[发明专利]一种隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法

权利要求书

1.一种隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建正规网络化直流电机伺服系统模型；

步骤2：建立随机基于事件的触发器调度模型；

步骤3：生成攻击信号，并将其注入到触发器调度模型，基于攻击信号计算随机基于事件触发函数值；

步骤4：根据触发器调度模型中决策变量的取值，远程估计器对系统状态进行更新；

步骤5：判断远程估计器侧配备的通讯比率检测器测试传输过程中是否存在攻击，存在攻击则报警，否则反馈系统输出估计值；

步骤6：判断反馈信道中的卡方检测器测试传输通道是否存在攻击，存在攻击则报警，否则判断是否传输结束，没有结束返回步骤3继续执行；

步骤3具体为：

步骤3.1：通过系统辨识技术获取到随机基于事件调度策略的触发参数Z；

步骤3.2：生成一组攻击时长为n，且满足前向通道通讯比率不变性和反馈通道χ²检测隐蔽性的随机新息序列

步骤3.3：根据步骤3.1和3.2中得到的触发参数Z和随机新息序列计算出相应的事件触发函数值，并根据事件触发函数值大小进行升序排列；

步骤3.4：通过窃听技术获取系统的输出信号y_k，计算出相应的攻击信号

步骤3.5：堵塞反馈系统输出估计值的无线信道，并给网络化直流电机伺服系统注入攻击信号

步骤3.6：判断攻击是否结束：否，则返回步骤3.4：继续执行；是，则攻击结束。

2.如权利要求1所述的隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，其特征在于，所述步骤3.1中的随机基于事件调度策略的触发参数Z来自于系统正常运行时的触发器调度模型为：

式中：γ_k是决策变量，γ_k＝1表示发送数据，反之表示不发送；ζ_k是独立同分布的随机变量，服从[0,1]上的均匀分布；触发函数满足表示无攻击时的新息值。

3.如权利要求1所述的隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，其特征在于，所述步骤3.2中的前向通道通讯比率不变性和反馈通道χ²检测隐蔽性包括：

1)前向通道通讯比率指的是远程估计器侧接收数据包的平均期望值：

采用无偏估计的方法来计算通讯比率，通讯比率的不变性是指攻击前后，远程估计器侧测得的通讯比率在一定的裕度范围内保持不变，为保证通讯比率的隐蔽且保持较好的攻击效果，应使攻击后的通讯比率γ_a等于无攻击时通讯比率的下界γ；

2)χ²检测器用于揭示反馈信道的异常，其具体形式为：

其中，J为检测时间窗，δ为检测阈值，为新息序列误差协方差；当假设H₁成立时，检测器报警，说明存在恶意攻击；为保证χ²检测的隐蔽性，应使无攻击和有攻击时的新息序列具有相同误差协方差；

3)随机新息序列为满足上述双重隐蔽条件，应是均值为0，方差为的高斯分布，其中C为系统的输出矩阵，为初始方差，R为输出噪声方差。

4.如权利要求1所述的隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，其特征在于，所述步骤3.3中按照受攻击下随机基于事件触发函数进行计算相应的触发函数值，并将n个触发函数值按照从小到大的顺序进行排列得到新的新息序列

5.如权利要求1所述的隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，其特征在于，所述步骤3.4中借助于通讯领域的窃听技术截获系统的输出信号y_k，利用求解注入到正常随机事件触发器的攻击信号得到受攻击下的事件触发器调度模型为：

是攻击下的决策变量；触发函数为表示有攻击时的新息值。

6.如权利要求1所述的隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，其特征在于，所述步骤3.5为攻击的实施阶段，攻击者的目标是最大程度的降低远程估计器侧对系统状态的估计精度，定义平均估计误差协方差为：

其中P_k(γ_k)表示在决策变量γ_k下估计器的误差协方差，攻击的目的是最大化目标函数J。