摘要

本文介紹軟件定義車聯(lián)網(wǎng)的體系和漏洞挖掘相關(guān)技術(shù)。分別就傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)體系、SDN 基本原理、軟件定義車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)三個(gè)方面闡述軟件定義車聯(lián)網(wǎng)，就一般漏洞挖掘方法分類和模糊測(cè)試兩個(gè)方面闡述漏洞挖掘技術(shù)。

1 車聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

隨著汽車數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，世界上許多國(guó)家都面臨隨著嚴(yán)重的交通堵塞和環(huán) 境污染問(wèn)題。為了解決這種問(wèn)題，各國(guó)先后在推廣車輛限行、擴(kuò)大公共交通、發(fā)展新能源汽車等方面進(jìn)行了諸多嘗試，但結(jié)果均差強(qiáng)人意。近年來(lái)，隨著5G、人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，智慧交通逐漸成為研究的熱點(diǎn)。車聯(lián)網(wǎng)作為智慧交通建設(shè)的重要基礎(chǔ)，具備道路感知、車輛感知、行人感知等特性，在提升道路安全和提升通行效率方面具有天然的優(yōu)勢(shì)。車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了早期的VANET技術(shù)和如今的V2X技術(shù)兩個(gè)階段。

VANET的概念起源于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(Mobile Ad-hoc Network,MANET) , 繼承了其動(dòng)態(tài)拓?fù)?、自?dòng)組網(wǎng)和位置分散的特點(diǎn)。VANET的基本架構(gòu)中主要包含兩種類型的車輛通信：車輛到車輛(Vehicle-to-Vehicle,V2V)通信，車輛到基礎(chǔ)設(shè)施(Vehicle to Infrastructure,V2I)通信。通過(guò)V2V通信，車輛可以實(shí)時(shí)監(jiān)控附近道路上其他車輛的信息，為駕駛提供高科技解決方案,實(shí)現(xiàn)車輛安全和智能駕駛。通過(guò)V2T通信，車輛可以獲知有關(guān)周圍各種設(shè)施的信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和服務(wù)信息獲取。VANET的通信系統(tǒng)通常由路邊單元(Road Side Unit,RSU)，車載單元(On-board Unit,OBU)和專用的短距離無(wú)線通信協(xié)議組成，確保了車輛能夠在移動(dòng)環(huán)境下能夠獲得網(wǎng)絡(luò)接入。

V2X思想的出現(xiàn)得益于物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，5G的出現(xiàn)帶來(lái)的高吞吐與低時(shí)延特性使得車輛與萬(wàn)物互聯(lián)成為可能。V2X通信分為五種主要類型，除了上述的V2V和V2I以外，還包括車輛到行人(Vehicle-to-Pedestrian,V2P) 通信、車輛到設(shè)備通信(Vehicle-to-Device,V2D)以及車輛到網(wǎng)絡(luò)(Vehicle-to-Network,V2N)通信。V2P旨在在車輛與用戶隨身攜帶的設(shè)備之間建立通信，可以實(shí)現(xiàn)人對(duì)車輛的非接觸控制，比如遠(yuǎn)程開關(guān)車門?？梢詽M足用戶對(duì)車輛信息的獲取，比如基于定位的距離提醒和對(duì)車輛自身屬性的感知等等。V2P雖然是通過(guò)與人攜帶的設(shè)備通信，但其核心在于以人為本的通信服務(wù)，而V2D指的是車輛與自身搭載的所有電子設(shè)備之間進(jìn)行信息交換，比如紅外傳感器、車載藍(lán)牙設(shè)備、智能攝像頭等。V2N旨在將車輛與云端車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接到一起，通過(guò)云平臺(tái)的統(tǒng)一管理實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃、精準(zhǔn)定位、信息娛樂等功能。如圖1是一個(gè)典型的車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)圖

