Simulação de Ataques DoS e Replay com PIC16F877A

Este projeto apresenta uma plataforma de simulação de ataques cibernéticos em sistemas embarcados automotivos, com foco em vulnerabilidades de comunicação e mecanismos de recuperação automática.

Devido a limitações do Proteus, que não permite a simulação fiel do barramento CAN, a comunicação entre os microcontroladores é realizada via UART, sendo utilizada como abstração didática do protocolo CAN automotivo. Dessa forma, o projeto mantém o foco nas falhas conceituais de segurança do protocolo, e não na camada física do barramento.

Important

Projeto desenvolvido para fins educacionais e que não representa uma implementação completa do protocolo CAN.

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Objetivos do Projeto

• Simular vulnerabilidades típicas de comunicação em redes automotivas
• Utilizar UART como meio alternativo para emular o comportamento do CAN
• Implementar ataques de:
  • Sniffing de dados
  • Replay Attack
  • Denial of Service (DoS)
• Validar mecanismos de recuperação automática em sistemas embarcados
• Aplicar conceitos de cibersegurança automotiva em ambiente de simulação

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Visão Geral do Sistema

O sistema é composto por dois microcontroladores PIC16F877A, comunicando-se via UART (TX/RX), representando de forma abstrata a troca de mensagens em um barramento CAN.

PIC Vítima (ECU simulada)

• Representa uma ECU automotiva
• Recebe comandos via UART (emulação de mensagens CAN)
• Controla LEDs/LCD
• Implementa mecanismos de defesa contra falhas e ataques:
  • Watch Dog Timer (WDT)
  • Interrupções por Timer

PIC Atacante (Fuzzer)

• Atua como dispositivo malicioso conectado ao “barramento”
• Realiza:
  • Sniffing das mensagens UART
  • Armazenamento de pacotes na EEPROM
  • Replay de mensagens capturadas
  • Ataques de DoS por inundação do canal

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Comunicação UART como Abstração do CAN

• A UART é utilizada exclusivamente para fins de simulação
• O formato das mensagens imita pacotes simples de controle
• As vulnerabilidades exploradas refletem problemas reais do CAN, como:
  • Ausência de autenticação
  • Falta de verificação temporal (timestamp/nonce)
  • Suscetibilidade a Replay e DoS
• O foco do projeto está na lógica de ataque e defesa, não na implementação física do protocolo CAN

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Ataques Implementados

Sniffing + Replay Attack

• Captura de mensagens válidas transmitidas pela vítima
• Armazenamento dos dados na EEPROM do atacante
• Reenvio posterior da mensagem capturada
• Demonstra a aceitação de comandos clonados pela ECU

Denial of Service (DoS)

• Inundação do canal UART com bytes inválidos (0x00)
• Saturação do buffer de recepção da vítima
• Provoca:
  • Overrun Error
  • Travamento do sistema
• Intensidade do ataque controlada por potenciômetro

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Mecanismos de Defesa

• Watch Dog Timer (WDT)

  • Prescaler 1:128 (~2,3s)
  • Reinicialização automática em caso de travamento

• Timer por Interrupção

  • Execução de rotinas independentes do loop principal
  • Aumenta a resiliência sob ataques de estresse

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Ambiente de Desenvolvimento

• Microcontrolador: PIC16F877A
• Clock: 20 MHz
• Comunicação: UART (simulação de CAN)
• IDE: MPLAB X
• Simulação: Proteus
• Linguagem: C (XC8)

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Estrutura do Repositório

/
├── software/
|      ├── fuzzer/            # Código do Fuzzer
|      └── ECUvitima/         # Código da Vítima
├── hardware/                 # Simulação Proteus (.pdsprj)
|   
├── docs/                     # Relatório e documentação
└── README.md

Execução da Simulação

• Compile os projetos no MPLAB X
• Gere os arquivos .hex
• Abra o projeto no Proteus
• Associe cada .hex ao respectivo PIC
• Execute a simulação

Referências

[1] MICROCHIP TECHNOLOGY. PIC16F87XA Data Sheet

[2] RAGHAVAN, S. S. CAN Bus Security: The Unseen Cybersecurity Battle in Connected Vehicles

[3] EUROSENS. How to Decode Vehicle’s CAN Bus Data