NSF/ENG/ECCS-BSF: Collaborative Research: Foundations of secure multi-agent networked systems

NSF/ENG/ECCS-BSF:协作研究:安全多代理网络系统的基础

基本信息

  • 批准号:
    1809315
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The goal of this research project is to develop a new framework for the design of secure multi-agent systems along with the tools necessary for their analysis. The rapid pace of innovation in the areas of control theory, computation, and communication is leading the way for a new class of networked systems characterized by their complex interconnections, diversity of components, and interactions with the physical world. The potential benefits of these networked systems from environmental, economic, and social perspectives are however limited by the ability to secure them. There are currently many efforts under way to address the underlying security issues by ways of developing secure communication protocols and procedures. The PIs take a different point of view here: instead of developing methods to secure existing systems, they develop methods to design systems that are inherently secure and embedded with breach detection mechanisms. The PIs thus expand the secure-by-design philosophy popular in software engineering to the design of networked dynamical systems. In terms of applications, the proposed research program will significantly push forward the frontiers of secure design of cyber-physical systems, furthering their use across many domains including critical infrastructures such as transportation networks, power generation and distribution networks, water and gas distribution networks. The PIs will also contribute to educational outreach by developing new interactive modules, focusing on security issues of CPS for high school students, and mentoring graduate and undergraduate students.The proposed program is built upon three overarching principles: (i) control the information given to the agents, (ii) embed the agents with hidden security measures, and (iii) make the dynamics robust and resilient. More specifically, for the first principle, the PIs propose to establish a theoretical framework with novel design methodologies that can localize and encode both information and objectives for the agents. For the second principle, the PIs propose to embed the networked system with security measures that allow to detect easily tampering with large signals and its effect on the agents. These security measures can be certain functions that are designed to maintain invariant values over time and are locally computable by the agents. For the third principle, the PIs propose to leverage robust control theory for dealing with small attack injections, and moreover, introduce a novel controllability notion with provable guarantees on state attack recovery. In terms of intellectual merit, the proposed program will unify and exploit research in mathematics, namely integrating the study of symmetries in dynamical systems, completely integrable systems, and Hamiltonian dynamics, with engineering tools to develop methods to detect and foil attacks on a system. As such, it will establish new and deepen existing connections between mathematics, especially geometry and dynamical systems, and the study of cyber-physical systems. The project will be carried out in collaboration with Professor Daniel Zelazo of the Technion-Israel Institute of Technology in Haifa, Israel.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该研究项目的目的是为设计安全的多代理系统设计新框架以及其分析所需的工具。控制理论,计算和沟通领域的创新快速速度为新的网络系统带来了道路,其特征是它们的复杂互连,组件的多样性以及与物理世界的互动。然而,这些网络系统从环境,经济和社会角度的潜在好处受到保护它们的能力的限制。当前,通过开发安全的通信协议和程序的方式解决了潜在的安全问题。 PI在这里采取不同的观点:他们没有开发确保现有系统的方法,而是开发了设计固有安全和嵌入违规检测机制的系统。因此,PI将在软件工程中流行的安全性典型哲学扩展到网络动力学系统的设计。在应用方面,拟议的研究计划将大大推动网络物理系统安全设计的前沿,从而进一步推动其在许多领域的使用,包括关键基础设施,例如运输网络,发电和分销网络,水和天然气分销网络。 PI还将通过开发新的互动模块,专注于高中生的CPS的安全问题,并指导毕业生和本科生来为教育宣传做出贡献。该计划构建基于三个总体原则:(i)控制代理商的信息,(II)将代理商嵌入了隐藏的安全措施以及(III)和(iii)和Resist and Resient and Resient。更具体地说,对于第一个原则,PI提议使用新颖的设计方法来建立一个理论框架,该方法可以定位和编码代理的信息和目标。对于第二个原则,PI提议将网络系统嵌入安全措施,以允许检测大型信号及其对代理的影响。这些安全措施可以是某些旨在随着时间的推移维持不变值的某些功能,并且可以由代理商在本地计算。对于第三个原则,PI提议利用强大的控制理论来处理小型攻击,并引入一个新颖的可控性概念,并具有可证明的国家攻击恢复的可证明保证。就智力优点而言,拟议的计划将统一和利用数学研究的研究,即将动态系统,完全可集成的系统和哈密顿动力学的对称性进行研究,并将其与开发用于检测和箔片攻击系统攻击的方法的工程工具。因此,它将建立数学,尤其是几何学和动态系统以及对网络物理系统的研究之间的新的和加深的联系。该项目将与以色列海法技术 - 以色列技术研究所的Daniel Zelazo教授合作进行。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准通过评估来进行评估的。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Optimal sensor design for secure cyber-physical systems
安全网络物理系统的最佳传感器设计
  • DOI:
    10.1016/j.ifacol.2019.12.186
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Belabbas, Mohamed Ali;Chen, Xudong
  • 通讯作者:
    Chen, Xudong
Triangulated Laman graphs, local stochastic matrices, and limits of their products
拉曼三角图、局部随机矩阵及其乘积的极限
  • DOI:
    10.1016/j.laa.2021.02.016
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Belabbas, Mohamed-Ali;Chen, Xudong
  • 通讯作者:
    Chen, Xudong
On integer balancing of directed graphs
关于有向图的整数平衡
  • DOI:
    10.1016/j.sysconle.2021.104980
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Belabbas, Mohamed-Ali;Chen, Xudong
  • 通讯作者:
    Chen, Xudong
Scalable Resetting Algorithms for Synchronization of Pulse-Coupled Oscillators over Rooted Directed Graphs
  • DOI:
    10.1016/j.automatica.2021.109807
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Javed;J. Poveda;Xudong Chen
  • 通讯作者:
    M. Javed;J. Poveda;Xudong Chen
Excitation Conditions for Uniform Exponential Stability of the Cooperative Gradient Algorithm Over Weakly Connected Digraphs
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2021.3049153
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    M. Javed;J. Poveda;Xudong Chen
  • 通讯作者:
    M. Javed;J. Poveda;Xudong Chen
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