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论文题目： Autonomous Driving Security: State of the Art and Challenges（自动驾驶安全的研究现状与挑战）
发表年份： 2022-IoTJ（IEEE Internet of Things Journal）
作者信息： Cong Gao（西安邮电）, Geng Wang（西安邮电）, Weisong Shi（美国韦恩州立大学）, Zhongmin Wang（西安邮电）, Yanping Chen（西安邮电）
备注： 一篇关于自动驾驶安全的综述文献，发表在物联网顶刊IEEE Internet of Things Journal（CCF-C/中科院1区）
摘要
过去十年，自动驾驶行业迅速发展。尽管无人驾驶毫无疑问已经成为本世纪最有前途的技术之一，但其发展面临着多重挑战，其中安全是主要问题。在本文中，我们对自动驾驶安全性进行了全面的分析。首先，提出了自动驾驶的攻击面。在从关键部件和技术方面分析了自动驾驶的运行后， 从四个维度阐述了自动驾驶的安全性: 1)传感器;2)操作系统;3)控制系统;4)车联网(V2X)通信。从 传感器 的自定位和环境感知五个方面对传感器的安全性进行了研究。 操作系统 的安全性分析是操作系统的第二个维度，主要集中在机器人操作系统上。在 控制系统 安全方面，主要从控制器局域网的漏洞和防护措施两方面进行探讨。第四个维度， V2X通信安全 ，从四类攻击进行探讨:1)真实性/识别;2)可用性;3)数据完整性;4)保密，并有相应的解决方案。此外，还指出了现有方法在四个维度上的不足。最后，提出了一个概念性的多层防御框架，以保护从外部通信到物理自动驾驶车辆的信息流。
关键词： Attack surface, autonomous driving, control area network, data distribution service (数据分发服务), robot operating system, security, sensor, unmanned vehicle（无人驾驶车辆）, vehicle-to-everything (V2X) communication（车联网通信）
1.引言
随着智能汽车的发展，自动驾驶汽车引起了越来越多的研究关注。自动驾驶汽车被认为有益于减轻交通拥堵且降低交通事故。然而，目前的自动驾驶技术尚不成熟，仍处于发展阶段。乘客和车辆本身的安全远不能得到保证[1]，[2]。例如，2018年，在亚利桑那州的一次道路测试中，一辆Uber无人驾驶汽车与一名推着自行车过马路的行人相撞[3]。这是世界上第一起导致行人死亡的自动驾驶汽车事故。这一事件随后引发了一场关于自动驾驶汽车安全性的激烈讨论。
1.1.自动驾驶安全
自动驾驶汽车是一个综合系统，主要包括 定位系统 、 感知系统 、 规划系统 和 控制系统 [4]。自动驾驶汽车的安全性一般是指驾驶过程中的安全性，包括 传感器 、 操作系统 、 控制系统 以及 V2X (vehicle-to-everything)通信 的安全性。
1.2.攻击面
1.3.内容和路线图
2.自动驾驶技术
2.1.组成
2.2.技术
3.传感器安全
3.1.照相机
3.2.GNSS（全球导航系统）/IMU（惯性测量单元）
3.3.超声波传感器
3.4.毫米波雷达
3.5.激光雷达
3.6.多传感器交叉验证
3.7.传感器故障
4.操作系统安全
4.1.早期移动机器人操作系统
4.2.ROS
4.3.ROS的安全性
4.4.ROS2的安全性增强
4.5.ROS2的缺点
5.控制系统安全
5.1.CAN
5.2.
6.V2X通信安全
7.讨论和解决方案
8.结论
安全是自动驾驶的首要要求。本文从四个方面进行了回顾性和前瞻性研究:1)传感器安全;2)操作系统安全;3)控制系统安全;4) V2X通信安全。详细讨论了每种攻击路径以及针对这些攻击路径的现有防御措施。自动驾驶汽车的安全问题是由黑客入侵和篡改数据引起的，属于信息安全的范畴，因此，本工作提出了一个概念框架来构建高效的车辆信息安全。然而，如果要实现自动驾驶汽车的量产，学术界和工业界还需要对自动驾驶模块的攻击面进行额外的研究。我们希望这篇文章能引起计算机和汽车界的注意。