随着工业技术的不断发展,传统汽车系统变得越来越复杂,部分汽车上集成的ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)数量甚至已经超过一百个。这些ECU在实现汽车功能的同时,也通过不同的总线系统相互连接。此外,目前汽车领域的发展趋势是不断将WLAN、蜂窝移动数据、车载以太网等技术加入到汽车中,这些车载技术的日益发展使得传统汽车逐渐走向互联互通的时代,与此同时也使得潜在的不法分子能够通过更多的途径对车内网发起攻击。汽车系统的安全性和可靠性一直都是汽车领域的重要话题,车载网络作为构建汽车系统中的重要组成部分,其安全问题也是不可忽视的。而对于车载网络中应用最广泛的CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线网络来说,其自身的原理特性也暴露出了许多漏洞。因此针对这些问题,本文的主要研究工作包括:总结了CAN总线的协议漏洞以及针对这些漏洞进行的攻击方式,并基于车载中心网关节点设计了一种安全网关总线防御机制,用于保护车载CAN总线环境内的通信安全。针对篡改攻击设计了基于混合消息认证码的集中式认证机制,让网关参与ECU节点间的通信保护。针对重放攻击设计了基于多重计数器的新鲜度管理策略,将消息新鲜度加入认证计算过程中以增强认证码的抗重放能力。针对注入攻击设计了基于双向挑战认证模式的节点认证策略,让网关在汽车启动阶段对总线上各ECU节点的身份作校验。将安全网关技术应用在AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture)架构的硬件中实现了安全网关系统。主要从各模块功能对应的节点间交互策略入手,在网关节点和ECU节点分别实现了具体的安全模块。经过对安全网关系统进行功能性测试以及综合攻击防御测试,验证了本文所研究和实现的安全网关技术的可行性和有效性。