加标Petri网在攻击下的监督控制

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Petri网是离散事件系统建模和控制的数学工具,被广泛应用于表征离散事件系统,包括制造系统,化学配料厂,电网,运输系统,数据库管理,通信协议,物流和计算机安全。网络攻击可能会导致严重的风险,因此受到研究人员和工程技术的广泛关注。网络攻击不仅限于黑客对私人信息造成的经济损失,还会造成巨大的影响。本文研究了加标Petri网在恶意攻击下的离散事件系统的监督控制问题。主要贡献如下:1.构造Petri网的可达图通常会遇到状态爆炸的问题。为了克服这种局限性,可以通过合并相同的标签并隐藏不可观的标签从而获得观察器来紧凑地表示可达图。对系统的攻击可以分为执行器攻击和传感器攻击。前者可能导致执行器无法执行由控制器发出的命令。后者可能会通过不同的攻击类型(例如插入,删除和替换变迁标签)攻击传感器以破坏观察(即可观察到的变迁标签序列)。对于执行器攻击,若能在到达违反控制需求的状态之前检测到它们并禁用某些特定的可控变迁标签,那么存在修改后的控制器来强制执行控制需求。对于传感器攻击,假设一次只能执行一种攻击类型,即在系统观察到被攻击期间,攻击者不会更改攻击类型。在给定控制需求的情况下,考虑攻击下拥有相同被攻击后的观察序列的任意两个可行变迁序列。两个变迁序列的一步可控扩展同时满足或违反控制需求,则存在控制器来强制执行控制需求。接下来,提出一种新颖的结构,从系统结构以及需求求出的乘积观察可达图,通过检查图中的每个状态是否满足特定条件来确定控制器的存在。2.考虑攻击检测的问题,攻击后的观察序列有两种情况:1)攻击后的观察序列不满足控制需求,那么可以轻易地观察到系统正在受到攻击;2)攻击后的观察序列仍然满足控制需求,那么需要检测系统是否受到攻击,此时需要构造一个全局诊断器来检测系统是否受到攻击。对于1)中观察到系统正在受到攻击时,考虑一个实际问题,已知原始系统的结构,并且可以获得多组被攻击后的观察序列,但是原始发射序列以及攻击结构未知。本文通过被攻击后的观察序列和系统的原始结构从而得出发射序列和攻击结构。提出了推断攻击结构所需要的被攻击后的观察序列的数量的最大值,以及如何推断攻击结构。
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