检索结果-内蒙古大学图书馆

控制理论与应用 2024年第5期41卷 866-874页

作者：薛威峰孙子文江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 物联网技术应用教育部工程研究中心江苏无锡214122

为使工业信息物理系统(ICPS)抵御数据注入攻击,本文研究了事件触发弹性控制策略,采用自适应事件触发以减少通信资源,构建攻击估计器以降低攻击对系统性能的影响.通过H∞渐近稳定性准则推导估计器参数,采用Lyapunov-Krasovskii函数推导... 详细信息

为使工业信息物理系统(ICPS)抵御数据注入攻击,本文研究了事件触发弹性控制策略,采用自适应事件触发以减少通信资源,构建攻击估计器以降低攻击对系统性能的影响.通过H∞渐近稳定性准则推导估计器参数,采用Lyapunov-Krasovskii函数推导事件触发、数据注入攻击、网络延迟和弹性控制器之间的定量关系.以二自由度质量–弹簧–阻尼串联系统为被控对象, MATLAB仿真验证基于自适应事件触发的ICPS在数据注入攻击下的系统性能,结果表明所采取策略能保证系统的稳定性,并有效减少通信资源.

关键词： ICPS 数据注入攻击自适应事件触发弹性控制

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工业信息物理系统数据注入攻击的事件触发弹性控制

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控制理论与应用 2020年第10期37卷 2134-2146页

作者：陈峰孙子文江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 物联网技术应用教育部工程研究中心江苏无锡214122

工业信息物理系统(ICPS)恶劣的工业环境使得无线通信网络的通信资源有限,且通信网络的脆弱性使得系统的稳定性容易受到数据注入攻击的破坏.本文基于输入到状态理论,采用H1观测器、预测器和事件触发器建立基于事件触发的ICPS模型来降低... 详细信息

工业信息物理系统(ICPS)恶劣的工业环境使得无线通信网络的通信资源有限,且通信网络的脆弱性使得系统的稳定性容易受到数据注入攻击的破坏.本文基于输入到状态理论,采用H1观测器、预测器和事件触发器建立基于事件触发的ICPS模型来降低通信资源的使用率,并构造基于改进卡尔曼滤波器的攻击补偿模块进行攻击补偿,攻击补偿模块的参数随着攻击者攻击策略不同而进行改变,实现对数据注入攻击的弹性控制.用MATLAB软件进行仿真实验,以倒立摆作为被控对象,模拟基于事件触发的ICPS模型受到数据注入攻击时系统的稳定性能.仿真结果表明,事件触发控制策略和基于改进卡尔曼滤波器的攻击补偿模块的组合不仅能够保证系统期望的稳定性,还能有效减少数据通过无线网络传输的次数.

关键词：工业信息物理系统事件触发卡尔曼滤波器输入到状态稳定数据注入攻击

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数据注入攻击下的信息物理系统安全控制

数据注入攻击下的信息物理系统安全控制

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作者：宋蕾上海交通大学

学位级别：硕士

随着信息科学与技术的快速发展和信息计算与数据处理能力的不断提升,在网络环境中高度集成计算单元和物理对象的信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPSs)已经逐渐延伸至工业互联网、智能电网、智能交通网等涉及国家基础设施、工业生... 详细信息

随着信息科学与技术的快速发展和信息计算与数据处理能力的不断提升,在网络环境中高度集成计算单元和物理对象的信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPSs)已经逐渐延伸至工业互联网、智能电网、智能交通网等涉及国家基础设施、工业生产、国民生活的控制系统中,为其提供高实时性、自动化、智能化的支撑。在提升现有系统性能和效率的同时,开放的信息网络使得CPSs安全运行易受到诸如网络攻击、恶意代码、数据欺诈等形式的入侵威胁,从而导致物理系统脆弱性增加,无法稳定运行甚至发生级联瘫痪。因此,亟需发展全新的CPSs安全防御理论与方法,保障其健康稳定运行。本文从CPSs的控制交互过程入手,针对网络中数据注入攻击对系统稳定性与能观性的影响,建立攻击模型,并结合事件触发机制以及状态函数观测器,给出保证系统稳定的稳定性判据及控制器设计方法,实现数据注入攻击下信息物理系统的安全控制。首先,通过分析攻击下CPSs通用防御模型,构建用于抵御攻击的基础防护单元,建立了存在于量测通道和控制通道的通用数据注入攻击模型,并分析了攻击与系统能观性的关系。其次,在数据注入攻击模型基础上,研究攻击下不影响系统完全能观情形的系统安全控制问题,针对任意量测通道及控制通道的攻击威胁,在双边通道上设计了独立的事件触发机制,并给出触发阈值已知和未知的相应安全控制器设计方法。所设计的触发机制通过减少系统对攻击响应的频次,达到削弱攻击对系统的影响,仿真验证了基于事件触发的动态输出反馈控制的有效性。最后,研究攻击影响系统能观情形下的系统安全控制问题,设计基于一定时段可信赖量测的状态函数观测器,通过重构状态组合信息,以此弥补受攻击影响不能观的状态,并利用函数观测器的估计输出设计相应的安全控制器,仿真验证所提方法的有效性。