國(guó)際上主流的車聯(lián)網(wǎng)中無(wú)線通信技術(shù)主要有兩種，一種是基于802.11P的專用短程通信(Dedicated Short-Range Communications,DSRC)技術(shù)，另一種是基于蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(Cellular V2X,C-V2X)的通信技術(shù)。歐美等汽車發(fā)達(dá)國(guó)家起步較早，已經(jīng)對(duì)DSRC技術(shù)有了較為成熟的研究和應(yīng)用，但隨著頻譜劃分越來(lái)越細(xì)和標(biāo)準(zhǔn)制定的困難，DSRC發(fā)展增速放緩。近幾年中國(guó)大力發(fā)展4G和5G，在C-V2X的研究道路上屬于后起之秀。C-V2X能夠復(fù)用舊式蜂窩網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)覆蓋范圍廣，運(yùn)營(yíng)模式經(jīng)歷了多年實(shí)踐日益精進(jìn)，是當(dāng)前首選的V2X通信技術(shù)。

總體來(lái)看，車聯(lián)網(wǎng)具有如下特性：

(1) 天然的高速移動(dòng)性。車輛的自身使命就是移動(dòng)，由此帶來(lái)了高變化的動(dòng)態(tài)拓?fù)?、通信鏈路維持時(shí)間短等弊端，但也為移動(dòng)邊緣計(jì)算、邊緣存儲(chǔ)等新興技術(shù)提供了孵化場(chǎng)景，有利也有弊。

(2) 需要持續(xù)、可靠、穩(wěn)定通信連接，對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高。自動(dòng)駕駛、交通安全等應(yīng)用場(chǎng)景下必須保證極低的時(shí)延和穩(wěn)定的連接，否則便有可能引起安全事故。而車輛的連接容易受到復(fù)雜環(huán)境因素的干擾，因此必須解決通信服務(wù)質(zhì)量才有可能提供安全穩(wěn)定的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

(3) 統(tǒng)一管理難度逐步加大。多種無(wú)線通信技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 的加入,使得對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一管理難度加大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆y以在短時(shí)間內(nèi)快速獲取，基于云端的車聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)又存在一定延遲，網(wǎng)絡(luò)的管理成本逐步增加。

1.2 軟件定義網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

SDN的概念最早由美國(guó)斯坦福大學(xué)的McKeown教授及其團(tuán)隊(duì)提出，主要目的是用于解決傳統(tǒng)因特網(wǎng)封閉式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)的難以進(jìn)化發(fā)展的問(wèn)題。從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史來(lái)看，SDN的誕生具有其客觀必然性。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了幾十多年的發(fā)展早已變得臃腫不堪，期間產(chǎn)生了為數(shù)眾多的的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每一次新型協(xié)議部署和設(shè)備升級(jí)都耗時(shí)耗力，越發(fā)困難重重。SDN憑借其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離的新穎思想快速獲得了來(lái)自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界一致的青睞。時(shí)至今日，全世界已經(jīng)有諸如谷歌、Facebook等大廠將SDN技術(shù)應(yīng)用于其商業(yè)化的數(shù)據(jù)中心。SDN的早期發(fā)展歷史如表1所示。

