工业控制系统中多传感器数据攻击的检测方法研究

作     者：刘远彬 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：徐茹枝;高春雨

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：工业控制系统 单步多点攻击 过程感知隐蔽攻击检测算法 鲁棒主成分分析法 

摘      要：大量面向社会服务的工业控制系统被称为关键信息基础设施,在其遭受攻击后会对国家和社会带来恶劣的影响。“震网病毒向世界证明了网络攻击能够破坏现实中的生产设备。因此,对工业控制系统的攻击方法和检测方法进行研究具有重要意义。为了提高工业控制系统对于攻击行为的检测能力,本文研究了工业控制系统中的多传感器数据攻击算法与检测算法。本文主要研究内容如下:首先,提出了基于改进SSMP并具有隐蔽性的多传感器数据攻击算法。利用SSMP算法建立系统中设备的状态依赖关系,结合相关系数的数值大小形成多传感器攻击方案,增加攻击的成功率。分析PASAD检测算法和完整性攻击算法的特点,提出了攻击算法及约束条件,增加攻击的隐蔽性。实验证明,该攻击算法能够破坏系统的稳定运行状态并避开PASAD算法的检测。其次,提出一种基于RPCA-PASAD且适用于多变量环境的攻击检测算法。利用RPCA算法获得低秩矩阵和稀疏误差结构,增加检测算法的准确性。结合多变量数据特点改进投影矩阵的形成方式和数据的投影方式。实验表明,该检测算法能够减少检测误差,适用于多变量的检测环境,且时间复杂度和空间复杂度较低。最后,为了进一步提高RPCA-PASAD检测算法的实时性,提出基于改进RPCA-PASAD的检测算法。利用数据之间存在相关性的特点,将数据划分为集群,对集群中表现异常的数据进一步放大,以提高RPCA-PASAD检测算法的实时性,然后使用RPCA-PASAD算法对放大后的数据进行检测。实验证明,改进后的检测算法虽然提高了算法的复杂度,但是能够在保留检测性能的条件下提高检测的实时性。