CPS系统控制层攻击检测算法研究

发布时间：2017-05-02 12:09

  本文关键词：CPS系统控制层攻击检测算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：CPS (Cyber Physical System),即信息物理系统,是当今新兴的一个融合了计算机科学、通信科学以及控制科学的多学科交叉研究领域,并被誉为是下一代网络技术的发展方向,具有极其广泛的应用前景。一般来说,CPS系统的安全目标主要分为三类,分别是安全性、有效性和完整性,除了物理设备的故障和遭受到的攻击之外,由于其将物理过程与网络紧密结合,因此对CPS系统的网络攻击也会对其所控制的物理设备产生影响,如由于系统的漏洞,导致感知数据被篡改,或是控制命令被伪造等,无论是哪一种攻击都会使得物理状态发生改变。 本文即以此为背景,对一些基本的检测算法进行了深入的研究。首先针对通过回归分析后系统观测值的拟合残差满足正态分布这一特性,提出了一种改进的序贯检测方法,从而提高了原序贯检测法的检测速度。对于传统小波检测算法需要预先设定检测阂值的问题,本文在原算法的基础上集成了隐马尔可夫判决模块,采用该种方法可以有效避免预先设定检测阈值造成的漏检误检等检测误差。并且,由于在小波检测之前对系统观测值进行了动态估计拟合处理,这样便可以避免传统小波检测中误将系统前期的正常调节震荡检测为攻击的缺陷。最后,本文将算法在田纳西伊斯曼过程仿真平台上进行了实验研究,并比较分析了检测性能,实验结果表明算法具有一定的有效性和准确性。
【关键词】：信息物理系统 安全 序贯 隐马尔可夫
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.08
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 CPS系统及安全研究背景9-12
• 1.1.1 CPS系统简介9-10
• 1.1.2 CPS系统应用10
• 1.1.3 CPS系统安全问题10-11
• 1.1.4 CPS系统面临的机遇和挑战11-12
• 1.2 CPS系统控制层及其安全12-15
• 1.2.1 CPS系统控制层结构12-13
• 1.2.2 CPS系统控制层工作流程13-14
• 1.2.3 CPS系统控制层安全威胁14-15
• 1.3 CPS系统控制层模型与攻击模型15-16
• 1.3.1 系统线性模型15-16
• 1.3.2 攻击模型16
• 1.4 攻击检测算法研究现状16-17
• 1.5 本文主要内容及章节安排17-18
• 第2章 攻击检测相关理论概述18-29
• 2.1 时间序列18-21
• 2.1.1 时间序列及其建模18-19
• 2.1.2 时间序列分析19-20
• 2.1.3 时间序列分析的应用20-21
• 2.2 攻击检测中的关键技术21-28
• 2.2.1 自回归估计法21-22
• 2.2.2 序贯分析22-23
• 2.2.3 小波检测23-26
• 2.2.4 马尔可夫模型26-27
• 2.2.5 隐马尔可夫模型27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 基于FFRLS动态估计的序贯检测法29-46
• 3.1 研究动机29
• 3.2 遗忘因子最小二乘(FFRLS)动态估计法29-32
• 3.3 序贯分析法32-35
• 3.3.1 序贯假设检测法32-33
• 3.3.2 改进的序贯检测法33-35
• 3.4 TEP平台仿真实验35-45
• 3.4.1 偏差型攻击检测实验37-41
• 3.4.2 单点虚假数据注入型攻击检测实验41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 基于HMM判决的小波检测法46-65
• 4.1 研究动机46
• 4.2 小波检测算法46-48
• 4.2.1 小波检测原理46-47
• 4.2.2 小波分析法47-48
• 4.3 HMM分析算法48-56
• 4.3.1 前向-后向算法构建HMM模型49-53
• 4.3.2 维特比算法得检测结果53-56
• 4.4 TEP平台仿真实验156-61
• 4.4.1 实验条件56-57
• 4.4.2 实验结果与分析57-61
• 4.5 TEP平台仿真实验261-64
• 4.5.1 实验条件61-62
• 4.5.2 实验结果与分析62-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 总结与展望65-67
• 5.1 主要工作总结65-66
• 5.2 研究工作展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：340922