表1 SDN早期發(fā)展歷史

1.2.1 SDN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SDN采用分層思想設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制進(jìn)行解耦分離，形成了自上而下的“應(yīng)用層—控制層—數(shù)據(jù)層”的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型。每一層的功能與其各自的名稱高度對(duì)應(yīng)。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)基于底層網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)的各種功能型應(yīng)用以滿足不同用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)功能的不同需求，主要包括負(fù)載均衡、路由、服務(wù)質(zhì)量、防火墻等功能，這些應(yīng)用由專業(yè)人員根據(jù)需求進(jìn)行定制化開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的可編程能力?？刂茖邮菓?yīng)用層和數(shù)據(jù)層交互的媒介，用于控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。控制層通過(guò)基于軟件實(shí)現(xiàn)的SDN控制器實(shí)時(shí)收集來(lái)自數(shù)據(jù)層的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的信息和狀態(tài)，通過(guò)北向接口(North Bound Interface,NBI)向上提供給應(yīng)用層，并具備將來(lái)自應(yīng)用層的規(guī)則轉(zhuǎn)譯為底層硬件設(shè)備能夠執(zhí)行的硬件級(jí)指令能力，將其通過(guò)南向接口(South Bound Interface,SBI)下發(fā)到數(shù)據(jù)層以執(zhí)行來(lái)自上層的命令。這一過(guò)程與高級(jí)編程語(yǔ)言經(jīng)過(guò)編譯器編譯后轉(zhuǎn)換成機(jī)器可以執(zhí)行的機(jī)器碼過(guò)程極為類似，這也是SDN設(shè)計(jì)理念借鑒了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)原理的精華而具備可行性的原因所在。在實(shí)際應(yīng)用中，SDN控制器可以根據(jù)需求以分布式的形式而存在，物理分散而邏輯集中，滿足實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中豐富的需求類型。數(shù)據(jù)層位于三層架構(gòu)的最底層，由SDN交換機(jī)及其他各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，主要負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。SDN交換機(jī)通過(guò)控制器統(tǒng)一下發(fā)的流表來(lái)匹配每一項(xiàng)數(shù)據(jù)流的執(zhí)行動(dòng)作，整個(gè)數(shù)據(jù)層資源被抽象成統(tǒng)一的硬件模型，所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過(guò)控制器和流表來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而提升了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。

圖2 SDN基本架構(gòu)圖

由于SDN采用了分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，因此從北到南各層之間的通信通過(guò)南/北向接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。SBI提供了控制器對(duì)數(shù)據(jù)層抽象硬件資源的編程能力，而NBI提供了應(yīng)用層對(duì)控制器的編程能力。在SDN發(fā)展歷程中，OpenFlow協(xié)議是最早采用的也是ONF官方提出的SBI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此主流的SDN控制器都采用OpenFlow協(xié)議作為SBI，而NBI目前還在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的道路上不斷探索前進(jìn)，因此不同的 控制器擁有不同的NBI。另外，有學(xué)者提出了SDN東西向接口(EastWest Bound Interface,E/WBI)的概念，用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)SDN 集群之間進(jìn)行控制器間的跨域通信，這將進(jìn)一步拓寬SDN網(wǎng)絡(luò)之間和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接能力。主流的SDN架構(gòu)圖如圖2所示。

SDN的本質(zhì)在于控制和轉(zhuǎn)發(fā)的分離，具體體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟硬件解耦、控制層與數(shù)據(jù)層解耦?；诮y(tǒng)一的全局網(wǎng)絡(luò)資源視圖和對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行抽象的南北向接口，提供了整體網(wǎng)絡(luò)可編程性，從而使得SDN拓寬了很多領(lǐng)域的問(wèn)題解決方案。有效實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的抽象隔離，解決了網(wǎng)絡(luò)資源沖突，提高了網(wǎng)絡(luò)資源分配效率。

1.2.2 OpenFlow協(xié)議

OpenFlow協(xié)議屬于數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議，最早由斯坦福大學(xué)提出并應(yīng)用于SDN中作為統(tǒng)一控制數(shù)據(jù)層資源的通信協(xié)議，使得SDN控制器能夠與硬件之間進(jìn)行直接交互。經(jīng)歷了十多年的發(fā)展和ONF的大力支持，OpenFlow已經(jīng)成為全世界使用最廣泛的 SDN南向接口協(xié)議。OpenFlow體系由支持OpenFlow的控制器和交換機(jī)以及不斷更新完善的OpenFlow協(xié)議共同組成，它將數(shù)據(jù)層抽像出來(lái)并構(gòu)成一個(gè)多級(jí)流表轉(zhuǎn)發(fā)模型。OpenFlow協(xié)議允許軟件應(yīng)用程序?qū)Σ煌粨Q機(jī)的流表進(jìn)行編程。OpenFlow交換機(jī)使用流表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。流表是流條目的列表集合，每個(gè)條目都有匹配字段、計(jì)數(shù)器和指令三個(gè)流表項(xiàng)。傳入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包將與每個(gè)條目的匹配字段進(jìn)行比較，如果存在匹配，則根據(jù)該條目包含的操作對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。計(jì)數(shù)器用于保持有關(guān)數(shù)據(jù)包的統(tǒng)計(jì)信息。指令代表交換機(jī)對(duì)該數(shù)據(jù)包執(zhí)行的動(dòng)作。如圖3是一個(gè)基本的OpenFlow流結(jié)構(gòu)。

