具有物理水印的网络化控制系统欺骗攻击最快检测
最优化与控制
2021-01-06 v1
摘要
本文提出并分析了一种攻击检测方案，用于保护网络化控制系统的物理层免受攻击者以平稳虚假数据替换真实观测值的攻击。将独立同分布的水印信号加入最优线性二次高斯（LQG）控制输入中，并利用新息信号与水印信号的联合分布执行累积和（CUSUM）检验以实现最快攻击检测。我们推导了在多输入多输出（MIMO）系统下，最优与次优 CUSUM 检验的平均检测延迟上确界（SADD）的表达式。在特定条件下，SADD 渐近地与期望 Kullback-Leibler 散度（KLD）成反比。MIMO 情形的表达式被简化为多输入单输出系统情形，并进一步探讨以提炼设计见解。我们给出了在无攻击时，针对给定的 LQG 控制代价固定增量，最大化 KLD 的最优水印信号设计见解。此外，我们研究了攻击者与控制系统设计者如何通过改变攻击信号与水印信号的相对功率来实现各自目标。仿真与数值研究用于验证理论结果。
引用
@article{arxiv.2101.01466,
title = {Quickest Detection of Deception Attacks in Networked Control Systems with Physical Watermarking},
author = {Arunava Naha and Andre Teixeira and Anders Ahlen and Subhrakanti Dey},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.01466},
year = {2021}
}