关键词：信息物理系统数据注入攻击事件触发渐近稳定函数观测器

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数据注入攻击下工业信息物理系统的事件触发弹性控制

数据注入攻击下工业信息物理系统的事件触发弹性控制

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作者：陈峰江南大学

学位级别：硕士

随着工业设计的不断创新,工业设备与人的数字化进程正在迅速加快。工业信息物理系统(Industrial-Cyber-Physical-System,ICPS)通过无线网络结合信息系统和物理设备,实现工业智能化计算、通信和控制。但是ICPS通信网络的脆弱性使得系统... 详细信息

随着工业设计的不断创新,工业设备与人的数字化进程正在迅速加快。工业信息物理系统(Industrial-Cyber-Physical-System,ICPS)通过无线网络结合信息系统和物理设备,实现工业智能化计算、通信和控制。但是ICPS通信网络的脆弱性使得系统容易受到数据注入攻击的破坏,造成工业设备故障,系统运行性能显著下降,甚至系统崩溃。ICPS在极端工业环境下计算、电池设备等通信资源是有限的,在解决安全问题时,还需考虑能耗问题。因此,本文从弹性控制和事件触发两方面研究数据注入攻击下的安全防御策略,用尽可能少的通信资源,实现ICPS对攻击的有效缓解。主要研究内容如下:(1)研究存在干扰和噪声的ICPS中,传感器至控制器任意信道会遭遇数据注入攻时的事件触发弹性控制策略。为降低通信资源使用率,基于输入到状态理论,采用H观测器、预测器和事件触发器建立基于事件触发的ICPS模型;为缓解数据注入攻击,构造基于改进卡尔曼滤波器的攻击补偿模块,利用攻击策略矩阵重构攻击补偿模块的参数,使系统具有一定弹性。(2)研究存在干扰、噪声和延时的ICPS中,测量通道和控制通道受到异步数据注入攻击的自适应事件触发弹性控制策略。为解决传统阈值固定的事件触发机制很难适应工业系统恶劣环境的变化,设计阈值可动态调整的自适事件触发机制,以保证系统具有一定的弹性。建立异步事件触发时序模型,针对不同攻击场景,采用异步事件触发控制结合动态输出反馈的控制策略。基于反馈控制理论,充分利用攻击信号、网络时延引起的系统变化信息和动态阈值构造合适的李雅普泛函,分析系统的稳定性能和H性能,并给出联合设计动态控制器和事件触发参数矩阵的充分条件。(3)研究分布式传感器结构下ICPS受到分布式数据注入攻击时的自适应事件触发弹性控制策略。引入对数量化器,构建基于分布式自适应事件触发的量化ICPS结构来进一步降低通信资源的使用率。建立刻画分布式自适应事件触发、量化、攻击和网络动态延时的闭环系统模型,并引入自由权矩阵来进一步降低稳定的保守型,通过李雅普稳定性理论和线性矩阵不等式理论分析系统的稳定性和H性能。采用MATLAB作为仿真工具,选取倒立摆系统作为被控对象,并以控制摆杆的位置为目标,仿真系统受到数据注入攻击时,本文所给出的事件触发弹性控制策略的有效性和实用性。实验结果表明,本文所设计的事件触发弹性控制策略,在缓解单通道、双通道及分布式数据注入攻击时都有很好的效果,且能进一步有效降低通信资源的使用率。

关键词：工业信息物理系统数据注入攻击事件触发弹性控制 H∞性能

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双边遥操作系统数据注入攻击检测与控制

双边遥操作系统数据注入攻击检测与控制

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作者：蔡传捷南京理工大学

学位级别：硕士

对于双边遥操作系统而言,主从两端信号交互的时效性是最为重要的,故主从两对于双边遥操作系统而言,主从两端信号交互的时效性是最为重要的,故主从两端通过网络通道进行数据包的交互。与此同时,该系统面临着网络攻击的威胁。数据注入攻... 详细信息