圖3 SDN流結(jié)構(gòu)

OpenFlow協(xié)議在ONF組織的不斷推進(jìn)下，經(jīng)歷了多個(gè)版本的變遷。Open- Flow 1.0是一個(gè)推出用于商業(yè)用途的版本，僅支持單個(gè)流表和IPv4網(wǎng)絡(luò)；OpenFlow 1.1版本加入了對(duì)多級(jí)流表和組表的支持；隨著SDN架構(gòu)的完善和演進(jìn)，在Open- Flow1.2版本中加入了對(duì)多控制器的支持，同時(shí)還支持了IPv6網(wǎng)絡(luò)；之后OpenFlow的更迭速度不斷加快，但并非所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持最新協(xié)議，因此在OpenFlow 1.3版本中加入了對(duì)使用協(xié)議版本的協(xié)商功能，控制器和交換機(jī)之間可以經(jīng)過(guò)協(xié)商統(tǒng)一后自由選擇使用的OpenFlow協(xié)議版本。隨后的OpenFlow 1.4和1.5版本繼續(xù)在流表功能和使用機(jī)制方面持續(xù)改進(jìn)和完善，目前，部署率最高且穩(wěn)定性最好的是OpenFlow 1.3版本。然而，萬(wàn)變不離其宗，OpenFlow中的消息類型按照消息發(fā)起對(duì)象的不同可分為3種，分別為異步(Asynchronous)消息、控制器到交換機(jī)(Controler-to-Switch)消息和對(duì)稱(Symmetric)消息。

(1) 異步消息

異步消息的主動(dòng)發(fā)起方為OpenFlow交換機(jī)，由交換機(jī)單向傳遞給控制器。旨在主動(dòng)告知控制器當(dāng)前交換機(jī)的狀態(tài)，用于通知控制器有新類型的數(shù)據(jù)包到達(dá)、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤或交換機(jī)發(fā)生故障等。常見的消息頭有：Port-Status用于通知刷新交換機(jī)端口狀態(tài)；Packer-in用于通知未與流表匹配的數(shù)據(jù)包到達(dá)，請(qǐng)求控制器給予下一步的指示、Flou-Removed用于通知流表被刪除以及Error用于通知交換機(jī)自身故障。

(2) 控制器到交換機(jī)消息

控制器到交換機(jī)消息顧名思義發(fā)起方為控制器，由控制器單項(xiàng)傳遞給Open- Flow交換機(jī)。旨在主動(dòng)獲得交換機(jī)狀態(tài)和對(duì)交換機(jī)進(jìn)行查詢配置。常見的消息頭有：Features用于查詢特定交換機(jī)的特性，比如支持的版本協(xié)議；Modify-State用于對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置，最常見的場(chǎng)景就是安裝和更改流表；Configuration用于查詢交換機(jī)硬件性能配置參數(shù)；Read-State用于查詢交換機(jī)上與流表相關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息；Send-Packet用于通過(guò)指定端口發(fā)送數(shù)據(jù)包；Barrier用于阻塞消息直到確認(rèn)收到操作完成通知。

