Elektrikli araçlarda sistem güvenliğinin arttırılması
Increasing system security in electric vehicles
Yazar: UMUT ŞENSÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA NİL
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Siber güvenlik = Cyber security ; Veri şifreleme = Data encryption ; İleri şifreleme standart algoritması = Advanced encryption standard algorithm ; Şifreli haberleşme = Encoded communication

Özet:
Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte araçlar ve otomotiv elektroniğinde bir değişim süreci yaşanmaktadır. Bu doğrultuda elektrikli araçların hayatımızdaki yeri artmış, gelişmiş elektronik cihazlar, akıllı araç özellikleri, gelişmiş sürücü destek sistemleri gibi özellikler ve cihazlar otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.

Araçlarda kullanılan Elektronik Kontrol Ünitelerinin (ECU) sayıları artmakta, bu kontrol ünitelerine ek olarak çok sayıda ekran, modem, bilgi-eğlence sistemleri, gelişmiş sürücü destek sistemleri gibi elektronik bileşenler ve özellikler elektrikli araçlarda yerini almaya başlamıştır. Tüm bu özellikler ve elektronik bileşenler beraberinde birçok sensör ve ECU kullanımını gerektirmektedir. Sensörlerden gelen yüksek güvenlik seviyesindeki veriler, farklı haberleşme protokolleri üzerinden denetleyicilere taşınmakta ve denetleyiciler tarafından işlenmektedir. Bu yüksek güvenlikli veriler dışarıdan manipüle edilerek, aracın kritik özellikleri (direksiyon, gaz pedalı, fren, kilit, vb.) kontrol edilebilmektedir. Bilgi-eğlence (infotainment) ve bağlanabilirlik (connectivity) özelliklerinin gelişmiş versiyonlarının araçlarda yer alması ile birlikte araçlar dış birimler ile haberleşebilir duruma gelmiştir. Araçtan her şeye (V2X) ve ECU yazılım güncellemeleri için havadan (OTA) güncelleme gibi özellikler araçlarda kullanılmaktadır. Bulut ve internetten araca alınan veriler, araç içi ağındaki bazı ECU'lar tarafından kullanılmakta ve araçtaki bazı kritik özellikleri kontrol etmektedir. Bu durumda hem dış haberleşme hem de araç içi haberleşme güvenli bir şekilde gerçekleştirilmelidir. 

Bu çalışmada, Gelişmiş Şifreleme Standartı (AES) ve Özel Veya (XOR) şifreleme yöntemlerini içeren bir şifreleme mekanizmasına ve kimlik doğrulama fonksiyonuna sahip güvenli bir araç içi haberleşme sistemi tasarlanarak elektrikli aracın sistem güvenliğinin arttırılması hedeflenmiştir. Kontrol Alan Ağı (CAN) ve Evrensel Asenkron Alıcı Verici (UART) haberleşme protokolleri kullanılarak hibrit bir sistem oluşturulmuştur. Şifreleme işlemlerinde rastgele sayılar kullanılarak şifreleme güvenliğinde artış sağlanmıştır. Tüm bu gerçekleştirilen işlemler ile araç haberleşme ağındaki kritik ve önemli verilerin dışarıdan ulaşılabilir, anlamlandırılabilir ve manipüle edilebilir olmaması amaçlanmıştır.

Abstract:
With the advancement of technology, there is a change process in vehicles and automotive electronics. In this direction, the place of electric vehicles in our lives has increased, features and devices such as advanced electronic devices, smart vehicle features, advanced driver assistance systems have been widely used in the automotive industry.

The number of Electronic Control Units (ECU) used in vehicles is increasing and in addition to these control units, electronic components and features such as many screens, modems, infotainment systems and advanced driver assistance systems have begun to take their place in electric vehicles. All these features and electronic components require the use of many sensors and ECUs. High security level data coming from sensors are transferred to controllers via different communication protocols and processed by the controllers. By manipulating these highly secure data from the outside, critical features of the vehicle (steering wheel, accelerator pedal, brake, lock, etc.) can be controlled. With the introduction of advanced versions of infotainment and connectivity features in vehicles, vehicles have become able to communicate with external units. Features such as Vehicle-to-Everything (V2X) and Over-the-Air (OTA) updates for ECU software updates are used in vehicles. Data received from the cloud and the internet to the vehicle is used by some ECUs in the in-vehicle network and controls some critical features in the vehicle. In this case, both external communication and in-vehicle communication must be performed securely.

In this study, it is aimed to increase the system security of the electric vehicle by designing a secure in-vehicle communication system with an encryption mechanism that includes Advanced Encryption Standard (AES) and Exclusive Or (XOR) encryption methods and authentication function. A hybrid system was created using Controller Area Network (CAN) and Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) communication protocols. An increase in encryption security has been achieved by using random numbers in encryption processes. With all these operations, it is aimed to ensure that critical and important data in the vehicle communication network cannot be accessed, interpreted and manipulated externally.