Sampled Data Driven Attack Detection and Adaptation for Security in Control Systems

采样数据驱动的攻击检测和适应控制系统的安全

基本信息

项目摘要

This project aims to contribute to cyber-attack resilient control methods and architectures, which are critically important to safe operation of power grid, medical, manufacturing, traffic and many other control systems. Malicious attacks on modern time cyber infrastructure have been a daily phenomenon and a constant threat for the nation's security and well-being. There have been numerous cyber-attacks that infiltrated critical industrial control systems, vehicle control units, GPS systems used for navigation and control, air-vehicle autopilots, SCADA systems in the power grid, etc. In all of these cyber-attacks the aim is to deceive the control and monitoring mechanism and potentially lead the system to instability and malfunction, thus causing physical damages that could be of catastrophic nature. As control systems are becoming sophisticated and frequently include components from cyberspace, their security is generating greater challenges. The project focuses on theoretical advancements in resilient control methods as well as experimental safety demonstrations with UAV systems. It also promotes the engagement of undergraduate students with the topic of safe control system analysis and design. This project aims to address cyber-security for control systems from a control theory perspective, in order to develop controller analysis and synthesis methods applicable for secure software and hardware architectures in order to accurately assess and reduce the risks of such attacks. In practice controllers are implemented digitally and physical plants evolve in a continuous-time domain. The sampled-data control implementation generates additional vulnerability to stealthy attacks, which, if ignored, can result in a catastrophic event. Security associated with the attacks of interest cannot be dealt with solely by robust controller design nor by standard security software. Instead this project takes the approach of co-designing the control algorithm along with the secure software/hardware platform on which the controller operates, all in a sampled-data framework. The proposed schemes and theoretical results will be verified experimentally using unmanned aerial vehicles.
该项目旨在为网络攻击弹性控制方法和架构做出贡献,这对于电网、医疗、制造、交通和许多其他控制系统的安全运行至关重要。 对现代网络基础设施的恶意攻击已成为一种日常现象,并且对国家安全和福祉构成持续威胁。已经有许多网络攻击渗透到关键的工业控制系统、车辆控制单元、用于导航和控制的 GPS 系统、飞行器自动驾驶仪、电网中的 SCADA 系统等。所有这些网络攻击的目的都是欺骗控制和监测机制,并可能导致系统不稳定和故障,从而造成灾难性的物理损害。 随着控制系统变得越来越复杂并且经常包含来自网络空间的组件,其安全性正在产生更大的挑战。 该项目重点关注弹性控制方法的理论进展以及无人机系统的实验安全演示。 它还促进了本科生对安全控制系统分析和设计主题的参与。 该项目旨在从控制理论的角度解决控制系统的网络安全问题,开发适用于安全软硬件架构的控制器分析和综合方法,从而准确评估和降低此类攻击的风险。 在实践中,控制器以数字方式实现,物理设备在连续时间域中演化。采样数据控制实现会产生额外的隐秘攻击漏洞,如果忽略该漏洞,可能会导致灾难性事件。与感兴趣的攻击相关的安全性不能仅通过强大的控制器设计或标准安全软件来处理。相反,该项目采用了共同设计控制算法以及控制器运行的安全软件/硬件平台的方法,所有这些都在采样数据框架中。 所提出的方案和理论结果将使用无人机进行实验验证。

项目成果

期刊论文数量(9)
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专利数量(0)
Towards Resilient UAV: Escape Time in GPS Denied Environment with Sensor Drift
迈向弹性无人机:在传感器漂移的 GPS 拒绝环境中的逃逸时间
  • DOI:
    10.1016/j.ifacol.2019.11.280
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yoon, Hyung;Wan, Wenbin;Kim, Hunmin;Hovakimyan, Naira;Sha, Lui;Voulgaris, Petros G.
  • 通讯作者:
    Voulgaris, Petros G.
A Unified Framework for Decentralized Control Synthesis
分散控制综合的统一框架
  • DOI:
    10.23919/ecc.2018.8550564
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Naghnaeian, Mohammad;Voulgaris, Petros G.;Elia, Nicola
  • 通讯作者:
    Elia, Nicola
Sensitivity analysis of linear continuous-time feedback systems subject to control and measurement noise: An information-theoretic approach
受控制和测量噪声影响的线性连续时间反馈系统的灵敏度分析:一种信息论方法
  • DOI:
    10.1016/j.sysconle.2019.104548
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Wan, Neng;Li, Dapeng;Hovakimyan, Naira
  • 通讯作者:
    Hovakimyan, Naira
A unified input-output approach for networked control problems with decentralized and selfish optimality
具有分散和自私最优性的网络控制问题的统一输入输出方法
  • DOI:
    10.23919/acc.2018.8430932
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Voulgaris, Petros G.;Elia, Nicola
  • 通讯作者:
    Elia, Nicola
Dual-rate L1 adaptive controller for cyber-physical sampled-data systems
用于网络物理采样数据系统的双速率 L1 自适应控制器
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Petros Voulgaris
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  • DOI:
    10.2514/6.2024-0516
  • 发表时间:
    2024-01-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Antonio Fernández Castaño;Caleb Patton;Hyung;Petros Voulgaris
  • 通讯作者:
    Petros Voulgaris

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  • DOI:
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了