[論文レビュー] Brokenwire : Wireless Disruption of CCS Electric Vehicle Charging

Sebastian Köhler, Richard Baker+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2022

Advanced Battery Technologies Research参考文献 25被引用数 9

ひとこと要約

Brokenwireは、非シールド化されたパワー・ライン・コミュニケーション（PLC）リンクにおける電磁干渉を悪用することで、結合充電システム（CCS）の電気自動車（EV）充電を無効化する画期的な無線拒否サービス攻撃を提示する。この攻撃は、47メートルまでの距離から市販の無線機器を用いて実行可能であり、制御信号の遮断によってユーザーの操作なしに充電セッションを中止させる。技術的熟練がほとんど不要である。

ABSTRACT

We present a novel attack against the Combined Charging System, one of the most widely used DC rapid charging technologies for electric vehicles (EVs). Our attack, Brokenwire, interrupts necessary control communication between the vehicle and charger, causing charging sessions to abort. The attack requires only temporary physical proximity and can be conducted wirelessly from a distance, allowing individual vehicles or entire fleets to be disrupted stealthily and simultaneously. In addition, it can be mounted with off-the-shelf radio hardware and minimal technical knowledge. By exploiting CSMA/CA behavior, only a very weak signal needs to be induced into the victim to disrupt communication - exceeding the effectiveness of broadband noise jamming by three orders of magnitude. The exploited behavior is a required part of the HomePlug Green PHY, DIN 70121 & ISO 15118 standards and all known implementations exhibit it. We first study the attack in a controlled testbed and then demonstrate it against eight vehicles and 20 chargers in real deployments. We find the attack to be successful in the real world, at ranges up to 47 m, for a power budget of less than 1 W. We further show that the attack can work between the floors of a building (e.g., multi-story parking), through perimeter fences, and from `drive-by' attacks. We present a heuristic model to estimate the number of vehicles that can be attacked simultaneously for a given output power. Brokenwire has immediate implications for a substantial proportion of the around 12 million battery EVs on the roads worldwide - and profound effects on the new wave of electrification for vehicle fleets, both for private enterprise and crucial public services, as well as electric buses, trucks and small ships. As such, we conducted a disclosure to the industry and discussed a range of mitigation techniques that could be deployed to limit the impact.

研究の動機と目的

• 結合充電システム（CCS）における深刻な脆弱性を特定・利用し、物理的アクセスなしに遠隔で無線でEV充電セッションを妨害することを目的とする。
• 非シールド化された充電ケーブルにおけるCCSパワー・ライン・コミュニケーション（PLC）に、電磁干渉（IEMI）が与える影響の実現可能性と現実世界への影響を評価することを目的とする。
• 低コストの市販無線機器と最小限の技術的知識で攻撃を実行可能であり、フリートや個々の車両の広範な妨害が可能であることを示すこと。
• 公共の充電ステーション、複数階の建物、物理的障壁を含む多様な実世界の展開環境における脆弱性の評価を目的とする。
• 特にソフトウェアベースの再認証およびプラグアンドチャージメカニズムを含む緩和戦略を提案・評価すること。

提案手法

• 意図的な電磁干渉下でのCCS PLCの挙動を分析するために、テストベッド環境で制御された実験を実施した。
• CCSシステムで使用されるHomePlug Green PHY PLCの周波数帯に合わせた、特製の低消費電力無線送信機を設置し、標的の電磁ノイズを発生させた。
• 18基の充電ステーションおよび7台の電気自動車を対象に、実世界のフィールドテストを実施した。対象は公共の充電ステーションおよび複数階の駐車場を含む。
• 壁、フェンス、建物の階層間を通過した信号伝搬を測定し、通信遮断の範囲を最大47メートルまで評価した。
• 送信出力とアンテナ利得に基づいて、同時に妨害可能な車両数を推定するためのヒューリスティックモデルを開発した。
• 一時的な攻撃の影響を軽減するため、プロキシミティ・パイLOTおよびプラグアンドチャージによる自動再認証を含む緩和戦略を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的アクセスなしに、電磁干渉を用いて電気自動車充電システムのCCSパワー・ライン・コミュニケーション（PLC）を妨害可能か？
• RQ2 市販のハードウェアを用いた無線による遠隔妨害に必要な有効範囲と電力予算はどの程度か？
• RQ3 壁、階層間、複数台の車両が同時に充電する充電ハブなどの実世界環境における攻撃の性能はいかがなものか？
• RQ4 通信が回復した後、既存のCCS実装が自動的に回復しない程度の脆弱性はどの程度顕著か？
• RQ5 ハードウェア変更なしに、このような攻撃の影響を効果的に軽減できるソフトウェアベースの緩和戦略は何か？

主な発見

• Brokenwire攻撃は、送信出力1ワット未満で、最大47メートルの距離でCCS充電セッションを正常に妨害した。
• 壁、フェンス、複数階の駐車場の階層間を通過しても攻撃が有効であることが確認され、実世界での実現可能性が裏付けられた。
• 実際の展開環境でテストした全車両および充電器が、通信が遮断された際に充電セッションを中止し、自動再接続は行われなかった。
• 市販の無線機器と最小限の技術的知識で攻撃が実行可能であり、攻撃者の参加障壁が著しく低くなった。
• 送信出力とアンテナ利得に基づいて、同時に妨害可能な車両数を推定するためのヒューリスティックモデルが開発された。
• プロキシミティ・パイLOTおよびプラグアンドチャージによる自動再認証などのソフトウェアベースの緩和戦略が、一時的攻撃の影響を顕著に軽減することが実証された。