检索结果-内蒙古大学图书馆

自动化学报 2021年第4期47卷 813-824页

作者：张岱峰段海滨北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院仿生自主飞行系统研究组北京100083 鹏城实验室深圳518000

恶意生成的量测攻击信号是导致信息物理系统(Cyber-physical system,CPS)探测失效的主要原因,如何有效削弱其影响是实现精准探测、跟踪与感知的关键问题.分布式传感器网络(Distributed sensor network,DSN)依靠多传感器协作与并行处理... 详细信息

恶意生成的量测攻击信号是导致信息物理系统(Cyber-physical system,CPS)探测失效的主要原因,如何有效削弱其影响是实现精准探测、跟踪与感知的关键问题.分布式传感器网络(Distributed sensor network,DSN)依靠多传感器协作与并行处理突破单一监测节点的任务包线,能够显著提升探测系统跟踪精度与可靠性.首先,依据压缩感知理论,将单一节点的目标运动状态估计建模为一种基于l0范数最小化的稀疏优化问题,采用正交匹配追踪法(Orthogonal matching pursuit,OMP)重构量测攻击信号,以克服采用凸优化算法求解易陷入局部最优的缺陷.通过卡尔曼滤波量测更新抵消攻击信号影响,恢复目标运动的真实状态.其次,针对错误注入攻击等复杂量测攻击形式,基于势博弈理论,提出一种分布式稀疏优化安全状态估计方法,利用多传感器节点信息交互与协作提升探测与跟踪的稳定性.仿真结果表明,所提方法在分布式传感器网络协作抵抗恶意攻击方面具有优越性.

关键词：恶意攻击分布式安全状态估计稀疏优化势博弈

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网络攻击下的信息物理系统安全状态估计研究综述

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控制与决策 2023年第8期38卷 2093-2105页

作者：杨光红芦安洋安立伟东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819

近年来,信息物理系统在工业界的广泛应用引起了人们对系统安全问题的极大关注.信息物理系统对通信网络的深度依赖,使得网络攻击成为其中最为严峻的威胁之一,特别是那些能够干扰系统状态认知的攻击,因此,安全状态估计(即在遭受攻击时正... 详细信息

近年来,信息物理系统在工业界的广泛应用引起了人们对系统安全问题的极大关注.信息物理系统对通信网络的深度依赖,使得网络攻击成为其中最为严峻的威胁之一,特别是那些能够干扰系统状态认知的攻击,因此,安全状态估计(即在遭受攻击时正确估计系统状态)已成为各界广泛关注的安全问题之一.此文旨在总结网络攻击下信息物理系统安全状态估计研究的进展.首先,介绍典型的网络攻击,并详细阐述在稀疏攻击下的安全状态估计问题.其次,探讨集中式安全状态估计和分布式安全状态估计的研究现状.在考虑稀疏攻击下安全状态估计问题的难点时,关键在于如何快速找到受到攻击的信道集合(这可能涉及到高计算复杂度).因此,将安全状态估计方法分为遍历搜索和非遍历搜索两大类,并对现有方法的优缺点进行归纳总结和详细阐述.然后,介绍稀疏攻击下信息物理系统安全状态能观性分析的研究现状.现有的研究结果表明:增加检测机制或先验知识可以缓解在稀疏攻击下安全状态估计所需的基础冗余度要求;同时,通过区分攻击和故障,也能有效降低传感器冗余度要求.最后,对信息物理系统安全状态估计仍然存在的问题进行展望,并提出一些可能的解决方向.

关键词：信息物理系统网络攻击安全状态估计分布式安全状态估计安全状态能观性

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网络攻击下线性信息物理系统的脆弱性分析与安全状态估计研究

网络攻击下线性信息物理系统的脆弱性分析与安全状态估计研究

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作者：芦安洋东北大学

学位级别：博士

随着信息技术的飞速发展和现代化工业过程的快速推进,嵌入式系统、网络通信、感知与计算、自动控制等技术的不断发展、交叉、融合使得现代社会进入了前所未有的高速发展阶段。例如,数据采集与监视控制系统、多智能体系统、智能电网系统... 详细信息

