网络物理融合下基于随机博弈的车联网网络安全可靠性分析

作     者：陈欣 程吉祥 姜孪娟 CHEN Xin;CHENG Jixiang;JIANG Luanjuan

作者机构：南京财经大学管理科学与工程学院江苏南京210023 南京理工大学计算机科学与工程学院江苏南京210014 

出 版 物：《应用基础与工程科学学报》 (Journal of Basic Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第32卷第3期

页      面：685-701页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52302423) 

主　　题：车联网 网络安全 随机博弈模型 层级依赖 Minimax-Q 道路交通安全 可靠性分析 

摘      要：交通事故已经成为威胁人民生命和财产安全的社会公害之一,车联网(Internet of Vehicles,IoV)作为能够有效增加道路安全的新兴技术,在道路交通安全防控方面扮演着至关重要的角色,在广泛应用的同时也面临着严峻的网络攻击挑战.为分析IoV系统可靠性对道路安全水平的影响,设计了基于马尔可夫过程的双人随机博弈模型,将受到攻击的IoV系统分为渗透阶段、破坏阶段与主动恢复阶段,基于IoV系统受攻击后的状态转移过程,研究了攻击者和防御者之间动态交互的影响及状态之间的级联关系.将IoV系统的安全部署成本划分为相互依赖的网络层和物理层两部分,在无法完全了解模型参数的情况下通过Minimax-Q算法预测攻击者行为,探究防御成功率与网络安全部署成本对攻击者策略的影响,评价了不同攻击策略下的系统可靠性(车辆系统平均失败时间、车辆系统稳态可用性和道路信息稳态机密性),并构建了车联网环境下的道路交通安全综合指标,探析了IoV系统网络安全对道路交通安全水平的影响.研究结果表明:(1)在渗透阶段,相比于网络层,物理层安全部署成本的变化对攻击策略的影响更为显著,在破坏阶段则呈相反趋势.(2)在应用受损状态下,车辆系统稳态可用性,道路信息稳态机密性和道路交通安全综合水平分别上升了3.9%、3.9%和1.34%.(3)渗透阶段(N,V,P)为IoV系统可靠性对道路交通安全水平影响方面的关键阶段,极大程度上威胁着道路交通安全.以期该研究成果有助于确定IoV系统网络安全的关键阶段,并增强道路交通安全水平.