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引 言

隨著汽車行業(yè)對于數據通信的需求不斷增加，SOME/IP作為支持汽車以太網進程和設備間通信的一種通信協(xié)議應運而生。根據研究^[1]表明，第一代使用SOME/IP的汽車以太網包含了幾個交換機和少量以太網ECU，每個ECU提供了十余種服務。SOME/IP具有輕量化、高效、以接收方的需求為主導的特點，并且能夠提供過程調用和事件通知，逐漸被多種汽車設備所使用。然而，正是由于其被廣泛使用和其重要性，SOME/IP協(xié)議也成為了潛在的攻擊目標。本文將介紹SOME/IP協(xié)議的基本原理，并探討可能的攻擊方式和防范措施。

02

SOME/IP協(xié)議

可擴展的面向服務的IP中間件（Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP，簡稱SOME/IP）^[2]是一種中間件規(guī)范，專門用于傳輸和序列化控制信號，特別是在汽車應用場景中。SOME/IP建立在（汽車）TCP/IP或UDP/IP協(xié)議棧之上，為應用程序提供了一個抽象的面向服務的接口（參見圖1）。因此，應用程序無需處理IP地址和端口，而是使用服務進行通信。SOME/IP的主要目標是實現靈活且?guī)捀咝У耐ㄐ拧?/span>

圖 1 SOME/IP架構

SOME/IP可以大致分為三個部分：服務發(fā)現（Service Discovery，SD）、遠程過程調用（Remote Procedure Call，RPC）和對進程數據的訪問。SD使服務器ECU能夠發(fā)布服務，并使客戶端ECU能夠訂閱車輛網絡中的服務，這些服務由服務ID標識，并可根據需要附加選項，例如終端選項（即IP地址、傳輸協(xié)議（UDP/TCP）和端口號）。網絡中可以存在多個具有相同服務ID的服務實例，并通過不同的實例ID進行唯一標識?？梢允褂肦PC訪問提供的服務，并可以接收有關事件的通知。應用程序可以使用set和get來訪問進程數據。

SOME/IP-SD用于定位服務實例、檢測服務實例是否正在運行，并實現發(fā)布/訂閱處理^[3]。為了提供服務實例，服務器會發(fā)送一個多播服務提供消息OfferService（Service ID，Instance ID），可選擇包括上述終端選項在內的其他選項。服務器可以通過發(fā)送StopOffer（Service ID，Instance ID）消息來停止提供服務實例。如果客戶端未收到具有所需服務ID的合適服務提供消息，則可以主動發(fā)送FindService（Service ID，Instance ID）消息，服務器可以回答并提供所請求的服務。實例ID可以設置為特定值，也可以設置為0xFFFF，以找到所有服務實例。發(fā)布/訂閱機制可用于客戶端需要從服務器獲取一組信號，但又不想每次手動請求該信息的情況?？蛻舳送ㄟ^SubscribeEventgroup（Service ID，Instance ID）向事件組訂閱，并由服務器確認SubscribeEventgroupACK（Service ID，Instance ID）?？蛻舳送ㄟ^StopSubscribeEventgroup（Service ID，Instance ID）消息取消訂閱。在訂閱活動期間，服務器會定期向客戶端發(fā)送事件消息。此外，SOME/IP為服務實例提供了負載平衡選項。服務器可以在其服務提供中設置優(yōu)先級和權重。客戶端應選擇具有最高優(yōu)先級的服務。如果具有相同優(yōu)先級的多個服務實例，則應基于服務實例的權重隨機選擇服務實例。SOME/IP協(xié)議定義了以下幾種主要的通信模式：

（1）請求-響應方法（Request&Response Method）：在請求-響應方法下，一個模塊作為Client端在尋找所需服務時發(fā)現其正在有效生存時間內，發(fā)送一個請求消息，另一個提供該服務的Server端必須回復該請求消息。若請求消息存在差錯，會回復錯誤信息給到Client端。Client端期望在發(fā)送請求后，接收到相應的響應消息。這種模式適用于需要請求和獲取特定數據或執(zhí)行特定操作的場景，如傳感器數據獲取、控制指令下發(fā)等。

圖 2 請求-響應方法（Request&Response Method）

（2）請求-無響應方法（Fire&Forget Method）：在請求無響應方法下，一個模塊作為Client端在尋找所需服務時發(fā)現其正在有效生存時間內，發(fā)送一個請求消息，另一個提供該服務的Server端無需回復該請求消息。即使請求消息存在差錯，也不會回復錯誤信息。

圖 3 請求-無響應方法（Fire&Forget Method）

（3）事件通知（Event）：在事件通知模式下，作為Server端的模塊會對已經訂閱其服務的Client端發(fā)送狀態(tài)值或者觸發(fā)事件的通知。這種模式適用于實時共享狀態(tài)信息和事件通知的場景，如交通事件發(fā)布、環(huán)境變化通知等。

圖 4 事件通知（Event）

（4）域值通知（Field）：域值通知模式是對于Method和Event數據包的組合，它提供了3種通信流程：

① Notify：Notify報文一般會在Client訂閱服務之后，由Server端發(fā)送，用于通知域值。

圖 5 Notify

② Getter：Getter報文使用請求響應方法的模式，當Client端向Server端發(fā)送獲取域值的請求時，Server端返回當前域值。

圖 6 Getter

③ Setter：Setter報文使用請求響應方法的模式，當Client端向Server端發(fā)送設置域值的請求時，Server端返回更新后的域值。

圖 7 Setter

這些通信模式為SOME/IP協(xié)議提供了靈活的通信方式，使得車輛內部模塊和車輛與外部實體之間可以以適當的方式進行通信和數據交換。通過選擇合適的通信模式，車輛系統(tǒng)可以實現高效的數據交換、實時的事件通知和靈活的方法調用，以滿足各種復雜的應用需求。