(3) 對(duì)稱消息

對(duì)稱消息的發(fā)起方可以是控制器和交換機(jī)中的任意一方，主要用于雙方之間進(jìn)行消息交互。對(duì)稱消息與上述兩種消息類型的最大區(qū)別在于消息的傳遞遵循時(shí)間先后順序關(guān)系。常見的消息頭有：Hello用于在建立連接時(shí)雙方握手；Echo消息用于確認(rèn)雙方之間連接狀態(tài)情況；Vendor消息用于實(shí)現(xiàn)一些廠商自定義的功能。

OpenFlow交換機(jī)是OpenFlow協(xié)議中流表的主要載體和具體實(shí)施對(duì)象。每當(dāng) 一個(gè)數(shù)據(jù)包通過(guò)端口到達(dá)交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)會(huì)自動(dòng)尋找流表中與之匹配的流表項(xiàng)。如果匹配成功，那么便執(zhí)行流表項(xiàng)中動(dòng)作字段定義的行為。一旦遇到匹配失敗的情況，交換機(jī)便向控制器發(fā)送異步Packer-in消息請(qǐng)求控制器下發(fā)新的流表規(guī)則來(lái)應(yīng)對(duì)該類型的數(shù)據(jù)包?？刂破魍ㄟ^(guò)Modify-State消息安裝新的流表規(guī)則到交 換機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)先前未知數(shù)據(jù)包的匹配。需要注意的是，這種機(jī)制雖然簡(jiǎn)單明了但存在被拒絕服務(wù)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。一旦攻擊者惡意制造大量的未知數(shù)據(jù)包便可造成交換機(jī)到控制器的通信帶寬資源被耗盡，從而導(dǎo)致正常的數(shù)據(jù)包無(wú)法得到新的流表規(guī)則匹配而大量阻塞，影響了正常的網(wǎng)絡(luò)通信。

目前世界上主流的SDN控制器均支持OpenFlow協(xié)議，部分還支持其他類型 的南向接口協(xié)議，因此一般對(duì)OpenFlow控制器和SDN控制器兩個(gè)概念不加以明確區(qū)分。目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多種類的開源SDN控制器，每種各有其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)?；?a href="http://www.socialnewsupdate.com/tags/python/" target="_blank">Python模塊化開發(fā)的Ryu以及軟件商與設(shè)備商主導(dǎo)的OpenDaylight是最著名的兩大SDN控制器。主流的SDN控制器對(duì)比如表2所示。

表2 主流開源SDN控制器對(duì)比

1.3 軟件定義車聯(lián)網(wǎng)

傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)由于其分布式特性，無(wú)法獲取整體網(wǎng)絡(luò)的全局視圖而導(dǎo)致其路由算法容易陷入局部最優(yōu)，從而進(jìn)一步導(dǎo)致了資源分配不均和網(wǎng)絡(luò)利用率不高。車聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，使得車聯(lián)網(wǎng)管理難度加大，部署新協(xié)議和新應(yīng)用的成本加大，可擴(kuò)展性不高。軟件定義車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的提出為車聯(lián)網(wǎng)引入了SDN的思想，使得網(wǎng)絡(luò)編程成為可能，滿足了車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下日益豐富的用戶需求。同時(shí)，SDN的高擴(kuò)展性和靈活性使得車聯(lián)網(wǎng)中新協(xié)議的部署和升級(jí)得以快速實(shí)現(xiàn)，基于全局資源視圖的靈活管控方式使得車聯(lián)網(wǎng)走出了局部?jī)?yōu)化的困境，迎來(lái)了全新的面貌。

