信息物理系统在受到各种黑客攻击后会出现系统崩溃、数据错误和设备损坏等情况。这些情况会对整个设施的运行造成不可挽回的损失。当系统受到虚假数据注入攻击时,错误的数据会导致系统崩溃,还迫使设备停止运行。虽然修复系统和设备不需要太多时间,但会大幅降低生产效率。虚假数据注入攻击是属于系统输入输出方面的攻击,控制系统的系统矩阵并不会被篡改,因此维护系统时只需要考虑数据层面。零动态攻击与之不同,是属于针对系统状态的攻击。而且,这种攻击的隐蔽性非常强,一般的数据类检测器根本无法识别此类攻击。零动态攻击利用了一般状态方程的输出负反馈原理,修改控制系统的反馈通路数据,修改系统状态。此类攻击可令设备超负荷运转,以至于损坏核心设备。因此,信息物理系统安全是现代生产必须考虑的因素。本文针对以上数据类攻击和状态类攻击中具有代表性的虚假数据注入攻击和零动态攻击来提出防御方案,从不同的角度保护物理信息系统的安全。而现实中的系统多数是非线性的,因此,实验仿真的系统也采用非线性系统。主要研究内容如下:（1）提出了一种基于多项式回归的无模型预测控制方法,该方法可以减弱虚假数据注入攻击对非线性系统建模的控制系统的不利影响。虚假数据注入攻击者的目标是篡改状态估计结果,从而破坏控制系统的安全性。为了保证系统稳定性,本文选取多项式回归向量作为防御核心。创新点在于通过多项式回归弱化攻击的强度,该回归融合系统原数据集与攻击数据集。从而多项式回归向量可以保证非线性系统在虚假数据注入攻击下的稳定运行。（2）研究了基于非最小相位系统的零动态攻击逻辑。非最小相位系统比最小相位系统更容易受到状态类攻击。而现实中并不是所有系统都会精心设计成最小相位系统,因此CPS的处境容易陷入危险之中。零动态攻击的主要目的是检测控制系统中的零动态,然后分离并伪造此状态来计算攻击数据。本文引入了一个自回归模型,可以反馈系统中前馈通路和反馈通路之间的关联。该模型可以将零动态攻击分离出来的数据重新连接起来,设置阈值以达到检测的目的。若系统输出的观测值的和检测器的观测值之间的差值高于阈值,则表明系统受到攻击。此外,本文从基础理论上分析了原始的零动态攻击,证明了该攻击有局部收敛的局限性。提出了一种称为增强零动态攻击的新模型,通过分散攻击数据来强化零动态攻击的有效性。本文共计包含图24幅,表2张,参考文献53篇。