基于攻防博弈的信息物理系统的安全控制

发布时间：2024-02-02 19:46

　　近年来,计算机技术进步导致网络和控制系统的深度耦合。通信信道使得数据被有效分享和利用,控制中心(防御者)可以融合全局信息来制定决策以影响大的物理空间。同时,控制系统复杂度极大增加,导致了大量系统漏洞的累积,攻击者利用系统漏洞发动恶意攻击,而这毫无疑问将给信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)带来巨大挑战。近年来不断增加的攻击案例使得CPS安全问题形势变得日益严峻。本文将CPS看成网络化的反馈控制系统,从闭环视角出发分析攻防双方交互过程,针对执行器侧出现能量约束攻击者的DoS攻击情形,给出相应的攻击破坏分析与控制器设计,实现对拒绝服务攻击下CPS系统的安全控制设计。首先,针对控制回路中可能存在的执行器攻击,对攻击产生的控制器-执行器传输网络中的信号篡改、丢失等情形进行建模,提出了一类具有拒绝服务攻击的CPS数学模型,并通过仿真分析并验证了拒绝服务攻击对CPS性能的影响。其次,为了提取DoS攻击者的行为特征和DoS攻击造成的影响,将控制中心(领导者)和攻击者(跟随者)建模成Stackelberg博弈模型,并推导攻防双方各自成本、收益权衡的代价函数。给出控制器存...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 DoS攻击研究概述
        1.2.2 基于博弈的最优控制器概述
        1.2.3 事件触发控制研究概述
    1.3 本文主要研究内容与论文结构
第二章 DoS攻击下CPS的数学模型描述
    2.1 引言
    2.2 DoS攻击下CPS系统的数学模型
    2.3 仿真验证
    2.4 本章小结
第三章 基于Stackelberg博弈的DoS攻击下CPS控制器设计
    3.1 引言
    3.2 Stackelberg博弈中攻防双方的代价函数
    3.3 Stackelberg博弈下攻防双方的等级结构模型
    3.4 Stackelberg博弈中参与者存在最优解的必要条件
    3.5 Stackelberg博弈中参与者存在最优解的充分条件
    3.6 仿真验证
    3.7 本章小结
第四章 基于事件触发控制的DoS攻击下CPS控制器设计
    4.1 引言
    4.2 基于模型的事件触发预测控制描述
    4.3 事件触发的控制器设计
        4.3.1 MB-ETPC中参与者存在最优解的必要条件
        4.3.2 MB-ETPC中参与者存在最优解的充分条件
    4.4 仿真验证
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 主要工作
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文



本文编号：3893065