基于CANoe的UDS 31服务安全访问绕过方法探讨

如何在CANoe中识别并防范UDS 31服务的安全访问绕过风险？

在汽车电子系统开发和测试过程中，我们常常依赖CANoe这样的专业工具来验证ECU的诊断行为。其中，UDS 31服务（Routine Control）是一个功能强大但又极易被滥用的功能模块——它能触发Flash擦除准备、密钥刷新、安全算法执行等高敏感操作。正因为如此，它的调用权限必须受到严格控制。

然而，在实际项目中，我见过太多因为配置疏忽或逻辑缺陷，导致攻击者仅通过简单的CAPL脚本就能“绕开”安全访问流程，直接启动关键例程的情况。这不仅违背了ISO 14229的设计初衷，更可能为恶意刷写、数据篡改打开后门。

本文不讲教科书式的定义堆砌，而是从一线工程师的真实视角出发，结合CANoe实战经验，深入剖析：

为什么看似严密的Security Access机制，有时却挡不住一条31 01 F1 00的请求？

UDS 31服务的本质：不只是“启动个程序”那么简单

很多人把31服务理解成“远程按下某个按钮”，但实际上，它是ECU内部诊断逻辑的一扇侧门。当你发送31 01 RR RR，你不是在请求数据，而是在要求ECU“运行一段代码”。

比如：
-F100→ 准备进入Bootloader模式
-F101→ 擦除应用区Flash
-F200→ 启动挑战响应生成器

这些动作本身没有问题，问题出在——谁可以按这个按钮？在哪里可以按？什么时候可以按？

关键特性再解读（跳出手册看本质）

举个真实案例：某车型的OTA升级准备例程原本应在Level 5解锁后才允许执行，但由于开发人员误将该例程注册到了“默认会话+无需认证”列表中，结果任何人在车辆启动状态下都能通过CAN总线直接触发升级准备——相当于把车钥匙留在了点火开关上。

安全访问机制为何会被“穿墙”？

标准的Security Access流程大家都很熟了：
27 03 → 67 03 [Seed] → 27 04 [Key] → 67 04
四步走完，进入指定安全等级。

但问题是：这个“门锁”真的锁住了所有窗户吗？

常见绕过路径拆解（基于CANoe实测经验）

🔥 路径一：例程未绑定安全等级 —— 最常见的“低级错误”

现象：
即使从未执行过27服务，发送31 01 F100仍返回71 01 F100。

原因分析：
在AUTOSAR或自研协议栈实现中，开发者需要显式声明每个RID所需的安全等级。若遗漏配置或默认设为“无限制”，则等于自动开门。

如何用CANoe快速验证？

on key 't' { message 0x7E0 req = {dlc = 8}; req.data[0] = 0x31; req.data[1] = 0x01; req.data[2] = 0xF1; req.data[3] = 0x00; output(req); }

按下t键，观察是否收到正响应。如果是，恭喜你，发现了一个高危漏洞。

✅ 防御建议：所有涉及非易失性存储操作、通信模式切换、安全密钥管理的例程，必须强制绑定至扩展会话 + 对应安全等级。

🔥 路径二：安全状态未实时校验 —— “越权延续”陷阱

更隐蔽的问题出现在长时间运行的例程中。

假设：
1. 成功解锁Level 3；
2. 启动RID=F200（耗时约5秒）；
3. 第3秒时，安全定时器超时（例如TOL=2s），但ECU仍在继续执行任务直到完成。

这意味着什么？
意味着攻击者只要在短时间内完成解锁，就可以让后续长达数秒的操作处于“无监管”状态。

这就像银行给你30秒进金库搬钱，结果你搬了5分钟也没人拦你。

✅ 最佳实践：在长耗时例程的关键节点插入安全状态轮询函数，例如每处理一页Flash前都调用一次SecAccess_IsLevelValid()。

🔥 路径三：Seed-Key算法形同虚设 —— 自毁长城

有些项目的Key计算逻辑是这样的：

key[0] = seed[0] ^ 0x5A; key[1] = seed[1] + 0x3C;

甚至更离谱的是固定Key：“无论Seed是多少，Key都是12345678”。

这种情况下，攻击者不需要逆向，只需要抓几次报文就能总结出规律。我在某次红队演练中就遇到过这种情况——仅仅通过三次请求，就归纳出了完整的映射表。

✅ 正确做法：
- Seed必须由真随机源生成，禁止使用计数器或固定偏移；
- Key算法应包含非线性变换（如S-box）、设备唯一标识（如ECU Serial）参与运算；
- 条件允许下，可通过CAPL加载DLL动态库模拟OEM专有算法，用于自动化测试。

