中文标题：针对完整性攻击的信息物理系统双通道联合编码检测

英文标题：Two-channel joint coding detection for cyber-physical systems against integrity attacks

来源期刊：电子与信息学报

基金项目：国家自然科学基金(62322306,62173057)，航空科学基金(2022Z018063001)，KGJ基础科研项目(JCKY2023110C080)，大连理工大学重大项目科研专题(DUT24ZD412)

作  者：莫小磊¹ 曾维鑫¹ 富佳伟² 窦克勤³ 王言伟² 孙希明¹ 林思达⁴ 隋天举¹

作者单位：1. 大连理工大学控制科学与工程学院 大连 116024
2. 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 沈阳 110035
3. 国家工业信息安全发展研究中心 北京 100040
4. 大连海事大学理学院 大连 116026

摘  要：信息物理系统(Cyber-Physical System, CPS)完整性攻击针对系统数据流发起攻击，破坏输入输出数据一致性，由于其攻击方式多变、隐蔽性强的特性，较其他CPS攻击在检测及防护上更为困难。为此，本文提出了一种控制-输出双通道的数据加性-乘性联合编码检测方案，旨在检测完整性攻击并在三种典型攻击上进行验证，包括控制通道偏置攻击、输出通道重放攻击以及双通道隐蔽攻击。完整性攻击通过部分或全面系统信息的获取及掌控可使卡方检测器检测值小于阈值，从而实现对CPS系统“隐形”。为此，本文方案创新性地在通道两侧布置加性正负水印对以及乘性编码/解码矩阵对，未知信号及部件的引入为攻击者带来了信息不确定性，使残差统计特性偏离其期望数值。此外，水印对与矩阵对之间通过不同机制实现了解耦，其正负或互逆形式使得无攻击时不影响系统的控制性能，并且以时变形式防止攻击者对其重构。最后，通过计算推导出引入本文方案后三种攻击前后残差统计特性的变化，并以飞行器飞行轨迹仿真为例，说明方案的有效性和先进性。

全文链接： https://jeit.ac.cn/cn/article/doi/10.11999/JEIT250729