基于随机线性模型的信息物理系统网络攻击检测与性能分析

The Cyber-Physical system is a combination of traditional industrial system and information technology. The combination make the system effective, while it also increases the vulnerability and provides a leak for networked attacks. This proposal investigates three problems on the security of stochastic linear Cyber-Physical system: .1) We will focus on solving the detectable problem of attacks and give the necessary and sufficient condition for a detectable attack. Moreover, the optimal detector is designed following that condition, which covers all the detectable attacks. .2) We will also focus on the stability of system under undetectable attacks and give its necessary and sufficient condition. .3) Under the stability condition, we will focus on the reachable set of the attack bias of critical variable and show its dynamic behavior iteratively. Besides, we will also offer a bound for the reachable set. .Solving these three problems will both help the Cyber-Physical system detecting attacks and designer better understanding what kind of characteristic will increase the robustness against attacks. It has contributions from both theoretical and practical point of view.

信息物理系统将传统工业系统与信息技术结合了起来，虽然可以提高效率，但同时也增加了系统的脆弱性，为基于信息技术的网络攻击提供了可乘之机。本项目以随机线性系统为模型研究信息物理系统安全问题中的三个重要子问题：.1）我们关注何种攻击信号能够被系统检测到，致力于给出一个攻击信号可检测的充分必要条件并利用它设计具有最大覆盖范围的最优攻击检测器；.2）针对那些不可检测的攻击，我们研究其对系统稳定性造成的影响，致力于给出一个系统能否在任何不可检测攻击下保持稳定的充分必要条件；.3）针对可以在不可检测攻击下保持稳定的系统，我们进一步研究攻击对其性能的影响，致力于给出其关键变量在有攻击下和无攻击下差值随时间变化的迭代关系，并分析这个差值的边界。.这三个问题的解决一方面能够帮助信息物理系统更好的检测攻击，另一方面也能够帮助系统设计者理解具有什么特点的系统能够更好的耐受攻击，具有深刻的理论价值和广泛的实践空间。

随着信息技术的快速进步，信息物理系统将传统工业系统与信息技术结合了起来，虽然可以提高效率，但同时也增加了系统的脆弱性，为基于信息技术的网络攻击提供了可乘之机。本项目以随机线性系统为模型研究了信息物理系统安全问题中的三个重要子问题：.1）我们关注何种攻击信号能够被系统检测到，致力于给出一个攻击信号可检测的充分必要条件并利用它设计具有最大覆盖范围的最优攻击检测器；.2）针对那些不可检测的攻击，我们研究其对系统稳定性造成的影响，致力于给出一个系统能否在任何不可检测攻击下保持稳定的充分必要条件；.3）针对可以在不可检测攻击下保持稳定的系统，我们进一步研究攻击对其性能的影响，致力于给出其关键变量在有攻击下和无攻击下差值随时间变化的迭代关系，并分析这个差值的边界。. 这三个问题的解决一方面能够帮助信息物理系统更好的检测攻击，另一方面也能够帮助系统设计者理解具有什么特点的系统能够更好的耐受攻击，具有深刻的理论价值和广泛的实践空间。