级控制消息不受异常消息的影响，实现了ADS设计的目标。未来的工作将通过基于仿真设计方法和模型的硬件进一步评估ADS的性能。