來源：蓋世汽車 Fairy

無論是核電站、醫院的病人監控設備還是自動駕駛汽車,將物理程序與計算機和過程控制集成在一起,即信息物理系統(CPS)隨處可見。不過,CPS的廣泛應用也使其成為黑客攻擊的主要目標,例如,只簡單改變一個傳感器的值就能夠造成嚴重破壞。由于容易受到惡意攻擊,因此此類系統需要能夠在傳感器被破壞的情況下,仍然能夠提供安全且有效的過程控制。

據外媒報道,最近,韓國大邱慶北科學技術研究院(Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology)的Yongsoon Eun教授與現代汽車公司的同事Yechan Jeong針對受到攻擊的系統,研發了估計系統彈性狀態(RSE)的方法。狀態估計指的是利用傳感器讀數等外部變量,采用名為“觀察者”的數學模型確定系統的內部狀態。這是過程控制的關鍵步驟。盡管傳感器受到破壞,仍然可以確定一個系統的內部狀態時,就稱為RSE。

Eun教授解釋道:“如果在設計中沒有考慮到安全性與可靠性,你還會駕駛自動駕駛汽車或者住在由電腦控制的發電廠附近嗎?近十多年來,人們一直都認識到控制系統具有彈性的重要性。”

在這個過程中,所有控制系統都會受到變化或“擾動”的影響,從而導致在估計狀態時產生誤差。不過,隨著擾動的增加,誤差也會增加,進而導致系統彈性的崩潰。采用名為“位置輸入觀察者”(UIO)的觀測器,新型RSE方法就克服了這一限制,并提供了能夠抵御惡意攻擊以及外部擾動的狀態估計方法。

在該方法中,為每個傳感器都設計了一個UIO,然后將每個UIO的估計值結合在一起,并對誤差進行處理,從而提供系統內部狀態的真實值。采用UIO的好處是,其估計誤差總是接近于0,無論外部對過程有多大的擾亂。這與其他只能夠提供估計值誤差范圍的觀測器不同。該方法的另一個新穎之處在于,其采用Eun教授團隊新研發的技術——“部分狀態UIO”。該方法的特點之一是,當無法提取所有狀態信息時,其能夠盡可能多地提取有關內部狀態的部分信息,這可以極大地提高基于UIO的新型RSE方法的適用性。

Eun教授總結道:“該方法為系統在無法避免出故障和被攻擊的情況下,提供了一定程度的容忍度,讓系統的功能能夠平穩退化。這對于設計CPS而言,至關重要。”(蓋世汽車 Fairy)