网络安全开发测试 | CANoe解密车载TLS通信
应用层数据可以通过传输控制协议（tcp）在基于ip的网络上进行可靠交换，但是tcp无法保证数据传输的可靠性，应用数据的机密性及完整性。因此，实际应用中可以在tcp之上使用tls（transport layer security）建立服务器和客户端之间的安全通信（图1），从而保证数据的安全传输。
车内外通信中的下列应用层协议在安全通信时会采用tls/dtls加密通信：
>
doip (diagnostic communication over internet protocol)
>
some/ip (scalable service-oriented middleware over ip)
>
mqtt (message queuing telemetry transport)
>
https (hypertext transfer protocol secure)
>
scc (smart charging communication)
图1：osi参考模型
随着tls在载数据通信过程中的广泛应用，给oem和零部件供应商的开发测试工程师在开发测试分析过程中需要面临tls服务器和客户端之间加密通信的考验。毫无疑问，作为车载产品开发验证平台的核心工具canoe需要支撑从单板调试到实车验证中涉及tls安全通信应用的仿真与回放分析工作：
>
模拟tls服务器通信；
>
模拟客户端参与tls通信；
>
在线解密正在监听的真实服务器和客户端之间的tls通信（图2.1）；
>
离线回放过程中解密记录文件中存储的tls数据（图2.2）。
图2.1：canoe解密tls通信场景（离线）
图2.2：canoe解密tls通信场景（在线）
canoe在线监听或离线回放tls通信的过程中，接收的是加密的tls应用数据，需要经过解密才能得到原始消息，图3为tls一组相同数据在trace窗口中解密前后的对比。解密前trace窗口只有密文信息，解密后trace窗口才能以系统变量的形式显示原始消息。如果observer支持原始消息所属的应用层协议（如doip协议），trace窗口中还会包含原始消息基于doip层面的解析。要完成解密的过程，需要在canoe中进行一系列配置，本文围绕tls observer中最常用的解密方式“基于主密码解密”就具体配置做说明。首先概述canoe基于主密码解密tls通信的机制，其次介绍解密工程的环境设置，最后分别对不同的主密码配置方式进行说明。
图3：tls数据解密前后对比
01/
canoe基于主密码解密tls通信的机制概述
canoe.ethernet工程会自动生成名为“_security::tlsmastersecret”的系统变量，用于存储tls会话的客户端随机数（client random，32bytes）和主密码（master secret，48bytes）。待解密的tls数据可能包含多个tls会话，每个tls会话都有唯一的主密码。当解密时，canoe首先根据客户端随机数识别正确的tls会话，然后基于主密码生成的密钥素材解密tls应用数据，因此正确配置主密码和客户端随机数是解密tls通信的关键。
02/
解密工程环境设置
canoe支持多种配置主密码的方式，如通过capl/security manager/udp报文配置主密码或从canoe参与通信的tls记录文件中读取主密码。无论采用何种方式，都需要首先完成工程环境设置。
1.
激活tls应用数据的观测变量（图4）
点击canoe->options->general->file locations->location of application data的open按钮，打开文件夹中的can.ini文件，配置can.ini文件中的参数enabletlsappdatasv=1。
图4：激活tls应用数据的观测变量
>
配置tls/dtls通信的端口号（图5）
检查canoe option->bus system->protocol identification是否对用于tls/dtls通信的port进行正确定义，避免trace中可能出现无法解析tls协议的情况，影响解密tls通信的功能。
图5：tls/dtls通信端口设置
03/
基于capl配置主密码解密tls通信
基于capl配置主密码具有较高的灵活性，支持离线回放或在线监听tls数据时解密通信。当离线回放tls通信时，一般主密码是用户提供的静态数值，该值可以直接通过capl编程赋值给系统变量“_security::tlsmastersecret”，赋值代码如图6。当在线监听tls数据时，主密码是由真实服务器或客户端提供的动态数值，首先通过诊断、can报文或者其他接口传给canoe，然后基于capl编程赋值给系统变量“_security::tlsmastersecret”。
图6：capl代码示例
04/
基于security manager配置主密码解密tls通信
为了实现在离线回放过程中解密tls通信，除了可通过capl编程配置主密码之外，还可以在canoe->tools->security manager中手动输入主密码。具体流程如下：
1.
新建security profile（图7）
选中file based pki，点击add添加security profile，可按照需求自定义profile名称，如tls observer profile。
图7：新建security profile
2.
设置参数（图8）
在新建的tls observer profile主配置界面上选中tls observer，点击add打开参数设置对话框，选择参数类型为master secret并填写random bytes和master secret。
图8：master secret|参数设置
3.
security configuration配置
打开canoe->simulation->security configuration，在tls observer选项卡处关联新建的profile，如图9。
图9：security configuration配置
05/
通过udp报文传输主密码解密tls通信
为了实现在线监听tls数据过程中解密通信，除了基于capl配置主密码外，还可由通信参与者通过udp报文传入主密码。如果真实服务器或客户端在完成tls握手之后，支持从加密堆栈中读取主密码，并通过udp报文发送出来，就可以配置canoe接收该udp报文，获取主密码数值，解密正在监听的tls通信。与手动输入主密码配置过程类似，通过udp报文传输主密码也需要基于security manager配置，区别在于参数设置部分，参数类型需选择master secret source并配置udp通信双方的ip和port（图10）。
图10：master secret source|参数配置
注：此种方式要求master secret以nss key log的格式封装到udp报文中。nss key log的格式以及示例见表1。
表1：nsskeylogmastersecret格式示例
06/
离线回放canoe参与通信的tls记录文件
canoe参与tls通信时，经过tls握手阶段，可以自动计算出主密码并将该值存储到系统变量“_security::tlsmastersecret”中。tls数据可通过canoe logging功能进行记录，需将记录文件格式设置为blf/asc/mf4。这些格式的文件不仅可以保存通信数据，还可以保存系统变量（包括_security::tlsmastersecret）。后期离线回放时，canoe可以从记录文件中读取主密码来解密tls应用数据。
1.
