サイバーフィジカルシステムにおけるサンプリングデータベースオブザーバーと耐性イベントトリガー制御器の設計による境界混合サイバー攻撃の緩和

科学分野:

• サイバーフィジカルシステムセキュリティ
• 制御理論
• ネットワークシステム

背景:

• サイバーフィジカルシステム（CPS）は、洗練されたネットワーク攻撃に対して脆弱である。
• 偽データインジェクション（FDI）およびサービス拒否（DoS）を含む混合攻撃は、重大なセキュリティ上の課題をもたらす。
• 既存の制御方法は、伝送制約と不完全な状態情報に対処するのが難しい場合が多い。

研究 の 目的:

• 同時FDIおよびDoS攻撃下でのCPSのセキュア制御戦略を開発する。
• 状態推定およびFDI攻撃再構成のためのサンプリングデータオブザーバーを設計する。
• DoS攻撃を緩和するための耐性イベントトリガーメカニズム（ETM）を導入する。

主な方法:

• システム状態を推定し、FDI攻撃を再構成するために、新しいサンプリングデータオブザーバーを設計した。
• エネルギー境界付きDoS攻撃に耐えるために、耐性イベントトリガーメカニズム（ETM）を開発した。
• オブザーバーとETMを統合することにより、オブザーバーベースのイベントトリガー制御器を構築した。

主要な成果:

• 提案された制御器は、混合攻撃下での漸近的有界収束を保証する。
• このアプローチは、FDI攻撃を効果的に補償し、DoS攻撃に耐える。
• 3タンクシステムと倒立振子システムでのシミュレーションにより、優れた性能が実証された。

結論:

• 開発されたオブザーバーベースのイベントトリガー制御器は、混合ネットワーク攻撃に対してCPSに堅牢なセキュリティを提供する。
• この方法は、伝送制約と部分的な状態測定の限界を克服する。
• このアプローチは、セキュアで耐性のあるCPS運用に有望なソリューションを提供する。