Untersuchungen zur Anomalieerkennung in automotive Steuergeräten durch verteilte Observer mit Fokus auf die Plausibilisierung von Kommunikationssignalen
Creators: name: Weber, Marc
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2019
Subjects: Automotive
Security
Anomaly Detection
Intrusion Detection
Time Series
Autoencoder

description: Die zwei herausragenden automobilen Trends Konnektivität und hochautomatisiertes Fahren bieten viele Chancen, aber vor allem in ihrer Kombination auch Gefahren. Einerseits wird das Fahrzeug immer mehr mit seiner Außenwelt vernetzt, wodurch die Angriffsfläche für unautorisierten Zugriff deutlich steigt. Andererseits erhalten Steuergeräte die Kontrolle über sicherheitsrelevante Funktionen. Um das Risiko und die potentiellen Folgen eines erfolgreichen Angriffs möglichst gering zu halten, sollte eine Absicherung auf mehreren Ebenen erfolgen.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der innersten Absicherungsebene und dabei speziell auf der Überwachung von Fahrezug-interner Kommunikation. Hierfür empfehlen Wissenschaft und Industrie unter anderem den Einsatz von Intrusion Detection/Intrusion Prevention Systemen. Das erarbeitete Konzept greift diesen Vorschlag auf und berücksichtigt bei der Detaillierung die Steuergeräte-spezifischen Randbedingungen, wie beispielsweise die vergleichsweise statische Fahrzeugvernetzung und die limitierten Ressourcen. Dadurch entsteht ein hybrider Ansatz, bestehend aus klassischen Überwachungsregeln und selbstlernenden Algorithmen. Dieser ist nicht nur für die Fahrzeug-interne Kommunikation geeignet, sondern gleichermaßen für den Steuergeräte-internen Informationsaustausch, die Interaktion zwischen Applikations- und Basissoftware sowie die Überwachung von Laufzeit- und Speichereigenschaften. Das übergeordnete Ziel ist eine ganzheitliche Steuergeräte-Überwachung und damit eine verbesserte Absicherung im Sinne der Security. Abweichungen vom Sollverhalten - sogenannte Anomalien - werden jedoch unabhängig von deren Ursache erkannt, sei es ein mutwilliger Angriff oder eine Fehlfunktion. Daher kann dieser Ansatz auch zur Verbesserung der Safety beitragen, speziell wenn Applikationen und Algorithmen abzusichern sind, die sich während des Lebenszyklus eines Fahrzeugs verändern oder weiterentwickeln.
Im zweiten Teil der Arbeit steht die Plausibilisierung von einzelnen Kommunikationssignalen im Vordergrund. Da deren möglicher Verlauf nicht formal beschrieben ist, kommen hierfür selbstlernende Verfahren zum Einsatz. Neben der Analyse und der Auswahl von grundsätzlich geeigneten Algorithmen ist die Leistungsbewertung eine zentrale Herausforderung. Die zu erkennenden Anomalien sind vielfältig und in der Regel sind nur Referenzdaten des Normalverhaltens in ausreichender Menge vorhanden. Aus diesem Grund werden unterschiedliche Anomalie-Typen definiert, welche die Anomaliesynthese in Normaldaten strukturieren und somit eine Evaluierung anhand der Erkennungsrate erlauben. Die Evaluierungsergebnisse zeigen, dass eine Signalplausibilisierung mittels künstlichen neuronalen Netzen (Autoencoder) vielversprechend ist. Zum Abschluss betrachtet die vorliegende Arbeit daher die Herausforderungen bei deren Realisierung auf automotive Steuergeräten und liefert entsprechende Kennzahlen für die benötigte Laufzeit und den Speicherverbrauch.