Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Sabotageschutz für Teilnetz am CAN-Bus


von Manfred H. (manfred8534)


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Hallo!

Ich bastle gerade an einer kleinen Hausautomatisierung mit AVR's am 
CAN-Bus. Großteils liegen die Komponenten innerhalb des Hauses, aber 
z.B. Codetastatur u. RFID-Leser für Zutrittskontrolle außerhalb des 
Hauses. Nun möchte ich nach Möglichkeit verhindern, dass man von außen 
Schäden, etc. am Ganzen anrichten kann.

Idee ist, die Außenteile in ein sabotagegeschütztes Gehäuse zu geben und 
dass bei Gehäuseöffnung ein Sabotage-Alarm erfolgt und das außen 
liegende CAN-Netz vom inneren getrennt bzw. abgeschaltet wird.

Ich dachte an ein CAN-Gateway (AVR mit 2x CAN) welches Innen- u. 
Außennetz bei Sabotage-Alarm trennt. Das könnte sogar eine kleine 
CAN-Firewall beinhalten welche nur die für außen relevanten Nachrichten 
durchlässt.

Aber die Außenteile würden immer noch gemeinsam mit den inneren an der 
selben Stromversorgung hängen. Was tun wenn jemand von außen einen 
Kurzschluss macht, dann ist auch das innere Netz bzw. alle inneren 
Komponenten die an der Stromversorgung hängen betroffen, d.h. 
aus/kurzgeschlossen bzw. evtl. bei Hochspannung von außen sogar 
zerstört.
Bei getrennter Stromversorgung zw. innen u. außen müsste ich mich verm. 
um galv. Trennung zwischen Innen-/Außen-CAN kümmern.

Also warum nicht ganz ganz einfach CAN und Stromversorgung an ein 4-fach 
Relais hängen / durchlaufen lassen und bei Sabotage od. Stromausfall 
geht einfach alles weg vom Innenbereich.

Was meint ihr dazu? Wie würdet ihr die Außenteile (CAN-Bus plus 
Stromversorgung) so vor Sabotage schützen, dass die Innenteile davon 
unberührt / geschützt bleiben?

von chris (Gast)


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Im Auto nimmt man für sowas dann LIN. Das sollte hier auch geeignet 
sein, zumindest was die Kommunikationsseite betrifft. Stromversorgung 
sollte natürlich trozdem getrennt sein.

von Sebastian S. (amateur)


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Ein kleiner, aber feiner Hochspannungsimpuls, ist immer schneller, als 
das schnellste Relais.

Also hilft an dieser Stelle nur ein entsprechender Eingangsschutz. Ob 
jetzt eine Optoisolation oder ähnliches sinnvoll ist, ist eine andere 
Frage. Übrigens auch im Innern kann ein ordentlicher Eingangsschutz nie 
schaden. So eine Hausinstallation bewirkt vieles, was nicht im 
Datenblatt steht.

Wenn ich jetzt mal unterstelle, dass kein Super-Profi-Einbrecher an 
Deine Briefmarkensammlung will, so könnte ein einfacher End-Schalter 
hinter der üblichen (Regen/Vandalen)-Schutzplatte sehr viel bringen. Der 
sagt Dir auf einfachste Weise: "Da ist jemand am Eingang". Um den zu 
umgehen müsstest Du ein schon Schild aufhängen auf dem steht dass er 
existiert und wo genau er sitzt.

Besteht Deine zugehörige Software nicht nur aus Copy And Past(e), plus 
einem "keine Ahnung, was diese Sequenz so macht", so sollten Versuche 
auf diesem Wege relativ leicht zu erkennen sein.
Lässt Du allerdings in einer Minute 10000 ungültige Versuche bei der 
Eingangskontrolle zu, ohne die Wiederholpause kräftig zu erhöhen, so 
würde ich empfehlen: Such Dir was anderes als Beschäftigung.

von Manfred H. (manfred8534)


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Sebastian S. schrieb:
> Ein kleiner, aber feiner Hochspannungsimpuls, ist immer schneller, als
> das schnellste Relais.

Ja, aber vorher muss er/sie das Gehäuse öffnen und dann gibt's 
Sabotage-Alarm und Relais schaltet. Da müsste der Täter schneller sein 
als das Relais, nicht die Spannung schneller als das Relais. So die 
Idee.

> Übrigens auch im Innern kann ein ordentlicher Eingangsschutz nie
> schaden. So eine Hausinstallation bewirkt vieles, was nicht im
> Datenblatt steht.

Hast du da einen Tipp? Wäre super. Reicht da an einer Stelle des Busses, 
oder vor jedem µC?