圖4 軟件定義車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

與SDN類似，軟件定義車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)分為應(yīng)用層、控制層和數(shù)據(jù)層，如圖4所示。從邏輯上講，它們是一種自上而下的結(jié)構(gòu)，用于抽象車聯(lián)網(wǎng)資源并集成了多種技術(shù)，例如云計(jì)算、霧計(jì)算和移動(dòng)邊緣計(jì)算。應(yīng)用層可以滿足用戶和車輛的不同要求。通常，應(yīng)用層和控制層之間的NBI可以為網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工程師提供編程接口以根據(jù)需求開發(fā)應(yīng)用程序，得到的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序生成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則和配置策略并將其發(fā)送給控制器進(jìn)行底層控制?？刂茖涌梢杂梢粋€(gè)或多個(gè)控制器組成，為車輛分配資源，向RSU、基站(Base Station,BS)等基礎(chǔ)設(shè)施下發(fā)配置數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率.通過(guò)數(shù)據(jù)層的狀態(tài)，SDN控制器可以觀察到全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，從而可以?shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)智能管控方案。數(shù)據(jù)層包含了所有的車聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)施，如SDN交換機(jī)、車輛、RSU、BS等。主要承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能和部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。車輛可以通過(guò)V2V與其他車輛通信，也可以通過(guò)V2I與RSU和BS等基礎(chǔ)設(shè)施通信。RSU可以在資源有限的情況下為周圍的車輛提供無(wú)線訪問(wèn)，然后BS會(huì)向車輛傳輸無(wú)線信號(hào)。此外，RSU配備了由各種傳感器組成的信息收集模塊，因此可以提供周圍環(huán)境的狀態(tài)。

軟件定義車聯(lián)網(wǎng)作為一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供了多種無(wú)線通信的接入方式?？刂破饕话阄挥谲嚶?lián)網(wǎng)云端數(shù)據(jù)中心，通過(guò)光纖傳輸方式與基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信。在控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的核心思想下，RSU和BS只保留提供網(wǎng)絡(luò)連接和轉(zhuǎn)發(fā)流表的功能，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的路由控制功能從原有設(shè)備中被解耦出來(lái)。SDN控制器對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)層設(shè)備進(jìn)行集中控制和虛擬化，通過(guò)SBI接口向下發(fā)送數(shù)據(jù)規(guī)則包、收集數(shù) 據(jù)層狀態(tài)信息，之間采用的通信協(xié)議為OpenFlow協(xié)議。根據(jù)SDN控制器掌握的全局網(wǎng)絡(luò)信息，通過(guò)NBI接口進(jìn)行應(yīng)用層編程，實(shí)現(xiàn)了智能管理控制車聯(lián)網(wǎng)中的所有數(shù)據(jù)，完成執(zhí)行規(guī)定的行為和功能。

2 漏洞挖掘技術(shù)概述

2.1 漏洞挖掘常用方法

漏洞挖掘是軟件和系統(tǒng)安全領(lǐng)域十分重要的一項(xiàng)技術(shù)，能夠有效的提前預(yù)知系統(tǒng)中潛在的缺陷，提前發(fā)現(xiàn)威脅從而規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。早期的漏洞挖掘通常以人工干預(yù)為主，富有經(jīng)驗(yàn)的漏洞挖掘人員憑借自身實(shí)力對(duì)軟件和系統(tǒng)中存在的漏洞進(jìn)行挖掘，屬于經(jīng)驗(yàn)型方法。但隨著計(jì)算機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的興起，純?nèi)斯ば问降穆┒赐诰蚍椒ú辉龠m合于日益激增的軟件應(yīng)用規(guī)模數(shù)量，此時(shí)出現(xiàn)了輔助漏洞挖掘的軟件，可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化的批量分析，完成一些對(duì)分析對(duì)象的基本操作。再往后發(fā)展，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的興起，開始出現(xiàn)一些具有針對(duì)性的全自動(dòng)化漏洞挖掘系統(tǒng)，例如對(duì)安卓APK的一鍵分析、對(duì)JAVA源代碼的靜態(tài)全自動(dòng)掃描等，這些系統(tǒng)通常使用靜態(tài)化的漏洞挖掘方法，結(jié)果的可行度高，但存在一定的誤報(bào)率。

