[发明专利]一种船舶CPS系统欺骗攻击检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种船舶CPS系统欺骗攻击检测方法及系统，解决了现有技术中不能检测船舶CPS系统欺骗攻击的问题。该系统包括：采集船舶CPS系统的系统状态向量和系统输出信号；根据所述系统状态向量和所述系统输出信号，估计下一时刻系统状态向量，并计算下一时刻系统输出信号估计值；根据所述系统输出信号估计值和所述系统输出信号计算得到残差信号；根据所述残差信号得到残差评价函数，并计算出残差阈值，将所述残差评价函数的值与所述残差阈值进行比较，实现了船舶CPS系统欺骗攻击检测。

技术领域

本发明涉及船舶CPS系统攻击检测技术领域，尤其涉及一种船舶CPS系统欺骗攻击检测方法及系统。

背景技术

近年来，随着电子、信息等技术的高速发展，在提出只能船舶制造总体需求的基础上，船舶CPS系统(信息物理系统：cyber-physical systems)应运而生，船舶CPS系统由决策层、网络层和物理层所构成。其基本组成包括传感器、控制执行单元、计算处理单元和通信网络等。

其中，传感器对物理系统数据进行采集；采集到的数据传输到信息系统中，由计算处理单元进行数据分析，并得出控制决策；控制执行单元根据决策，对物理系统施加控制信号。以上过程都通过网络来实现，网络的引入可以使CPS更加高效地运行，然而也使系统更加容易受到外界的侵犯，使其安全性受到威胁。由此，关于CPS攻击检测的研究至关重要。

因此，现有技术中缺乏一种能够检测船舶CPS系统欺骗攻击的检测方法及系统。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种船舶CPS系统欺骗攻击检测方法及系统，用以解决现有船舶CPS系统欺骗攻击的检测的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种船舶CPS系统欺骗攻击检测方法，包括：

采集船舶CPS系统的系统状态向量和系统输出信号；

根据所述系统状态向量和所述系统输出信号，估计下一时刻系统状态向量，并计算下一时刻系统输出信号估计值；

根据所述系统输出信号估计值和所述系统输出信号计算得到残差信号；

根据所述残差信号得到残差评价函数，并计算出残差阈值，将所述残差评价函数的值与所述残差阈值进行比较，以判断船舶CPS系统是否发生欺骗攻击。

进一步地，所述系统状态向量为x_k，x_k是k时刻的n个传感器数据的n维列向量；对所述系统状态向量进行时延处理构造为系统扩增状态：

其中，d是时延样本长度，代表k时刻的系统状态向量x_k的转置，k为采样时刻，k≥0；

根据所述系统扩增状态，得到扩增系统状态空间表达式：

其中，公式(1)为扩增线性状态方程，公式(2)为扩增观测方程；为k时刻x_k的扩增状态，y_k为k时刻所述系统输出信号，r_k为k时刻马尔科夫跳变参数，u_k为k时刻输入信号，z_k为k时刻系统过程噪声，v_k为k时刻测量噪声，为第一系统参数的扩增矩阵，为第二系统参数的扩增矩阵，为第三系统参数的扩增矩阵，为第一单位矩阵的扩增矩阵，为第二单位矩阵的扩增矩阵，分别表达为：