隐形模式下的传感器欺骗攻击：相变与安全防护

本文主要探讨了在反馈控制器中发生的传感器欺骗攻击及其安全性问题。反馈控制器是一个基本的自动化系统结构，由传感器、控制器和执行器构成，其工作原理是通过传感器收集系统状态信息，控制器基于这些数据制定控制决策，执行器则根据指令调整系统行为，形成一个持续的闭环控制过程。 攻击者在反馈控制器中实施的传感器欺骗攻击，其目标是在保持隐形模式下干扰控制器对系统状态的理解。隐形模式意味着攻击者只针对部分传感器进行欺骗，使其输出的数据与实际系统状态难以区分于噪声。然而，文章指出，这种保持隐形的策略并非有效的攻击手段，因为攻击者最终的目标通常是使系统进入不安全状态。 论文通过实例分析了一种自适应巡航控制器，揭示了两种类型的攻击相变：小型、难以察觉但不足以使系统本身变得不安全的攻击，以及大规模的、可能被轻易发现但更容易导致系统不稳定和不安全的攻击。实验结果显示，当控制系统仅在有限的切换状态时，其安全性最为脆弱。 为了提高安全性，文中提到使用基于安全包络的监视器进行保护，这种方法允许忽略超出安全范围的传感器数据，从而减轻传感器欺骗带来的风险。然而，这同时也意味着必须在保证系统正常运行和防止恶意攻击之间找到平衡。 该研究工作得到了国防高级研究计划局（DARPA）和空军研究实验室（AFRL）的资金支持，以及国家科学基金会的资助，强调了这类安全问题在现代复杂网络物理系统中的重要性。值得注意的是，文章是在CCBY-NC-ND许可证下发布的开放获取资源，作者个人的观点和发现并不代表资助机构的官方立场。 本文深入剖析了反馈控制器中传感器欺骗攻击的动态特性，提出了相应的安全保护策略，为理解此类攻击威胁和提升控制系统安全性提供了有价值的见解。