车联网can总线协议初探

can总线协议

CAN总线协议（Controller Area Network）是一种用于车联网的串行通信协议。它最初由德国Bosch公司在20世纪80年代为汽车电子控制系统而开发，旨在解决不同电子控制单元（ECU）之间的通信问题。以下是CAN总线协议的一些关键特点：

1. 高可靠性和实时性：CAN协议支持快速的数据传输和错误检测与纠正，确保了通信的高可靠性和实时性。
2. 多主架构：CAN总线是一种多主（multi-master）架构，这意味着任何节点都可以在总线上发送消息，无需中央控制器。
3. 短帧格式：CAN总线使用短帧格式（8字节的数据），这使得通信效率高，且可以满足汽车控制系统对实时性的要求。
4. 错误检测机制：CAN协议具有多种错误检测机制，如位填充、帧校验、应答校验和错误检测码，以确保数据传输的完整性和可靠性。
5. 消息优先级：CAN总线协议使用消息标识符来确定优先级。较低数值的标识符拥有更高的优先级，这使得紧急信息可以优先传输。
6. 速度和距离：CAN协议支持的最大传输速率可达1Mbps，但速率和距离成反比。典型的汽车应用中，CAN总线的长度可达几百米。
7. 应用广泛：除了汽车领域，CAN总线协议还广泛应用于工业自动化、医疗设备和其他需要可靠通信的嵌入式系统中。
8. 扩展性：CAN总线可以与其他网络协议（如CAN FD、LIN、FlexRay等）集成，以满足更高的数据速率和功能需求。

CAN总线协议在车联网中发挥着关键作用，使得不同的汽车电子控制单元可以有效地协同工作，提升了汽车的智能化和自动化水平。

ICSim模拟

ICSim 包括一个带有车速表、门锁指示灯、转向信号灯和控制面板的仪表板。模拟控制器允许用户与模拟汽车网络进行交互，应用加速、刹车、控制门锁和转向信号。所以可以通过ICSim模拟汽车的行为，并抓取ICSim的can报文

安装ICSim环境，需要首先安装ICSim所需依赖库：

sudo apt install libsdl2-dev libsdl2-image-dev

要发送、接收和分析 CAN 包，我们需要 CAN 分析工具。Can-utils 是一组 Linux 实用程序，允许 Linux 与车载 CAN 网络进行通信。Can-utils 包含 4个我们经常使用的主要工具：

sudo apt install can-utils
#candump : 显示、过滤和记录CAN数据到文件。candump并不会解码数据。
#canplayer : 对记录的CAN数据进行重放。
#cansend : 发送CAN数据。
#cansniffer : 显示CAN数据并高亮显示变化的字节。

然后奖ICSim下载下来

git clone https://github.com/zombiecraig/IcSim.git

切换到ICSim目录，执行”make”命令，就可以编译成功。编译成功后，先运行setup_vcan.sh文件创建vcan0网卡

然后执行./icsim vcan0

接着另起一个窗口执行./controls vcan0

下面，我们可以使用如下键位来操作控制器

上方向键加速
向左方向键左转
向右方向键右转
右shift+A/X开左车门（前/后）
右shift+B/Y开右前车门（前/后）
左shift+A/X关左车门（前/后）
左shift+B/Y关右前车门（前/后）

我们可以使用”candump vcan0”来抓取CAN包裹流量，这时我们对控制器进行操作就会抓取相应命令的流量。如下图，左侧可以看到抓取的流量直接打印到屏幕上，显示流量时还是比较乱的

这时我们可以使用”candump -l vcan0”，candump会自动将抓取的流量包放入candump-xxx.log文件中

想要停止抓取可以按”ctrl+c”。查看一下抓取流量包，第一列，括号内的是时间戳，第二列中vcan0为我们的虚拟can接口。后面的是ID和数据，ID和数据以#号分割。

candump可以监听并记录原始数据，会有很多对我们无用的数据。can-utils工具包中还有一款可以根据仲裁ID进行分组显示，并对变化的数据以红色显示，使我们比较容易分辨，它就是cansniffer。我们使用”cansniffer -c vcan0”命令来对vcan0进行监听。