> Wenn ich jetzt mal unterstelle, dass kein Super-Profi-Einbrecher an
> Deine Briefmarkensammlung will, so könnte ein einfacher End-Schalter
> hinter der üblichen (Regen/Vandalen)-Schutzplatte sehr viel bringen. Der
> sagt Dir auf einfachste Weise: "Da ist jemand am Eingang". Um den zu
> umgehen müsstest Du ein schon Schild aufhängen auf dem steht dass er
> existiert und wo genau er sitzt.

Mit "End-Schalter" meinst du Sabotage-Kontakt im Gehäuse? Ja, ist genau 
so geplant.

> Besteht Deine zugehörige Software nicht nur aus Copy And Past(e), plus
> einem "keine Ahnung, was diese Sequenz so macht", so sollten Versuche
> auf diesem Wege relativ leicht zu erkennen sein.
> Lässt Du allerdings in einer Minute 10000 ungültige Versuche bei der
> Eingangskontrolle zu, ohne die Wiederholpause kräftig zu erhöhen, so
> würde ich empfehlen: Such Dir was anderes als Beschäftigung.

Ja, so gedacht beim CAN-Gateway/Firewall. Aber ich finde die einfache 
Relais-Alles-weg-bei-Sabotage-Lösung besser.

von Cube_S (Gast)


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Ich habe mir CAN-Gateways aus einem Atmega328 + 2x MCP2515 +2x MCP2551 
gebastelt. Zwar mehr aus topologischen Gründen aber mich würde auch 
interessieren wie störsicher die Angelegenheit ist.

Bietet der Can-Transceiver (MCP2551) nicht ausreichend Schutz? Im 
Datenblatt steht ja immerhin:

Protection against damage due to short-circuit
conditions (positive or negative battery voltage)

Protection against high-voltage transients

von Stefan K. (stefan64)


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Möglichkeit 1:
Nach außen keinen CAN, sondern RS232 (RS485) Punkt-zu-Punkt Verbindung, 
optoentkoppelt auf einen Deiner CAN-Bus-Knoten. Stromversorgung der 
externen Komponenten durch Extra Netzteil.

Möglichkeit 2:
Nach außen zweiten CAN-Bus, der optoentkoppelte Transceiver (gibt es 
glaube ich integriert von Maxim) an einem Deiner internen CAN-Bus-Knoten 
besitzt Dieser muss dann 2 CAN-Schnittstellen besitzen, 1* intern, 1* 
extern. Stromversorgung der externen Komponenten durch Extra Netzteil.

Den internen CAN nach außen zu legen ist aus Sicherheitssicht 
problematisch, weil dann der CAN einfach kurzgeschlossen werden kann und 
im gesamten Haus nichts mehr geht.

Gruß, Stefan

von Max D. (max_d)


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Wenn du eh einen Sabotagekontakt einbauen willst, dann lass einfach im 
Haus ein Relais alle leitungen nach draußen trennen wenn der Taster 
auslöst.
Kannst natürlich auch übertreiben und d gesamte Innenseite des Gehäuses 
mit einem feinen Gitter auskleiden, dass bei Beschädigung Meldung macht.
Musst du halt wissen wo die Grenze ist.

von Cube_S (Gast)


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Wenn der CAN-Knoten außen nicht mehr funkt ist die Sabotage doch 
erkannt.

von Manfred H. (manfred8534)


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Stefan K. schrieb:
> Nach außen zweiten CAN-Bus, der optoentkoppelte Transceiver (gibt es
> glaube ich integriert von Maxim) an einem Deiner internen CAN-Bus-Knoten
> besitzt Dieser muss dann 2 CAN-Schnittstellen besitzen, 1* intern, 1*
> extern. Stromversorgung der externen Komponenten durch Extra Netzteil.

Cube_S schrieb:
> Ich habe mir CAN-Gateways aus einem Atmega328 + 2x MCP2515 +2x MCP2551
> gebastelt. Zwar mehr aus topologischen Gründen aber mich würde auch
> interessieren wie störsicher die Angelegenheit ist.

Bei solch einer Variante wie von euch, konkret:
1. Außen-Anwendung(en) an Außen-CAN und Außen-Stromversorgung
2. CAN-Gateway (1 Platine mit 1x AVR, 2x MCP2515, 2x MCP2551)
   an Außen-Stromversorgung
3. Innen-Anwendung(en) an Innen-CAN und Innen-Stromversorgung

Muss ich dann im CAN-Gateway zwischen dem Innen-/Außen-CAN unbedingt 
eine galv. Trennung machen? Alleine aus Schutz-Sicht würde ja verm. die 
separaten CAN-Controller/-Transceiver genügen, auch wenn auf selber 
Platine und an selben AVR? Oder galv. Trennung alleine schon wegen der 
getrennten Innen-/Außen-Stromversorgung notwendig?
Und falls galv. Trennung notwendig, wo? Zwischen Innen-CAN-Controller u. 
Innen-CAN-Transceiver? CAN-Gateway würde verm. an Außen-Stromversorgung 
hängen.(Der MCP2551 hat keine integr. galv. Trennung.)

von oszi40 (Gast)


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> Und falls galv. Trennung notwendig, wo?

