基于ISO/SAE 21434和模糊层次分析法(FAHP)的重型车辆增强型TARA模型研究

本研究针对重型车辆(HD)网络安全风险评估标准缺失问题，创新性地将模糊层次分析法(FAHP)与ISO/SAE 21434标准结合，构建了定制化威胁分析与风险评估(TARA)模型。通过专家驱动的多准则决策(MCDM)方法，首次量化了安全/隐私/财务/运营等 severity 指标及攻击可行性的权重分配，开发出适配HD车辆特性的风险评估框架。案例验证显示该模型能有效区分HD与轻型车辆(LD)的风险差异，为商用车网络安全工程提供了标准化评估工具。

　　

随着车联网技术的发展，重型车辆(HD)已成为城市交通和物流系统的核心枢纽。然而当前国际标准ISO/SAE 21434主要针对轻型车辆设计，忽视了HD车辆在架构（如SAE J1939协议）、使用场景（长时间运营）和脆弱性（开放式诊断接口）等方面的特殊性。更严峻的是，HD车辆搭载高价值货物、承担关键基础设施运输，其网络安全事件可能引发连锁式社会经济损失。现有HEAVEN、EVITA等风险评估模型未考虑HD车辆攻击路径的独特性，导致相同威胁在HD与轻型车辆(LD)中可能产生截然不同的风险等级。

为解决这一技术空白，研究人员开发了首个基于专家决策的重型车辆定制化TARA模型。该研究创新性地将模糊数学引入层次分析法，通过德尔菲问卷收集10位来自戴姆勒卡车、沃尔沃卡车等企业的专家意见，采用三角模糊数处理主观判断的不确定性。模型重新定义了四大安全影响维度（Safety/Financial/Privacy/Operational）和五项攻击可行性指标（Elapsed time/Expertise等）的权重分配，并通过算术平均法实现模糊数去模糊化。验证阶段选取ECU拒绝服务攻击案例，证明HD车辆因更长的"机会窗口"和开放协议特性，其风险等级较LD车辆平均提升1.8个等级。

关键技术方法包括：1) 基于ISO/SAE 21434框架构建TARA流程；2) 采用模糊层次分析法(FAHP)计算准则权重；3) 设计专家问卷进行成对比较；4) 运用MATLAB实现模糊数运算；5) 通过商用车辆攻击案例验证模型有效性。研究样本涵盖7-8级GVWR分类的客运/货运车辆。

研究结果
5.1 权重分配创新
通过FAHP分析显示：在客运车辆中，安全指标(Safety)权重达0.385，显著高于常规模型的0.25均等分配；货运车辆则显现财务影响(Financial)权重提升至0.201。攻击可行性方面，"系统知识"(Knowledge of system)以0.262权重成为最关键因素，反映HD车辆开放协议带来的高风险。

5.2 评分体系优化
建立0-4级量化标准，如将"1天≤攻击耗时≤1周"定义为高可行性(3分)。通过归一化公式将多维指标转换为0-1区间值，解决传统模型标度不统一问题。

5.3 案例验证
以ECU攻击为例：HD车辆因诊断接口开放性和车队管理系统特性，其攻击可行性得分(0.71)比LD车辆高42%，最终风险等级达到R3（需优先处置），而LD车辆仅为R1。

结论与意义
该研究突破性地解决了三个核心问题：1) 首次建立HD车辆专属的网络安全权重体系；2) 开发出兼容ISO标准的动态评分框架；3) 验证模型在真实攻击场景的适用性。特别是发现HD车辆因SAE J1939协议开放性导致的"系统知识"因子关键性，为车载防火墙设计提供了新方向。论文提出的归一化公式I_i(norm)=∑(w_jL_ij)/4∑w_j，实现了不同量纲指标的可比性，被《Expert Systems with Applications》审稿人评价为"商用车网络安全评估的方法学突破"。实际应用中，该模型已为加拿大运输部等机构提供风险评估基准，显著提升了对HD车辆特定威胁如PLC通信劫持的预警能力。