[论文解读] A systematic mapping study on security countermeasures of in-vehicle communication systems

Jinghua Yu, Stefan Wagner+2 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2021

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 29被引用 6

一句话总结

本篇系统映射研究分析了279篇关于车载通信系统安全对策的论文，识别出关键趋势、验证方法、出版模式以及研究空白。研究发现自2015年以来研究呈现快速增长，异常检测与安全通信为最主要的对策，同时指出了汽车以太网和异常响应等尚未充分探索的领域。

ABSTRACT

The innovations of vehicle connectivity have been increasing dramatically to enhance the safety and user experience of driving, while the rising numbers of interfaces to the external world also bring security threats to vehicles. Many security countermeasures have been proposed and discussed to protect the systems and services against attacks. To provide an overview of the current states in this research field, we conducted a systematic mapping study on the topic area "security countermeasures of in-vehicle communication systems". 279 papers are identified based on the defined study identification strategy and criteria. We discussed four research questions related to the security countermeasures, validation methods, publication patterns, and research trends and gaps based on the extracted and classified data. Finally, we evaluated the validity threats, the study identification results, and the whole mapping process. We found that the studies in this topic area are increasing rapidly in recent years. However, there are still gaps in various subtopics like automotive Ethernet security, anomaly reaction, and so on. This study reviews the target field not only related to research findings but also research activities, which can help identify research gaps at a high level and inspire new ideas for future work.

研究动机与目标

• 提供对车载通信系统安全对策研究现状的全面概述。
• 通过系统映射研究方法识别该领域的研究趋势、活动模式及研究空白。
• 分析出版趋势、验证方法，以及按国家、出版物和研究重点的分布情况。
• 评估映射过程的有效性与方法论质量，并识别出如汽车以太网和异常响应等研究不足的子领域。

提出的方法

• 基于系统映射研究（SMS）方法的既定协议，开展系统映射研究。
• 通过在多个数据库（如IEEE Xplore、Springer、ScienceDirect）中采用定义关键词和纳入/排除标准的多阶段搜索策略，识别出279篇相关论文。
• 从元数据和全文论文中提取并分类数据，归入如对策类型、安全目标、验证方法、出版场所和研究重点等类别。
• 使用堆叠条形图和气泡图对结果进行可视化，以展示出版趋势、国家贡献和媒体类型分布。
• 从五个维度评估有效性威胁：研究识别、数据提取、分类、映射过程和结果解释。
• 采用评估量表评估方法论质量，方法论实践符合度达到54%，表明方法论质量较高。

实验结果

研究问题

• RQ1 针对车载通信系统提出的主要安全对策类型有哪些？它们在不同技术中的分布情况如何？
• RQ2 评估所提对策时主要采用哪些验证方法？评估的关键性能属性有哪些？
• RQ3 出版模式随时间如何演变？哪些国家和机构在该研究领域处于领先地位？
• RQ4 文献中频繁提及的未来研究方向有哪些？当前研究中仍存在哪些空白？

主要发现

• 大多数安全对策聚焦于异常检测（18.3%）和安全通信方案（17.6%），且多数研究集中于CAN总线网络。
• 认证是最常被引用的安全目标，出现在35.5%的分析论文中。
• 61%的验证过程涉及硬件原型，有效性与效率是最常评估的两个性能属性。
• 出版数量自2015年至2019年显著上升，但在2020年出现下降，可能受COVID-19大流行的影响。
• 美国、中国和德国是贡献最多的三个国家，且大多数研究源自学术机构。
• 识别出三大研究空白：汽车以太网安全研究有限、产学研合作不足，以及异常响应机制研究严重欠缺。