在canoe 15/16中回放，只需将工程切换为offline模式，添加记录文件，点击回放按钮，canoe即可在回放过程中解密tls应用数据；
2.
在canoe 14中回放，还需在security configuration配置中关联security profile。
上述就canoe基于主密码解密tls通信的过程及多种主密码的配置方式：如capl、security manager、udp报文以及记录文件等。不同主密码配置方式的总结描述以及对canoe版本要求见图11。canoe为各种网络安全通信提供基础平台技术，使得开发和测试各阶段更好验证系统通信和功能，点击原文了解更多canoe对security的支持。
图11：主密码配置方式及版本要求
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模拟tls服务器通信；
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模拟客户端参与tls通信；
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在线解密正在监听的真实服务器和客户端之间的tls通信（图2.1）；
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离线回放过程中解密记录文件中存储的tls数据（图2.2）。
图2.1：canoe解密tls通信场景（离线）
图2.2：canoe解密tls通信场景（在线）
canoe在线监听或离线回放tls通信的过程中，接收的是加密的tls应用数据，需要经过解密才能得到原始消息，图3为tls一组相同数据在trace窗口中解密前后的对比。解密前trace窗口只有密文信息，解密后trace窗口才能以系统变量的形式显示原始消息。如果observer支持原始消息所属的应用层协议（如doip协议），trace窗口中还会包含原始消息基于doip层面的解析。要完成解密的过程，需要在canoe中进行一系列配置，本文围绕tls observer中最常用的解密方式“基于主密码解密”就具体配置做说明。首先概述canoe基于主密码解密tls通信的机制，其次介绍解密工程的环境设置，最后分别对不同的主密码配置方式进行说明。
图3：tls数据解密前后对比
01/
canoe基于主密码解密tls通信的机制概述
canoe.ethernet工程会自动生成名为“_security::tlsmastersecret”的系统变量，用于存储tls会话的客户端随机数（client random，32bytes）和主密码（master secret，48bytes）。待解密的tls数据可能包含多个tls会话，每个tls会话都有唯一的主密码。当解密时，canoe首先根据客户端随机数识别正确的tls会话，然后基于主密码生成的密钥素材解密tls应用数据，因此正确配置主密码和客户端随机数是解密tls通信的关键。
02/
解密工程环境设置
canoe支持多种配置主密码的方式，如通过capl/security manager/udp报文配置主密码或从canoe参与通信的tls记录文件中读取主密码。无论采用何种方式，都需要首先完成工程环境设置。
1.
激活tls应用数据的观测变量（图4）
点击canoe->options->general->file locations->location of application data的open按钮，打开文件夹中的can.ini文件，配置can.ini文件中的参数enabletlsappdatasv=1。
图4：激活tls应用数据的观测变量
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配置tls/dtls通信的端口号（图5）
检查canoe option->bus system->protocol identification是否对用于tls/dtls通信的port进行正确定义，避免trace中可能出现无法解析tls协议的情况，影响解密tls通信的功能。
图5：tls/dtls通信端口设置
03/
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1.
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图7：新建security profile
2.
设置参数（图8）
在新建的tls observer profile主配置界面上选中tls observer，点击add打开参数设置对话框，选择参数类型为master secret并填写random bytes和master secret。
图8：master secret|参数设置
3.
security configuration配置
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05/
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图10：master secret source|参数配置
注：此种方式要求master secret以nss key log的格式封装到udp报文中。nss key log的格式以及示例见表1。
表1：nsskeylogmastersecret格式示例
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canoe参与tls通信时，经过tls握手阶段，可以自动计算出主密码并将该值存储到系统变量“_security::tlsmastersecret”中。tls数据可通过canoe logging功能进行记录，需将记录文件格式设置为blf/asc/mf4。这些格式的文件不仅可以保存通信数据，还可以保存系统变量（包括_security::tlsmastersecret）。后期离线回放时，canoe可以从记录文件中读取主密码来解密tls应用数据。
1.
在canoe 15/16中回放，只需将工程切换为offline模式，添加记录文件，点击回放按钮，canoe即可在回放过程中解密tls应用数据；
2.
在canoe 14中回放，还需在security configuration配置中关联security profile。
上述就canoe基于主密码解密tls通信的过程及多种主密码的配置方式：如capl、security manager、udp报文以及记录文件等。不同主密码配置方式的总结描述以及对canoe版本要求见图11。canoe为各种网络安全通信提供基础平台技术，使得开发和测试各阶段更好验证系统通信和功能，点击原文了解更多canoe对security的支持。
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