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《青岛理工大学》 2015年
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输出跟踪控制系统的虚假数据注入攻击设计

侯方圆  
【摘要】:信息物理系统是计算资源与物理资源的紧密集成和深度协作。信息物理系统具有广泛的应用领域,包括:环境监测和控制、智能交通、智能电网、航空信息系统、国防信息系统、关键基础设施(水、天然气、通信和核能)和智能机器人等,随着信息物理系统的广泛应用,使得信息物理系统的安全成为亟待解决的问题。信息物理系统中的控制指令和传感器数据通过网络进行传播,使得控制指令和传感器数据在网络中极易受到攻击者的破坏,攻击者可以设计出虚假数据注入攻击、重放攻击等欺骗攻击和拒绝服务攻击来破坏控制系统。本文是从控制系统安全角度研究虚假数据注入攻击,设计了虚假数据攻击序列,旨在破坏控制系统性能时,不被检测器检测到。本文研究的输出跟踪控制系统动态模型是线性离散时不变高斯控制系统,输出跟踪误差作为一个附加状态与增量状态构成增广状态,增量输出作为增广系统的输出,由此构成增广控制系统。在输出跟踪控制器中设计了基于卡尔曼滤波器的增量状态观测器和基于线性二次型高斯最优控制的增广状态反馈控制策略,文中采用欧几里德检测器来检测虚假数据注入攻击。基于控制器与传感器和控制器与执行器之间的两条通信信道,设计出两种不同的虚假数据注入攻击,分别为针对传感器数据的虚假数据注入攻击、针对传感器数据和控制指令的虚假数据注入攻击,这两种攻击可以成功破坏输出跟踪控制系统的性能,而不被欧几里德检测器检测到。通过对每种攻击做出理论分析和仿真结果,验证了设计的虚假数据攻击序列的成功性。最后,针对传感器数据和控制指令的虚假数据注入攻击,采用基于永磁无刷直流电机的网络化控制系统平台做出实验结果,进一步证实了设计的虚假数据攻击序列的成功性。
【学位授予单位】:青岛理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP309

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