对于双边遥操作系统而言,主从两端信号交互的时效性是最为重要的,故主从两对于双边遥操作系统而言,主从两端信号交互的时效性是最为重要的,故主从两端通过网络通道进行数据包的交互。与此同时,该系统面临着网络攻击的威胁。数据注入攻击是一种能破坏系统稳定性且被广泛研究的网络攻击。本文主要针对如何检测双边遥操作系统的数据包是否受到了数据注入攻击、以及当系统被攻击时的控制器设计。本文的研究工作如下: 研究了双边遥操作系统中线下最下二乘法的数据注入攻击检测和自适应控制的问题。该线下攻击检测器主要用来保护固定动作不受到网络攻击的影响。受到攻击的数据包将会被丢弃,并用伯努利丢包模型来描述网络通道中受攻击数据包和网络丢包。通过设计自适应控制器保证主从两端动作的同步性。利用李亚普洛夫分析方法给出在数据注入攻击下系统的稳定性条件,通过仿真展现该控制策略的有效性。分析了双边遥操作系统中线上数据注入攻击检测器和控制的问题。线上数据注入攻击检测器是卡方检测构成的,确保系统不会接受任何错误的数据包。在主从两端的数据包进行交互之时,系统标记每个发送出去的数据包,同时在接受数据包时,依据检验标记是否和预期的结果相同来判断系统是否受到攻击。伯努利丢包模型来描述系统中的数据包是否受到攻击。未受到攻击的数据包将应用到PD控制器当中,并用给出了该系统达到全局渐进稳定的条件。上述分别提出了线上和线下的数据注入攻击检测器,在这基础之上设计了PD控制器,给出了当系统受到攻击时PD控制比例增益和阻尼增益的设计方法。当攻击检测器将受到攻击的数据包丢弃时,这两种控制策略较好的保持主从两端的同步。通过李亚普洛夫函数的方法证明了控制策略能确保系统处于稳定状态。最后,通过仿真展现了与传统的PD控制器上的不同。

关键词：双边遥操作数据注入攻击稳定性攻击检测器

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基于深度强化学习的网络化控制系统数据注入攻击方法

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长春工业大学学报 2022年第4期43卷 428-434页

作者：孙健高磊北京理工大学自动化学院北京100081

针对具有多个子系统的网络化控制系统,研究了数据注入攻击的策略优化问题。针对该混合策略非凸优化问题,提出基于演员-评论家(actor-critic)框架的混合策略深度强化学习算法,该算法的Actor网络用于求解虚假数据注入攻击的连续部分,即篡... 详细信息

针对具有多个子系统的网络化控制系统,研究了数据注入攻击的策略优化问题。针对该混合策略非凸优化问题,提出基于演员-评论家(actor-critic)框架的混合策略深度强化学习算法,该算法的Actor网络用于求解虚假数据注入攻击的连续部分,即篡改数据值的计算;Critic网络除了评估动作值外,还用来求解攻击的离散部分,即攻击位置的选择。在此基础上,给出相应的网络参数更新规则和训练流程,得到虚假数据注入攻击的优化策略,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。

关键词：网络化控制系统数据注入攻击深度强化学习

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电力调度自动化系统数据注入攻击的保护策略

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自动化应用 2018年第5期 83-85页

作者：蒋荣辉国网安徽省电力有限公司黟县供电公司安徽黄山245500

电力调度自动化系统面临网络攻击的高风险,因为攻击者可能在不知道整个电力网络的完整拓扑和参数信息的情况下,悄悄地执行错误数据的注入攻击。为了防护数据注入攻击,提出了一个双层混合整数线性规划(MILP)模型来确定要保护的最小测量... 详细信息

电力调度自动化系统面临网络攻击的高风险,因为攻击者可能在不知道整个电力网络的完整拓扑和参数信息的情况下,悄悄地执行错误数据的注入攻击。为了防护数据注入攻击,提出了一个双层混合整数线性规划(MILP)模型来确定要保护的最小测量次数。为了进一步降低计算复杂度,使用MILP方法将电网分成几个子网,并将分布式保护策略应用于每个子网。对在不同规模的电力调度自动化系统的仿真验证了所提出的保护策略的正确性和有效性。

关键词：数据注入攻击保护策略电力调度自动化系统

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针对车联网数据采集中预防数据注入攻击的保护方法

针对车联网数据采集中预防数据注入攻击的保护方法

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作者：丁男谭国真 116024 辽宁省大连市凌工路2号

一种针对车联网数据采集中预防数据注入攻击的保护方法，属于车联网信息安全技术领域。其特征是首先利用尖点突变理论对车辆行驶速度以及交通流流量建立二维交通流建模；其次，基于该模型对路侧基础设施上所接收到的来自车辆的车辆行驶... 详细信息

标准号: CN103036874B

一种针对车联网数据采集中预防数据注入攻击的保护方法，属于车联网信息安全技术领域。其特征是首先利用尖点突变理论对车辆行驶速度以及交通流流量建立二维交通流建模；其次，基于该模型对路侧基础设施上所接收到的来自车辆的车辆行驶速度以及在路侧基础设施上所统计的交通流流量进行注入攻击的分析、识别以及处理；最后，当数据被检测为注入攻击所产生的数据时，对该数据进行丢弃，并屏蔽其所属用户以后发送的所有数据。本发明的效果和益处是将利用交通流数据自身特点对数据注入攻击进行识别，而无须复杂的身份验证，为车联网中大量用户并存的情况提供有效的防止数据注入攻击的安全方法。