我们可以测试一下，当我按下左方向键时，仪表盘开始出现左转向的灯。同时左侧的流量包开始变动，但是不太好观察到哪里出现了变化。

看网上的文章可以截图将ID这 一列固定在左侧，然后进行左转向的时候观察哪里发生了变化，这里就不详细截图了，直接说结果吧，最终发现”188#01000000”这一条是对转向进行操作的包裹，然后用同样的方法可以发现右转向是”188#02000000”，我们也可以使用cansend进行验证

cansend vcan0 188#01000000

测试加油的指令时，上面的操作也可以比较方便的分析出加油指令ID和数据。这里不在重复讲解，上面的方法固然好用，但是也有不适用的时候，比如情况比较复杂，出现的ID变化或者较多。我们还有一种方法可以分析出对车辆的指令。我们首先使用”candump -l vcan0”进行流量抓取，抓取过程中进行加油门操作，然后松开油门，使其速度将为最低，最后停止抓取流量。
这样一来，整个的过程就可以抓取到log文件中。我们使用重放的发送，发送这个log文件中的所有内容。

命令如下，使用”canplayer -I candump-xxx.log”命令就会将抓取到的流量重新发送一边。发送后可以观察到我们上面加速和减速的整个过程，接下里我们就要使用二分法截取加速的部分。

最后经过分析，发现”244#0000001xxx”即为加速指令。我们重放后，可以观察到加速现象。

Fuzzing

我们可以使用savvyCAN工具对can协议进行fuzz测试。

savvyCAN安装过程如下，

首先需要安装qt环境，这里我使用5.14.2版本(https://download.qt.io/archive/qt/5.14/5.14.2/)(savvyCAN环境要求>=5.14.0版本)，下载".run"的在线安装程序，然后其赋予执行权限(chmod 755 qt-xxx.run)，使用”./qt-xxx.run”进行安装，这里我安装完毕后的目录为”~/Qt5.14.2/5.14.2”。

SavvyCAN的安装

安装SavvyCAN是一个非常容易和简单的过程。您可以通过https://www.savvycan.com，下载适用于Linux、Mac和Windows平台的预编译二进制文件。

wget https://github.com/collin80/SavvyCAN/releases/download/V199.1/SavvyCAN-305dafd-x86_64.AppImage

下载appimage时，无需安装，直接运行相应的可执行文件即可！

chmod 777 SavvyCAN-305dafd-x86_64.AppImage
./SavvyCAN-305dafd-x86_64.AppImage

运行SavvyCAN后，我们可以看到：

如果我们打算将SavvyCAN与ICSim搭配使用，所以，我们还需要安装qtserialbus。

安装qt5

wget https://download.qt.io/official_releases/qt/5.14/5.14.4/qt-opensource-linux-x64-5.14.2.run

下载qt5后，我们需要安装/运行它，具体命令如下所示：

chmod 777 qt-opensource-linux-x64-5.14.2.run
./qt-opensource-linux-x64-5.14.2.run

记下路由名称，因为后面会用到的。

一旦安装了qt5，接下来就得安装qtserialbus了，因为该软件没有包含在官方的Ubuntu存储库中，所以，我们还得自己动手，才能丰衣足食。

$ sudo apt install qtdeclarative5-dev qttools5-dev g ++

$ git clone https://github.com/qt/qtserialbus

$ cd qtserialbus

$ /home/youlin/Qt5.14.2/5.14.2/gcc_64/bin/qmake .

$ make

编译SavvyCAN

为了使用qtserialbus，我们还需要通过qmake编译之前下载的SavvyCAN的AppImage文件，具体命令如下所示：

$ git clone https://github.com/collin80/SavvyCAN $ cd SavvyCAN $ /home/y0g3sh/Qt5.14.2/5.14.2/gcc_64/bin/qmake CONFIG + = debug $ make

启动SavvyCAN

启动我们刚刚编译好的SavvyCAN，而不是我们之前下载的appimage文件。

请记住，如果您想在真正的汽车上运行它，而不是使用qtserialbus的话，则可以直接使用appimage文件，而不必费劲巴拉地编译SavvyCAN了。

这样就可以连接到我们的ICSim了

savvyCAN工具部分功能与我们上面使用的can-utils工具相同，下图为RE tools中的sniffer功能，与我们上面操作使用的cansniffer功能相同，但是savvyCAN中变化的数据使用了颜色进行标记，更便于我们辨识数据。

savvyCAN工具的重点即为fuzz功能，点击”Send Frames-fuzzing”就会出现下图中的fuzzing window，这个窗口中的功能适用于我们想要fuzz否个ID范围，并且可以自定义fuzz的数据。

下图中为我测试0x244 ID的fuzz效果