🔥 路径四：会话切换不清零 —— 记忆型漏洞

另一个经典坑点：
从扩展会话切回默认会话 → 再次进入扩展会话 → 无需重新解锁即可执行受限服务。

这是典型的状态管理缺陷。根据ISO 14229-1规定，会话切换必须重置当前安全等级。

如何检测？
在CANoe Diagnostic Console中依次操作：
1.10 03→ 进入扩展会话
2.27 03 / 27 04→ 解锁Level 3
3.10 01→ 回到默认会话
4.10 03→ 再次进入扩展会话
5. 直接尝试31 01 F100

如果第5步成功，说明ECU存在严重合规性问题。

✅ 设计规范：每次会话变更时，协议栈应主动调用类似Dcm_ClearSecurityAccess()的接口清除所有已获权限。

CAPL不只是测试工具，更是“攻击模拟器”

别小看CAPL脚本，它完全可以作为轻量级渗透测试平台使用。下面这段代码，就是一个集“探测 + 绕过尝试 + 日志记录”于一体的实用工具：

variables { dword lastSeed; byte expectedKey[4]; bool securityUnlocked = false; msTimer timerLockout; } // 主动探测目标RID是否受保护 on key 'p' { message 0x7E0 req = {dlc = 8}; req.data[0] = 0x31; req.data[1] = 0x01; req.data[2] = 0xF1; req.data[3] = 0x00; output(req); write("【探测】尝试未经认证启动RID=F100..."); } // 接收响应分析 on message 0x7E8 { if (this.dlc < 3) return; if (this.data[0] == 0x71 && this.data[1] == 0x01) { write("✅ 成功！无需解锁即可执行 —— 存在重大安全隐患！"); testReport("Bypass Vulnerability", "Routine F100 executable without security access."); } else if (this.data[0] == 0x7F && this.data[1] == 0x31 && this.data[2] == 0x35) { write("❌ 拒绝：需要先解锁 Security Level."); requestSeed(); } } // 请求Seed void requestSeed() { message 0x7E0 msg = {dlc = 8}; msg.data[0] = 0x27; msg.data[1] = 0x03; output(msg); } // 模拟简单算法（仅作演示） void calculateKey(dword seed) { expectedKey[0] = ((seed >> 24) & 0xFF) ^ 0xAA; expectedKey[1] = ((seed >> 16) & 0xFF) + 0x13; expectedKey[2] = ((seed >> 8) & 0xFF) ^ 0x55; expectedKey[3] = (seed & 0xFF) + 0x2B; } // 接收Seed并自动响应 on message 0x7E8 { if (this.dlc >= 4 && this.data[0] == 0x67 && this.data[1] == 0x03) { lastSeed = (this.data[2] << 24) | (this.data[3] << 16); write("🔐 收到Seed: 0x%08X", lastSeed); calculateKey(lastSeed); message 0x7E0 keyMsg = {dlc = 8}; keyMsg.data[0] = 0x27; keyMsg.data[1] = 0x04; keyMsg.data[2] = expectedKey[0]; keyMsg.data[3] = expectedKey[1]; keyMsg.data[4] = expectedKey[2]; keyMsg.data[5] = expectedKey[3]; output(keyMsg); write("🔑 已发送Key: %02X %02X %02X %02X", expectedKey[0], expectedKey[1], expectedKey[2], expectedKey[3]); } else if (this.data[0] == 0x67 && this.data[1] == 0x04) { write("🔓 安全访问成功！当前等级有效"); securityUnlocked = true; setTimer(timerLockout, 5000); // 假设定时器5秒 } } // 定时器到期模拟状态失效 on timer timerLockout { securityUnlocked = false; write("⏳ 安全状态已过期"); }

这套脚本不仅能帮你快速识别漏洞，还能用于构建回归测试用例，确保修复后的版本不再出现同类问题。

如何构建真正的防线？不止于“修Bug”

发现问题只是第一步，真正重要的是建立系统性的防护机制。

✅ 推荐工程实践清单

特别提醒：不要把所有希望寄托在单一层级的安全机制上。现实中的攻击往往是组合拳——先通过物理接口获取Seed，再离线破解算法，最后远程批量利用。

写在最后：安全不是功能，而是过程

回到开头的问题：

能否绕过UDS 31服务的安全访问？

答案是：
👉技术上完全可以，尤其是当设计存在盲区时。
👉但更重要的是，我们要学会用攻击者的思维去审视自己的系统。

每一次你以为“不会有人这么干”的侥幸，都可能是下一个召回事件的起点。

所以，请打开你的CANoe工程，现在就运行一次：

31 01 F1 00

看看你的ECU会不会默默答应。

如果你发现了漏洞，别慌；
如果你没发现，也别松懈——也许只是你还没找到正确的姿势。

毕竟，在汽车网络安全的世界里，真正的安全，始于对“不可能”的怀疑。

如果你在实际项目中遇到过类似的绕过案例，欢迎在评论区分享交流。