关键词：数据注入攻击车联网交通流车辆行驶速度基础设施注入攻击信息安全技术交通流数据识别安全方法保护方法大量用户身份验证所属用户所有数据被检测屏蔽二维尖点建模路侧一种突变丢弃发送并存进行接收预防防止复杂统计自身分析产生处理集中有效建立

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基于数据驱动的工业控制网络完整性攻击检测

基于数据驱动的工业控制网络完整性攻击检测

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作者：王云飞江南大学

学位级别：硕士

随着工业控制系统与信息技术的高度融合,大量网络威胁涌入工业控制网络,工业控制网络的安全已引起学者们高度的关注。近年来针对工业控制网络数据完整性攻击已提出了不少的检测算法,但随着新型隐匿攻击的出现,现有检测方法的检测能力显... 详细信息

随着工业控制系统与信息技术的高度融合,大量网络威胁涌入工业控制网络,工业控制网络的安全已引起学者们高度的关注。近年来针对工业控制网络数据完整性攻击已提出了不少的检测算法,但随着新型隐匿攻击的出现,现有检测方法的检测能力显得越发不足。此外,一个可靠、高效的仿真平台对工业控制网络安全研究至关重要。目前,已有的仿真平台存在着成本高、可移植性差、对不同攻击缺乏可调节性等问题,阻碍了工业控制网络安全研究的进行。本文针对这些工业控制网络中有关数据完整性攻击检测的问题,主要进行了以下几个方面的研究:(1)提出了一种全新的半实物工业控制系统安全性仿真平台的设计方案。仿真平台中,工业控制系统的各个组件如工业被控对象,控制器,传感器,执行器等,分别由树莓派来模拟,各个组件之间采用Modbus/TCP协议进行通信。此外,通过对仿真平台中锅炉燃气单元的开环测试和闭环测试,验证了仿真平台系统的稳定性。本文还对仿真平台做了注入攻击测试,来确保仿真平台能够准确的模拟真实系统被攻击后的变化。最终的实验结果充分验证了此半实物仿真平台应用于工业控制网络数据完整性攻击研究的可靠性能。(2)提出了一种基于系统固有相关性的异常检测算法。该算法利用系统变量间的固有相关性,可高效地检测出两类隐匿的数据篡改攻击。首先,该算法基于改进灰色关联度分析模型(Grey Relational Analysis,GRA)来计算系统变量间固有的相关性。然后,基于改进GRA所得的计算结果,应用支持向量机对攻击数据进行建模分类。基于半实物仿真平台收集的数据和天然气管道系统的数据集,充分地验证了改进GRA的优势及所提算法在检测两类数据篡改攻击时的可靠性能。(3)在工业控制系统中,重放攻击是目前认为最隐匿且难以检测的数据注入攻击之一。本文基于Kalman滤波方法推导了重放攻击对目标系统控制量累积偏差影响的一般形式,分析了重放攻击时长和重放数据内容对控制量累积偏差的影响。最后,通过实验仿真说明了重放时长和重放数据内容决定着控制量累积偏差的大小,进而决定着重放攻击对目标系统的攻击强度。

关键词：数据注入攻击重放攻击攻击检测灰色关联度分析工业控制网络

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基于多信道博弈的ICPS虚假注入攻击防御策略

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控制与决策 2022年第5期37卷 1357-1366页

作者：孙子文洪涛江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 物联网技术应用教育部工程研究中心江苏无锡214122

工业信息物理系统(ICPS)与基础设施的连接越来越密切,同时通信网络也易受到环境干扰和虚假数据注入攻击的影响.鉴于此,研究基于多信道传输框架和minimax控制器,提高ICPS在攻击、环境和噪声干扰下的弹性.通过设计minimax控制器以增强ICP... 详细信息

工业信息物理系统(ICPS)与基础设施的连接越来越密切,同时通信网络也易受到环境干扰和虚假数据注入攻击的影响.鉴于此,研究基于多信道传输框架和minimax控制器,提高ICPS在攻击、环境和噪声干扰下的弹性.通过设计minimax控制器以增强ICPS在噪音和干扰下的弹性,基于多信道传输框架建立发射机与攻击者之间的攻防博弈模型,通过多信道上的攻防博弈策略实现整个ICPS的弹性防御策略.通过OPNET和Matlab的联调仿真,验证模拟数据注入攻击下基于多信道传输框架的ICPS控制系统的性能.仿真结果表明,minimax控制器和多信道传输框架组成的弹性防御策略,能够同时提升系统在环境干扰下的稳定性并有效降低数据注入攻击对ICPS的影响.

关键词：工业信息物理系统数据注入攻击零和博弈多信道传输 minimax控制器

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