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本篇主要讲解UDS刷写中了涉及的重要的基础概念。
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服务ID：后续UDS刷写中用到的服务ID
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会话定义：刷写中会话切换，不同阶段在不同的会话。
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27服务认证流程：刷写解锁，安全访问的基本流程。
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诊断连接方式：不同的连接方式，直接和通过网关连接。
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固件格式：刷写中使用到的固件的常见的格式以及简单的分析。
服务ID汇总
首先总体看一下刷写涉及的服务ID以及在刷写过程的用途。
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诊断服务标识 Service ID |
诊断服务 Diagnostic Service |
在刷写过程中的用途 |
|---|---|---|
| 0x10 | 诊断会话控制 DiagnosticSessionControl | 切换到拓展会话检查刷写条件、停止一些功能切换到编程会话执行刷写 |
| 0x11 | ECU复位 ECUReset | 用于刷写完成后重启服务，使新固件生效 |
| 0x27 | 安全访问 SecurityAccess | 校验刷写者身份，采用seed-key |
| 0x28 | 通信控制 CommunicationControl | 关闭和启用一般通讯报文 |
| 0x29 | 认证服务 Authentication Service | 基于PKI的身份认证 |
| 0x31 | 例程控制 RoutineControl | 指定特定的例程，前置条件检查、检查编程依赖等 |
| 0x34 | 请求下载 RequestDownload | 设置下载的参数(起始地址、长度) |
| 0x36 | 数据传输 TransferData | 固件传输 |
| 0x37 | 请求结束传输 RequestTransferExit | 终止数据传输 |
| 0x3E | 测试设备在线 TesterPresent | 用于将会话保持在当前会话中 |
| 0x85 | 控制故障码设置 ControlDTCSetting | 设置启停故障码存储功能 |
会话
诊断会话关联了一系列的诊断服务或诊断功能。只有当前激活的诊断会话支持的诊断服务才能被响应。ECU通常有两个以上的诊断会话，包括：一个默认会话(Default Session)和若干非默认会话(Non Default Session)。其中非默认会话又包括编程会话和扩展会话等。其他非默认会话由厂商自行定义。常见的ECU诊断会话定义如下：
| 诊断会话 | 会话ID | 描述 |
|---|---|---|
| 默认会话 | 0x01 | ECU启动后默认进入此会话。只提供基本的诊断服务。 |
| 编程会话 | 0x02 | ECU更新应用程序或标定数据时进入此会话。支持与程序更新相关的诊断服务。如0x34、0x36、0x37等。 |
| 扩展会话 | 0x03 | 除支持默认会话下的诊断服务和功能外，还支持额外的诊断服务。 |
| ... | ... | ... |
诊断会话控制服务(0x10)是用于激活控制器各种不同的会话模式 。在固件刷写中会使用0x10服务在默认会话、编程会话、拓展会话来回切换。
会话保持(3E 00)
此服务用于向单（或多）个服务端指示客户端仍然与车辆连接，并且维持先前已激活的某些诊断服务和/或通信将保持活动状态。此服务用于将一个或多个服务端保留在默认会话之外的诊断会话中，通过周期性的发送 3E 实现。
整个刷写过程中， 刷写工具要周期性的发送链路保持请求， ECU 不需要响应请求信息。如果没有开启会话保持，几秒后ECU就会切回默认会话。
-
刷写前需要保持在拓展会话下。
-
刷写中需要保持在编程模式下。
27 服务-安全访问认证流程
安全访问服务的目的是为保密和排放、安全相关的一些服务和数据提供访问权限来保护数据。2E(通过DID写入数据)、2F(通过DID进行输入输出控制)、31服务(例程控制)、34服务(请求下载)、36服务(请求上传)、37服务(数据传输)等服务需要经过身份认证。身份认证利用了种子和密钥之间的关系。 服务的示例如下图所示：
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Request Seed：Tester 使用27服务，并携带需要解锁的安全等级 0X 发送给特定的 ECU。
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Request Seed Reply : 对应的ECU收到之后，生成4个字节的随机数 Seed，返回给 Teseter。
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Send Key: Tester 拿到Seed后，使用自定义实现的 Seed2Key 算法计算出Key，发送给ECU。Send Key 中的安全访问级别 0Y 为Request Seed的安全访问级别的值 +1。例如当请求种子为 27 01 时，发送秘钥则为 27 02(01+1)。
-
Send Key Reply : ECU 将收到的 Key 和 自己拿 Seed 作为输入的 Seed2Key 计算出结果进行对比，然后返回验证的结果。
Seed2Key 算法
安全访问中最重要的就是Seed2Key算法，算法通常是一些比较简单的移位算法，例如下列的算法。
#defineSECURITYCONSTANT 0x464c4147
WORD seedToKey (WORD wSeed, DWORD constData)