随着信息技术的飞速发展和现代化工业过程的快速推进,嵌入式系统、网络通信、感知与计算、自动控制等技术的不断发展、交叉、融合使得现代社会进入了前所未有的高速发展阶段。例如,数据采集与监视控制系统、多智能体系统、智能电网系统等现代化控制系统在重大基础设施建设中得到了广泛的应用。其中,对象系统的物理演化过程与信息处理过程往往相互影响且深度耦合。而信息世界与物理世界交互的不断深入促使了信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)的提出和发展。CPS通过融合控制、通信和计算等技术来完成对物理对象的认知、通信及控制,进一步实现人与物理世界交互的信息化、自动化和智能化。然而伴随着CPS对网络的深度依赖,系统的安全性也面临着巨大的挑战。由于计算机技术的使用,CPS的安全问题在计算机领域一直是一个重要研究方向。近年来,伴随着控制科学的进一步发展,利用控制技术解决CPS安全问题成为了控制领域的一个热点研究方向。研究CPS安全问题又可以进一步分成两个方向,一个是从攻击者角度出发,另一个是从防守者角度出发。从攻击者角度出发,分析系统的脆弱性,即研究潜在的攻击方案,进而促进系统设计方案的改进。虽然针对CPS的攻击设计已经有了一些研究,但是目前的攻击设计方案对攻击者能力有较强的要求,例如,需要攻击足够多的传输通道来保证隐性,需要从初始时刻开始攻击,需要已知系统观测器结构。从防守者角度出发,设计安全控制或估计策略,在攻击干扰下实现控制与状态估计。特别地,安全状态估计问题目前受到了广泛的研究,包括了攻击建模、状态能观性分析以及安全状态估计策略设计。然而现有结果仍然存在许多不足之处。例如,由于安全状态估计问题本质是NP难问题,目前的结果大多集中于以牺牲估计器可靠性为代价来降低计算复杂度;另外现有结果往往只考虑了最坏情况下(异常输入被认为全是攻击)的系统状态可观测性,而忽略了对更一般情况(故障输入和攻击输入共存)的研究。本文综合线性系统理论、安全观测器理论、梯度下降技术、图论等相关知识和技术手段,针对上述研究中存在的不足之处开展研究。为了更全面地分析系统脆弱性,构建了更一般的攻击模型。基于所提出的攻击模型,研究了隐性攻击存在的条件并给出了相应的攻击设计方案,进而协助防守者提升系统安全性。另外,针对网络攻击下信息物理系统,提出了多种安全状态估计策略,并分析了各种策略的优缺点。本文主要内容如下: 首先,通过对网络攻击下的信息物理系统进行建模,给出了更一般的攻击模型。所设计的攻击模型反应了两种攻击模式,一种是注入攻击信号使估计器对状态初始值产生错误认知,另一种是注入攻击信号使估计值逐渐偏离真实状态。另外,根据攻击的隐蔽性,进一步将攻击分为完美攻击和非完美攻击。通过引入正交补矩阵的概念,描述了完美攻击存在的条件。另外,针对不同能力的攻击者,通过构建适当的优化问题,给出了相应的完美/非完美攻击设计方案。基于所设计的潜在攻击方案,更加全面地分析了系统的潜在威胁。第二,针对线性信息物理系统的安全状态估计问题,以正交补矩阵的形式给出了安全状态估计问题可解的充要条件。相比于现有的针对稀疏传感器攻击的强可观性条件,所提出的矩阵形式条件同时适用于稀疏执行器攻击和稀疏传感器攻击。基于所提出的能观性条件,设计了切换梯度下降算法来实现安全状态估计。另外,针对遍历搜索引起的高计算复杂度问题,采用了数据预处理、集合覆盖、候选项移除机制等技术对所提出的梯度下降算法进行了改进,极大程度地降低了算法计算复杂度。另外,设计了一类基于龙伯格观测器的算法,实现了在存在攻击的情况下依然及时有效地更新状态估计值。第三,针对分布式安全状态估计问题,通过分析系统矩阵性质以及多智能体网络的结构,同样以正交补矩阵的形式给出了系统状态可重构的条件。对于线性信息物理系统,通过引入极端值移除技术,设计了一类分布式梯度下降算法,实现了在部分智能体被攻击的情况下,未受攻击智能体依然得到可靠的状态估计值。对于存在恶意节点的分布式控制系统,通过引入切换机制,设计了一类分布式切换梯度下降算法,使得在系统由于恶意节点原控制目标无法实现的情况下,所有节点能够重构出全局节点状态初始值。最后,考虑了带有异常节点的多智能体系统安全状态估计问题。不同于已有的安全状态估计策略只考虑最坏的情况(即将所有的异常输入归类为攻击信号),通过对故障输入和攻击输入进行建模并区分,将异常节点分类为破坏性较弱的故障节点和破坏性较强的恶意节点,进而给出了同时带有故障节点和恶意节点的多智能体系统状态可观测的充要条件。基于所提出了的条件,分析了异常节点在不同情况下对系统状态能观性的影响力,进一步设计了静态批次优化算法和切换梯度下降算法,实现在异常节点干扰下依然有效地估计出系统状态。

关键词：信息物理系统多智能体系统安全状态估计分布式安全状态估计龙伯格观测器梯度下降算法

来源：评论

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基于协同观测器的GPS转发攻击分析及定位修正

基于协同观测器的GPS转发攻击分析及定位修正

引用

作者：李玉麟北京化工大学

学位级别：硕士

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)包括定位、测速、数据传输等功能。在民用领域中应用广泛,GPS可以在使用者日常使用中实现定位服务,导航等功能,但是,GPS在民用领域中的应用是不受保护的,这也造成了很多国家以及个人的财产... 详细信息

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)包括定位、测速、数据传输等功能。在民用领域中应用广泛,GPS可以在使用者日常使用中实现定位服务,导航等功能,但是,GPS在民用领域中的应用是不受保护的,这也造成了很多国家以及个人的财产损失。因此,GPS攻击、GPS攻击检测等研究方向一直受到广泛关注。针对GPS攻击的检测方法可以通过到达角、到达频率以及伪距等实现对一个或者多个设备的受攻击检测。但是,对GPS攻击的复现与分析以单个设备居多,对多个设备的GPS攻击的特征的分析较少。此外,修正方法主要是针对单个接收设备的修正方法,现有研究较少关注多个设备中GPS攻击的修正方法。在控制论中,多智能体系统的分布式安全状态估计(The Distributed Security State Estimation,DSSE)是一种能够在有恶意攻击情况下实现系统状态的重构的方法,若将智能体的实际定位视为系统状态,那么DSSE就可以实现定位校准。针对上述问题,本文做出以下工作: 1.使用GNSS Logger采集的数据复现了定位计算结果后。本文通过仿真实现了GPS转发攻击的攻击效果。因为实际攻击效果和理论攻击效果不完全相同,本文设计一种评价指标来判断实际攻击的效果。并根据攻击的实际效果对影响攻击效果的因素进行分析。 2.设计了Luenberger-like分布式安全状态观测器,并对其收敛性进行了分析。提出了一个矩阵不等式来帮助设计增益矩阵。这种观测器主要应用于节点性能较差的分布式系统,该观测器的计算量较小,因此更适合这类性能较差的分布式系统实时运行。

关键词：分布式安全状态估计 GPS转发攻击同源攻击

来源：评论

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