[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

说明书

本发明的一种隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，是适用于工业信息物理系统(Industrial Cyber‑Physical Systems,ICPSs)中网络攻击下的远程状态估计方法，包括随机基于事件的隐蔽攻击序列生成阶段和攻击信号注入远程状态估计过程阶段两个部分。本发明中所给出的网络攻击算法可以同时避开前向通道通讯比率检测和反馈通道卡方检测两种检测机制，进而以估计误差为目标完成基于随机事件的最优隐蔽攻击，最后降低远程估计器侧的估计质量。本发明旨在解决当前对ICPSs智能攻击行为认识不足的问题，辅助系统设计者和防御者更好的保证系统安全稳定的运行。

技术领域

本发明属于工业信息物理系统(Industrial Cyber-Physical Systems,ICPSs)安全防护领域，涉及一种隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法。

背景技术

工业信息物理系统是基于数据自流动的闭环智能系统。由于ICPSs深度整合信息空间和物理过程，使得其在数据自流动的过程中容易受到网络攻击侵害，进而破坏物理设备。然而，目前针对ICPSs智能攻击者的研究尚处在初级阶段，存在着对攻击行为认识不足的缺点。因此，必须从攻击者的角度入手，深入了解相应的攻击机理，才能更好地设计安全防御和控制策略，保证ICPSs安全、高效、稳定的运行。

在ICPSs运转的过程中，利用无线网络进行远程估计是必不可少的一环。为减少资源消耗和提高通讯效率，提出了不同的离线和在线传感器调度策略，其中包含一种典型的事件触发传输机制：基于状态的触发策略、基于输出的触发策略、基于误差的触发策略和基于新息的触发策略。从攻击者的角度来看，为完成高级持续性的威胁并尽可能地降低远程估计质量的要求，攻击者必须具备发起隐蔽攻击的条件。那么，恶意攻击者会针对不同的事件触发策略设计出不同的攻击策略来达到隐蔽攻击的目的。目前基于新息的触发策略主要分为确定性和随机触发两种。针对确定性事件触发的隐蔽攻击已有相关的研究，但是基于随机事件触发的隐蔽攻击策略尚未涉及。因此，迫切需要设计一种随机基于事件的最优隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，为保证ICPSs的安全防御与控制提供必要的思路。

发明内容

对于现有技术中仍存的上述不足，本发明提供一种隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，旨在为ICPSs设计检测和防御机制提供依据。

本发明的一种隐蔽攻击下的网络化电机系统远程状态估计方法，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γ_k^a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。

进一步的，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