非线性控制系统对隐蔽虚假数据注入攻击的脆弱性分析

本文致力于分析非线性动态控制系统对传感器上隐蔽虚假数据注入攻击的脆弱性。我们首先以最一般的形式定义隐蔽性概念：若任何入侵检测器都无法比随机猜测做得更好，即任何入侵检测器都不能检测到该攻击，则认为该攻击是隐蔽的。根据攻击者对被控对象模型、控制器及系统状态知识的掌握程度，考虑两种不同的攻击模型。针对每种攻击模型，我们推导了系统易受隐蔽且具影响力攻击的条件，并给出了设计此类虚假数据注入攻击序列的方法。当攻击者拥有系统完整知识时，我们证明：若闭环系统增量指数稳定而开环被控对象增量不稳定，则系统易受传感器上隐蔽但具影响力的攻击。然而，在第二种攻击模型中，由于系统知识较少，还需满足额外条件，且隐蔽程度取决于攻击者系统知识的准确程度。我们还考虑了隐蔽攻击对状态估计的影响，并证明若包含估计器在内的闭环控制系统增量稳定，则存在攻击时的状态估计收敛于无攻击估计值。最后，通过数值案例研究说明了我们的结果。