AW: An sinnvollen Stellen! Böse Menschen würden ein paar Blitze in Deine 
Elektronik schicken und DU hättest wieder eine Woche zu basteln.

Max D. schrieb:
> Wenn du eh einen Sabotagekontakt einbauen willst,

Ein simpler Kontakt ohne ausreichend Überhub/Federvorspannung ist auch 
eine Fehlkonstunktion, die bei jedem Windzug zu zahlreichen Fehlalarmen 
führen kann. Fazit: Deine Entwicklung befindet sich noch in einem frühen 
Forschungsstadium. Der Besuch einer kriminalpolizeilichen 
Beratungsstelle wäre nützlich.

von Manfred H. (manfred8534)


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oszi40 schrieb:
>> Und falls galv. Trennung notwendig, wo?
>
> AW: An sinnvollen Stellen! Böse Menschen würden ein paar Blitze in Deine
> Elektronik schicken und DU hättest wieder eine Woche zu basteln.

Okay, d.h. dann CAN-Gateway eher an Innen-Stromversorgung, aber daran 
Außen-CAN galv. getrennt. Macht man mit digitalem Isolator + 
DC/DC-Wandler zw. CAN-Controller u. CAN-Trasceiver?

Aber auch ohne galv. Trennung des Außen-CAN vom CAN-Gateway, kann bei 
Sabotage nicnt mehr zerstört werden als das CAN-Gateway? Der Innen-CAN 
bleibt unbeschädigt, oder?

Falls das so ist und ich die Zerstörung des CAN-Gateways in Kauf nehme, 
müsste ich dann trotzdem die beiden CAN-Busse an einer Stelle galv. 
trennen? Es gibt ja 2 separate Stromversorgungen für die Außen- u. 
Innen-Knoten am CAN. Gibt es da Probleme ohne galv. Trennung? 
Erdschleifen?
Also unabh. von Sabotage, muss ich trotzdem galv. trennen?

von Sebastian S. (amateur)


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>> Übrigens auch im Innern kann ein ordentlicher Eingangsschutz nie
>> schaden. So eine Hausinstallation bewirkt vieles, was nicht im
>> Datenblatt steht.

Im Grunde genommen müssen alle Beteiligten gesichert sein.
Es nutzt nichts, wenn der Steuerrechner der einzig Überlebende ist.

Schon ein einziger Blick auf den Plan Deines Hauses sagt: "Da kommt 
einiges an Leitungslänge zusammen". Die Idee ist zwar fast zwingend, 
aber die Realisation - alle Busleitungen getrennt zu verlegen - geht 
meist in die Hose.

Richtig tollen Einschaltstrom haben z.B.:
Durchlauferhitzer - oft auch als Hilfsaggregat im Sommerbetrieb damit 
die Heizung Urlaub machen kann - für die Warmwasserbereitung.
Der gute alte E-Herd und seine neumodischen Inkanationen.
Die Kaffeemaschine.
Der Tauchsieder,
Die Waschmaschine.
Der zu meinem Leidwesen immer mehr in Mode kommende Trockner.
Das PC-Netzteil.
Der neue Fernseher.

Und wen ich noch vergessen habe.

Die alle sorgen, einzeln und zusammen dafür, dass die 
Datenblattbedingungen nicht eingehalten werden.

von Cube_S (Gast)


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> Trennung alleine schon wegen der getrennten Innen-/Außen-Stromversorgung 
notwendig?
Getrennte Stromversorgung habe ich des öfteren auf dem gleichen BUS. Es 
sollte nur die Masse durchverbunden sein.

> Die alle sorgen, einzeln und zusammen dafür, dass die
> Datenblattbedingungen nicht eingehalten werden.

Das dürfte bei mir im Haus auch so sein. Ich habe aber trotzdem 
keinerlei Probleme. Allerdings gebe ich mich auch mit 125kBit zufrieden.

> Böse Menschen würden ein paar Blitze in Deine
> Elektronik schicken und DU hättest wieder eine Woche zu basteln.

Was müssten sie denn anstellen um jenseits eines (nicht galvanisch 
getrennten) Gateways Schaden anzurichten. Ist das ein realistisches 
Szenario?

von Soul E. (Gast)


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Manfred H. schrieb:

> Aber auch ohne galv. Trennung des Außen-CAN vom CAN-Gateway, kann bei
> Sabotage nicnt mehr zerstört werden als das CAN-Gateway? Der Innen-CAN
> bleibt unbeschädigt, oder?