{
DWORD wLastSeed ;
WORD wLastKey;
wLastSeed= wSeed;
wLastSeed = (wLastSeed>>5) | (wLastSeed<<23);
wLastSeed *= 7;
wLastSeed ^= SECURITYCONSTANT;
wLastKey = (WORD)wLastSeed;
return wLastKey;
}
seed2key 接受2个输入参数 种子 和 安全常量，种子由 ECU 随机产生；安全常量内置在ECU和诊断仪中，在某种意义上来说安全常量就是密码。采用同一算法的不同用途的 ECU，通常使用不相同的安全常量。
诊断连接方式
诊断设备与ECU连接有两种方式，如下图。
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诊断设备连接网关，由网关将消息转发给ECU；
-
诊断设备与ECU直连。
固件格式
S-record、Intel Hex、BIN、VBF 是汽车中MCU固件常用的格式，下面简单介绍一下这几种格式。了解数据格式有助于固件分析、刷写安全测试等。
S-record
S-record 是摩托罗拉设计的一种常于MCU内存、EPROM、EEPROM 写入的文档格式，S-record 将二进制数据以ASCII字符表示。常用文件后缀名有 SRECORD、SREC、S19、mot。文件格式如下图。
-
Header Record 文件头信息，其中记录有模块名称、版本号等；
-
Data Record 数据记录，有 S1、S2、S3 三种类型；
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Count Record(可选) 包含了先前传输的S1、S2、S3记录的计数;
-
Termination Record，结束记录，有 S7、S8、S9 三种类型。
S0 Record(头记录)：记录类型是“S0”。地址场没有被用，用零(0x0000)填充。数据场中的信息使用HEX转换成字符串是：JKE_X1_APP_SOC.s19。此行表示程序的开始，不需烧入内存，用来表述文件的相关信息，可能包含文件名、版本号等。
S3 Record(数据记录)：记录类型是“S3” 。地址场由4个字节地址，数据场由可载入的数据组成。
S7 Record(结束记录)：记录类型是“S7”。地址场由4字节的地址，包含了开始执行地址。没有数据场。此行表示程序的结束，不需烧入内存。
注： S-Record 中记录有固件的起始地址，逆向分析时直接从中获取，然后设置为起始地址即可。
Intel HEX
在嵌入式MCU程序开发中，经常编译链接后生成的 HEX 就是采用的 Intel Hex 格式。也是一种将二进制文件转换成了ASCII码形式存储的文本文件。
BIN
二进制文件，只有固件数据，没有起始地址、描述信息等。
自定义格式
车企自定义格式如，VBF(Volvo Binary File)。VBF 使用在 volvo、mazda、Ford、吉利等品牌的汽车中。
文件头记录有文件的VBF版本号、软件版本信息、ECU物理地址、数据起始地址等。
分析工具
srecord
命令行工具 srecord
sudo apt-get install srecord
查看S-record文件信息
fans@fans:~$ srec_info JKE_X1_APP_SOC.s19
Format: Motorola S-Record
Header: "JKE_X1_APP_SOC.s19"
Execution Start Address: 00FC0000
Data: 01000000 - 01089C5F
01180000 - 011800FF
0127FB80 - 0127FBDF
0127FF80 - 0127FFFF
文件转换
-
S-record 转 hex
srec_cat JKE_X1_APP_SOC.s19 -Motorola -o JKE_X1_APP_SOC.hex -Intel -
Intel hex 转 S-record
srec_cat JKE_X1_APP_SOC.hex -Intel -o JKE_X1_APP_SOC.s19 -Motorola -
S-record 转 bin
srec_cat JKE_X1_APP_SOC.s19 -Motorola -o JKE_X1_APP_SOC.bin -bin
HexView
S-record、Intel Hex、BIN 文件之间的转换可以采用 Vector 的图形化文件编辑软件 HexView。
专用工具
主机厂或供应商自己开发的专用软件，如VBF文件查看工具 VBF Tool.
脚本
根据文件格式定义，编写脚本解析、提供固件，部分可以在 Github 上找。
# wget https://raw.githubusercontent.com/consp/vbfdecode/master/vbfdecode.py
# python vbfdecode.py -b firmware.vbf
Offset: 0x359, Location: 0x18000, Size: 0xB256C, Data Offset: 0x361
VBF v2.1
Description: Software part: 1234 type: APP
Network: 0x00000000
Data Format Identifier: 0x00000000
ECU address: 0x000007C6
Frame_format:
Erase frames:
Data blobs:
0x00018000 0x000B256C e301
Saving:
18000.bin
码上报名
AES 2023 第四届中国国际汽车以太网峰会，6月8-9日，上海
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原文始发于微信公众号（谈思实验室）：车联网安全基础知识之UDS刷写前置基础知识
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