總的來(lái)說(shuō)，從漏洞挖掘的過(guò)程來(lái)看可分為靜態(tài)挖掘和動(dòng)態(tài)挖掘兩種。靜態(tài)挖掘即基于源程序的二進(jìn)制文件、源代碼，不對(duì)軟件系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行，而是令其以靜態(tài)文件的形式存在，從文件格式、代碼關(guān)系上尋找出可能存在的漏洞。動(dòng)態(tài)挖掘即將分析對(duì)象運(yùn)行起來(lái)，觀察其運(yùn)行期間的程序行為、讀寫操作、調(diào)用函數(shù)方面尋求突破。從漏洞挖掘的技術(shù)手段來(lái)看主要分為白盒測(cè)試、黑盒測(cè)試和灰盒測(cè)試三種。白盒測(cè)試是在對(duì)分析對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、執(zhí)行流程、源代碼完全已知的情況下進(jìn)行的，常用的是基本路徑測(cè)試法用于自動(dòng)化代碼審計(jì)，市面上已經(jīng)有很多成熟的商業(yè)軟件可以使用，效果優(yōu)秀但價(jià)格昂貴；黑盒測(cè)試與白盒測(cè)試完全相對(duì)，漏洞挖掘人員對(duì)程序內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)原理一無(wú)所知，僅能通過(guò)程序的輸入輸出對(duì)來(lái)判斷程序的行為是否異常，其中最著名的當(dāng)屬模糊測(cè)試技術(shù)，其通過(guò)構(gòu)造大量的畸形數(shù)據(jù)集輸入給程序來(lái)使得程序發(fā)生崩潰或異常；灰盒測(cè)試介于白盒和黑盒二者之間，既對(duì)程序的執(zhí)行流程有一定的了解但又不完全知曉，著名的逆向工程方法便屬于這個(gè)范疇。漏洞挖掘人員通過(guò)逆向工程可以獲得程序的匯編代碼或反編譯偽代碼，從而可以推測(cè)出程序大致的運(yùn)行邏輯進(jìn)而發(fā)掘出存在的漏洞。

2.2 模糊測(cè)試漏洞挖掘技術(shù)

模糊測(cè)試是自動(dòng)化漏洞挖掘領(lǐng)域最重要的方法之一，英文術(shù)語(yǔ)為“Fuzzing”。它通過(guò)構(gòu)造非預(yù)期的程序輸入以達(dá)到破壞程序正常運(yùn)行邏輯觸發(fā)崩潰的方式來(lái)挖掘漏洞。在這個(gè)過(guò)程中，目標(biāo)程序?qū)⒎磸?fù)被執(zhí)行給定的輸入并處理輸入數(shù)據(jù)，模糊測(cè)試器(Fuzzer)通過(guò)捕獲程序的輸出和監(jiān)視程序的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)判斷其是否異常。具體分為如下五個(gè)步驟：

(1) 目標(biāo)程序信息收集。對(duì)目標(biāo)程序的基本信息和詳細(xì)功能進(jìn)行分析，在這個(gè)過(guò)程中探究清楚程序的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出格式應(yīng)該是什么樣的：如果程序接受的輸入是文件，那么支持的文件格式類型有哪些；如果程序接受的輸入是字符流，那么字符流應(yīng)當(dāng)滿足什么樣的格式；對(duì)于正常輸入程序?qū)?yīng)的正常輸出應(yīng)當(dāng)是以何種形式呈現(xiàn)。

(2) 構(gòu)造模糊測(cè)試數(shù)據(jù)集。模糊測(cè)試數(shù)據(jù)集的好壞直接影響了模糊測(cè)試的效果。構(gòu)造數(shù)據(jù)集時(shí)要考慮到如何在已有數(shù)據(jù)上進(jìn)行變異或者如何動(dòng)態(tài)生成新的數(shù)據(jù)，并且這個(gè)過(guò)程需要通過(guò)算法完全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。

