فیلتر کالمن برای سیستم های فیزیکی سایبری در برابر حملات خصمانه

ترجمه مقاله فیلتر کالمن برای سیستم های فیزیکی سایبری در برابر حملات خصمانه

ترجمه مقاله Secure Estimation based Kalman Filter for Cyber-Physical Systems against Adversarial Attacks

در این بخش پیش بینی تخمین حالت امن بر اساس فیلتر کالمن برای سیستم های فیزیکی سایبری در برابر حملات خصمانه را آماده کردیم که علاوه بر چکیده و مقدمه می توانید خود مقاله اصلی را نیز به صورت کاملا رایگان دانلود کنید.

چکیده مقاله

سیستم ­های سایبری فیزیکی در کاربرد ­های مختلفی مانند شبکه ­های قدرت، فرآیند ­های تولید و سیستم­ های حمل ­و­ نقل هوایی یافت می­ شود. حفظ امنیت این سیستم ­ها در­ برابر حملات سایبری یک وظیفه مهم و چالشی است. از آنجایی که این حملات می ­توانند نا منظم نیز باشند، در نتیجه مدل­ سازی آن­ ها مشکل است. تخمین حالت امن، تخمینی از چگونگی حالت صحیح سیستم، هنگامی­ که اندازه­ گیری­ ها دچار اختلال شده ­اند و یا ورودی ­های کنترلی توسط مهاجمین به خطر افتاده است.

روش تخمین حالت امن را، برای مواقعی که مجموعه­ ای از گره ­های مورد حمله (حسگرها ­ و کنترلرها) بازیابی و یا تعمیر شده ­اند ؛ مورد بررسی قرار می ­دهد و سپس در این مقاله این نتایج را به سنسور ­هایی گسترش می­ دهیم که مجموعه گره ­های مورد حمله واقع‌ شده می ­توانند در طول زمان تغییر کنند. مسئله تخمین حالت امن را به شکل مشکل خطای اتصال کلاسیک بیان می کنیم و نشان می دهیم رمزگشایی صحیح می تواند تحت شرایط مطمئن تضمین گردد.

علاوه بر این، روش تخمین حالت امن ترکیب شده با تخمین زننده امن پیشنهادی خود و فیلتر کالمن را برای کارائی سودمند پیشنهاد کردیم. در نهایت کارائی روش خود را از طریق شبیه سازی دو سناریو جایی که وسائل هوایی بدون سرنشین تحت حملات خصمانه هستند، ثابت می کنیم.

مقدمه

به ‌طور مثال، سناریوی گروهی از پرنده های بدون سرنشین (پهپاد) که در یک فرم خاص پرواز می­ کنند را در نظر می­ گیریم، هر پهپاد به ‌صورت پیوسته اطلاعات موقعیت خود را به ‌صورت بی­سیم به سایر همنوعان خود می­ فرستد، یا می­ توانیم فرض کنیم، هر پهپاد به ‌صورت پیوسته اطلاعات را به مرکز کنترل از راه دور ارسال می­ کند. اگر­ چه شبکه­ های ارتباطی اغلب توسط اقدامات امنیتی محافظت می­ شوند، ولی زمانی که مهاجمین اطلاعات غیر ­مجازی در مورد کلید دسترسی را از سیستم تحت حفاظت به دست بیاورند، حملات سایبری می­ تواند صورت بگیرد.

مهاجم می­ تواند خطوط ارتباطی که اطلاعات در آن ارسال یا دریافت می‌شوند را مسدود نماید، یا می ­تواند سنسور ­های خواننده را گمراه نموده و سیگنال­ های کنترل غیر ­مطمئن را به محرک ارسال کند. برای سیستم ­های سایبری فیزیکی، حمله سایبری، تنها اطلاعات در خطر کشف نیستند، بلکه حملات هم می ­توانند باعث خسارت در فرآیند های فیزیکی شوند.

چکیده انگلیسی

Cyber-physical systems (CPSs) are found in many applications such as power networks, manufacturing processes and air and ground transportation systems. Maintaining security of these systems under cyber attacks is an important and challenging task, since these attacks can be erratic and thus difficult to model. Secure estimation problems study how to estimate the true system states when measurements are corrupted and/or control inputs are compromised by attackers.

The authors in [1] proposed a secure estimation method when the set of attacked nodes (sensors, controllers) is fixed. In this paper, we extend these results to scenarios in which the set of attacked nodes can change over time. We formulate this secure estimation problem into the classical error correction problem [2] and we show that accurate decoding can be guaranteed under a certain condition.

Furthermore, we propose a combined secure estimation method with our proposed secure estimator above and the Kalman Filter (KF) for improved practical performance Finally, we demonstrate the performance of our method through simulations of two scenarios where an unmanned aerial vehicle is under adversarial attack.

منبع : arxiv.org