针对完整性攻击的信息物理系统双通道联合编码检测

来源：电子与信息学报杂志2026年第4期北京时间：

作者：莫小磊, 曾维鑫, 富佳伟, 窦克勤, 王言伟, 孙希明, 林思达, 隋天举

单位：1.大连理工大学控制科学与工程学院 大连 1160242.中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 沈阳 1100353.国家工业信息安全发展研究中心 北京 1000404.大连海事大学理学院 大连 116026

摘要：信息物理系统(CPS)完整性攻击针对系统数据流发起攻击，破坏输入输出数据一致性，由于其攻击方式多变、隐蔽性强的特性，较其他CPS攻击在检测及防护上更为困难。为此，该文提出一种控制-输出双通道的数据加性-乘性联合编码检测方案，旨在检测完整性攻击并在3种典型攻击上进行验证，包括控制通道偏置攻击、输出通道重放攻击以及双通道隐蔽攻击。完整性攻击通过部分或全面系统信息的获取及掌控可使卡方检测器检测值小于阈值，从而实现对CPS系统“隐形”。为此，该文方案创新性地在通道两侧布置加性正负水印对以及乘性编码/解码矩阵对，未知信号及部件的引入为攻击者带来了信息不确定性，使残差统计特性偏离其期望数值。此外，水印对与矩阵对之间通过不同机制实现了解耦，其正负或互逆形式使得无攻击时不影响系统的控制性能，并且以时变形式防止攻击者对其重构。最后，通过计算推导出引入该文方案后3种攻击前后残差统计特性的变化，并以飞行器飞行轨迹仿真为例，说明方案的有效性和先进性。

关键词：信息物理系统, 完整性攻击, 物理水印, 编码矩阵

基金资助：国家自然科学基金(62322306, 62173057)，航空科学基金(2022Z018063001)，国防科工局基础科研计划(JCKY2023110C080)，大连理工大学重大项目科研专题(DUT24ZD412)