(3) 執(zhí)行模糊測(cè)試。模糊測(cè)試器自動(dòng)將構(gòu)造的數(shù)據(jù)集作為輸入提供給程序，根據(jù)測(cè)試對(duì)象的不同可能是發(fā)包、打開文件或調(diào)起進(jìn)程，該過(guò)程也需要完全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。

(4) 監(jiān)視程序運(yùn)行狀態(tài)。為了詳細(xì)記錄程序發(fā)生異常時(shí)是由哪個(gè)數(shù)據(jù)包引起的、當(dāng)前程序處于什么狀態(tài)、系統(tǒng)異常信息等，模糊測(cè)試器在執(zhí)行模糊測(cè)試的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)檢測(cè)程序，監(jiān)視過(guò)程與執(zhí)行過(guò)程應(yīng)當(dāng)是并行的。

(5) 記錄異常信息并分析。一旦監(jiān)視程序報(bào)告程序缺陷產(chǎn)生，模糊測(cè)試器應(yīng)當(dāng)詳細(xì)記錄引起異常的現(xiàn)場(chǎng)情況以便日后進(jìn)一步分析時(shí)的復(fù)現(xiàn)。在條件允許的情況下，還可以對(duì)程序缺陷加以一定的自動(dòng)化分析，比如基于系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)試器的可利用性分析等。

模糊測(cè)試的最大優(yōu)勢(shì)在于自動(dòng)化進(jìn)行，代替了大量的人工操作，并且能夠發(fā)現(xiàn)一些正常情況下不會(huì)被發(fā)現(xiàn)的漏洞，比如著名的“臟?！?、“心臟出血”漏洞等就是通過(guò)模糊測(cè)試挖掘出來(lái)的。但模糊測(cè)試也存在一些弊端。首先，模糊測(cè)試對(duì)于非基于文件或數(shù)據(jù)流輸入的程序來(lái)說(shuō)無(wú)法進(jìn)行。模糊測(cè)試的核心思想就是輸入和輸出，沒有輸入也就無(wú)法完成完整的上述五個(gè)步驟；其次，模糊測(cè)試的方向是盲目的，容易陷入局部困境或遇到路徑爆炸的難題，在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)算力下，對(duì)于大型程序來(lái)說(shuō)很難窮盡所有可能的程序執(zhí)行路徑，因此模糊測(cè)試與人工智能結(jié)合是一個(gè)很有價(jià)值的研究方向；還有，模糊測(cè)試雖然可以引起目標(biāo)程序發(fā)生異常，但無(wú)法自動(dòng)化判斷這個(gè)異常是否是可利用的漏洞，自動(dòng)化漏洞利用(Automatic Exploit Generation)是另一個(gè)復(fù)雜研究領(lǐng)域，通常使用符號(hào)執(zhí)行等方法，不在模糊測(cè)試技術(shù)的考慮范圍之內(nèi)。

3 總結(jié)

本文主要對(duì)軟件定義車聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)和漏洞挖掘的常用方法進(jìn)行了概述。第一部分介紹了傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和SDN的基本架構(gòu)，以及二者結(jié)合形成的軟件定義車聯(lián)網(wǎng)基本功能和原理。第二部分詳細(xì)闡述了常用的漏洞挖掘方法，其中白盒測(cè)試存在自動(dòng)化程度低、耗時(shí)長(zhǎng)、誤報(bào)率高等缺點(diǎn)，且對(duì)于不同的SDN控制器需要分別設(shè)計(jì)，可移植性較差；黑盒測(cè)試方法雖然具備較高的自動(dòng)化程度和一定的通用性，但現(xiàn)有的的模糊測(cè)試樣本生成算法無(wú)法滿足新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的應(yīng)用需求，需要重新設(shè)計(jì)新的漏洞挖掘模型和算法以適用于軟件定義車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

審核編輯 ：李倩