网络化控制系统虚假数据注入攻击的检测方法研究

【摘要】：信息物理系统(cyber physics system,CPS)作为新一代的智能系统一直得到广泛的关注,随着越来越多的领域开始应用信息物理系统相关的技术,信息物理系统的安全问题显得尤为重要,如何保障信息物理系统的安全一直是广大科研人员研究的焦点,同时这也是信息物理系统未来发展的前提。考虑到信息物理系统的概念是基于网络化控制,其特征是分布式和网络通信。针对此特征,攻击者能够很容易的从传输网络中得到系统的传输数据,系统的安全性极易遭到破坏。本文是从控制系统安全角度研究虚假数据注入攻击,考虑一个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,利用跟踪误差和系统助构造一个增广控制系统。首先站在攻击者的角度,假设攻击者能够窃取到目标系统在网络中传输的数据,通过对数据进行分析利用子空间辨识方法对目标系统进行建模,可以间接的得到系统的准确模型。攻击者通过系统的状态空间模型设计出一个隐秘的虚假数据注入(False Data Injection,FDI)攻击序列,目的是在对目标进行攻击后,系统的被控对象会偏离系统给定的参考信号,而且在控制器端基于残差的检测器通过虚假的传感器数据无法检测到攻击的存在。然后针对此类攻击,设计出一种检测方法,旨在能够对上述的虚假数据攻击进行检测。文章最后通过仿真和实验分别验证了攻击和检测方法的有效性。