Was ist Dein Angriffszenario?

* Ein Hacker reisst das Kabel aus Deiner Klingel und klemmt dort sein 
CANcase an. ---> Kommandos verschlüsseln, Netze trennen (Gateway als 
Firewall)
* Der Blitz schlägt ein oder jemand verbindet die CAN-Leitungen mit 
Netzspannung. --> galvanische Trennung zur Schadenbegrenzung.
* Feuchtigkeit oder eine kaputte Leiterplatte legen immer wieder mal 
ungültige Signale auf den Bus und stören die Kommunikation. ---> 
Aufteilen in Teilnetze, die über ein Gateway gekoppelt sind.
* ...

von Manfred H. (manfred8534)


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Cube_S schrieb:
>> Trennung alleine schon wegen der getrennten Innen-/Außen-Stromversorgung
> notwendig?
> Getrennte Stromversorgung habe ich des öfteren auf dem gleichen BUS. Es
> sollte nur die Masse durchverbunden sein.

Okay, danke für den Hinweis!

Hmm, ist das jetzt eine blöde frage?: Gemeinsame Masse auch an 
Schutzleiter/Erdung hängen? Da habe ich keine Ahnung. Macht das irgend 
einen Unterschied? Ich meine jetzt nicht wegen Fehlströmen/FI, ist ja 
Quatsch, aber gibt es da sonst einen Effekt od. Empfehlung? Völlig egal? 
Eher od. keinesfalls ja/nein?

> Was müssten sie denn anstellen um jenseits eines (nicht galvanisch
> getrennten) Gateways Schaden anzurichten.

Ich glaube da kann man nichts anstellen. Bei Hochspannung geht doch nur 
der CAN-Transceiver, dann CAN-Controller, dann viell. auch AVR des 
Gateways kaputt. Aber mehr passiert doch nicht?

Was ist wenn jemand irgend welche starken Hochfrequenz-Störungen 
reinschickt? Geht das zu einem gewissen Teil bis zum Innen-CAN und kann 
es diesen dann auch damit stören? Oder ist das eher Science-Fiction?

> Was ist Dein Angriffszenario?

Jemand mit mehr Fantasie als ich ;-) Aber ich glaube die Szenarien gehen 
jetzt schon eher ins Theoretische...

> * Ein Hacker reisst das Kabel aus Deiner Klingel und klemmt dort sein
> CANcase an. ---> Kommandos verschlüsseln, Netze trennen (Gateway als
> Firewall)
> * Der Blitz schlägt ein oder jemand verbindet die CAN-Leitungen mit
> Netzspannung. --> galvanische Trennung zur Schadenbegrenzung.
> * Feuchtigkeit oder eine kaputte Leiterplatte legen immer wieder mal
> ungültige Signale auf den Bus und stören die Kommunikation. --->
> Aufteilen in Teilnetze, die über ein Gateway gekoppelt sind.
> * ...

Gut zusammengefasst. Mehr fällt auch mir nicht ein.

von oszi40 (Gast)


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Manfred H. schrieb:
> Hmm, ist das jetzt eine blöde frage?: Gemeinsame Masse auch an
> Schutzleiter/Erdung hängen? Da habe ich keine Ahnung.

Überlege selbst was alles finster sein wird wenn Dein FI auslöst.

von Soul E. (Gast)


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oszi40 schrieb:

> Überlege selbst was alles finster sein wird wenn Dein FI auslöst.

Teilweise bekommst du den FI schon ausgelöst, indem Du PE und N 
verbindest. Das geht wunderbar an der Aussensteckdose im Garten, auch 
wenn die Phase (L) über einen Trennschalter im Inneren des Hauses 
unterbrochen wurde. So kann der Einbrecher zwar nicht seine Hilti 
einstöpseln, aber Haus und Alarmanlage dunkel machen.

von Manfred H. (manfred8534)


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Ähm, nein, das mit FI war irreführend, blöd ausgedrückt von mir. FI, 
Außenleiter, etc. vergessen.

Was ich meinte: Ich sollte ja die verschiedenen Massen meiner 
verschiedenen Teil-CAN-Netze/-Teile miteinander verbinden, falls ich 
zwar teilweise verschiedene Stromversorgungen verwende, aber die Teile 
nicht galv. getrennt sind.

Und diese gemeinsame Masse über alle CAN's/AVR's, soll diese auch an die 
Erde gehängt werden? Ja, nein, egal, besser wenn...?

von Cube_S (Gast)


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Ich hänge das nicht noch irgendwo dran. Die gemeinsame Masse auch nur 
weil sich bei verschiedenen Netzteilen ein Potential zwischen den 
CAN-Transceivern aufbauen kann welches dieselben u.U. schrottet.

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