基于路径感知与否定响应码0×11快捷策略的统一诊断服务协议服务扫描方法

《Electronics》：Algorithmic Optimization for Accelerated UDS Fuzzing in Cyber–Physical Automotive Networks: The BB-FAST Approach on LIN-Bus Sungsik Im, Yijoon Jung and Junyoung Park

　　

摘要：随着汽车智能化与网联化程度不断提升，车载电子控制单元（ECU）中运行的软件规模呈指数级增长，导致潜在漏洞数量显著增加。统一诊断服务（UDS）协议作为车辆故障诊断的核心标准，其安全性直接关系到整车网络安全。然而，现有针对UDS协议的模糊测试技术普遍存在效率低下、会话迁移逻辑缺失及无效请求冗余等问题。为此，本文提出了一种新型的路径感知UDS服务扫描算法，旨在系统性地探索ECU的诊断服务空间。该方法创新性地引入了路径感知机制，并结合否定响应码（NRC）0×11（服务不支持）作为会话内服务扫描的快捷终止条件。通过在多个活跃会话状态下顺序执行服务与子功能探测，该算法能够高效识别目标ECU支持的服务集及其对应的子功能范围。实验结果表明，与传统扫描方案相比，本文提出的路径感知算法在检测精度与扫描效率上均具有显著优势，能够有效提升车载网络的安全性评估能力。

研究背景与问题提出

随着现代汽车向智能化、网联化方向飞速发展，车载电子控制单元（ECU）的软件复杂度急剧上升，导致潜在的网络安全漏洞日益增多。统一诊断服务（UDS）协议作为汽车行业标准诊断通信协议，是外部设备与车辆内部ECU进行交互的关键接口。然而，现有的UDS安全评估方法，特别是基于模糊测试（Fuzzing）的扫描技术，存在明显的局限性。传统扫描算法往往缺乏高效的会话状态迁移逻辑，且在面对不支持的服务时无法快速终止探测，导致大量无效的报文交互，严重制约了扫描效率和漏洞发现能力。因此，开展一项能够智能感知诊断路径并优化扫描逻辑的研究显得尤为迫切。

研究方法与技术路线

该研究的核心在于提出了一种结合路径感知与否定响应码（NRC）快捷策略的UDS服务扫描算法。关键技术方法包括：首先，建立多会话状态遍历机制，确保算法能够覆盖默认会话、扩展会话、编程会话等不同安全等级下的服务表现；其次，引入路径感知（Path-aware）逻辑，记录已发现的服务访问路径，避免重复扫描；最关键的是，利用NRC 0×11（Service Not Supported）作为“快捷方式”，一旦探测到该否定响应，立即判定当前服务在当前会话下不存在，从而跳过后续无意义的子功能枚举。此外，研究还采用了Tester Present（0×3E）服务来维持非默认会话的激活状态，防止超时回退。

研究结果分析

论文主体部分通过严谨的实验设计验证了所提算法的有效性，主要研究结果如下：

多会话状态下的服务扫描逻辑

研究详细阐述了在不同会话状态下（如默认会话、扩展会话等），ECU对UDS服务请求的不同响应行为。通过遍历所有活跃会话，算法能够准确捕捉到某些服务仅在特定会话下才处于激活状态的特征。

NRC 0×11快捷策略的应用

在扫描过程中，当客户端发送某项服务的请求后，若收到NRC 0×11的负面响应，算法会立即判定该服务在当前路径下不可用。这一机制极大地减少了针对无效服务的重复测试，优化了扫描资源分配。

服务与子功能的深度遍历

对于通过了NRC 0×11初筛的服务，算法进一步对其支持的子功能（Sub-function）进行枚举。通过按顺序递增子功能值，研究人员能够全面掌握每个服务的具体功能边界。

实验结果验证

通过与传统的暴力扫描方法进行对比实验，结果表明，基于路径感知和NRC快捷策略的算法不仅大幅缩短了扫描时间，还提高了服务发现的准确率。该算法成功识别出了传统方法容易遗漏的隐藏服务和子功能，证明了其在复杂车载网络环境下的适用性和优越性。

讨论与结论

在讨论部分，研究人员指出，传统的UDS扫描方法由于忽视了会话状态的动态变化，导致大量无效请求占用带宽且效率低下。而本文提出的路径感知算法通过维护一个动态的“已发现路径”表，实现了对ECU服务空间的精准映射。结合NRC 0×11的快速过滤机制，该算法在自动化渗透测试工具中具有极高的应用价值。

研究结论表明，路径感知与NRC快捷策略的结合是解决UDS协议扫描效率低下的有效途径。该算法不仅能显著提升车载网络安全评估的自动化水平，还能帮助安全研究人员更快速地定位潜在的攻击面。此项研究发表于《Electronics》，为智能网联汽车的信息安全测试提供了一种全新的技术思路和标准化的评估流程。