1.信息物理系统(CPS)安全技术研究

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1、信息物理系统（CPS）安全技术研究中国电子技术标准化研究院大纲一、信息物理系统简介二、信息物理系统信息安全三、信息物理系统信息安全测评一、信息物理系统简介CPS产生的背景当前，网络信息技术的飞速发展以及和工业领域的深度融合，科技与经济发展的双重推动下，促进了CPS的诞生。一、信息物理系统简介CPS产生的背景CPS最早在2006年美国政府发布的《美国竞争力计划》中提出，同年10月，美国国家自然科学基金会（NationScienceFoundation,NSF）将CPS列为美国未来八大关键信息技术的首位.2010年美国总统科技顾问委

2、员会明确将其列为美国政府应当优先关注的技术之一。德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项重要战略是工业4.0，其中核心之一是通过CPS开创新的制造方式，实现“智能工厂”。中国在2012年《十八大报告》突出强调‘‘推动信息化和工业化深度融合，加快传统产业转型升级”。2013年10月，工业和信息化部以工信部信[2013]317号文印发《信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018年）》。2014年10月，中德双方举行的第三轮中德政府协商后发表的《中德合作行动纲要》中宣布，两国将开展“工业4.0”合作

3、，而工业4.0的核心就是构建CPS。一、信息物理系统简介CPS的核心概念数据存储、分析、处理传感器网络泛在通信网络控制执行器协调控制一、信息物理系统简介CPS的组成CPS由传感器节点、执行器节点、传感器与执行器组合节点、计算系统和控制系统等组成。CPS的通信网络可以逻辑地视为由传感器网络、执行器网络、计算机网络构成的组合通信网络。一、信息物理系统简介CPS的典型逻辑框架一、信息物理系统简介CPS基本逻辑功能实时处理智能控制可靠传输全面感知一、信息物理系统简介CPS相关子系统一、信息物理系统简介软件密集系统概念：系统中的软件在系统研

4、制费用、研制时间或系统功能特性等一个或多个方面占主导地位的系统。特点：面向信息、面向知识。发展难点：随着软件密集系统规模的增长，其可靠性问题逐渐凸显，成为限制其发展的难点。一、信息物理系统简介软硬件综合系统概念：基于微电子技术和嵌入式技术，实现信息共享、系统集成和智能化控制的系统。特点：其软硬件均面向特定应用对象和任务设计，具有很强的专用性。系统失效原因：软硬件综合系统失效，通常是软件失效和硬件失效耦合的结果。一、信息物理系统简介过程控制系统概念：以表征生产过程的参量为被控制量，使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制

5、系统。特点：一般过程控制系统通常采用反馈控制的形式。系统组成如下图所示：一、信息物理系统简介物联网概念：通过RFID、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备，按约定协议，将物品与互联网相连，进行信息交换和通信。特点：物与物相连、人与物相连、人与人相连，关键在于互联互通。物联网的层次架构如下图所示：一、信息物理系统简介无线传感器网络概念：由部属在监测区域内的大量卫星传感器节点构成，是通过无线通信方式组成的一个多跳自组织网络。特点：网络中的传感器以协作的方式感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把

6、这些信息发送给网络的所有者。发展基础：MEMS、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术。一、信息物理系统简介CPS主要特点信息物理高度融合系统功能交互涌现系统结构动态演化内外状态深度感知网络实时适应控制大纲一、信息物理系统简介二、信息物理系统信息安全三、信息物理系统信息安全测评二、信息物理系统信息安全CPS系统安全问题信息物理系统所面临的安全性问题主要包括两种：信息安全物理安全CPS系统中的安全要素包括：威胁模型（不同类别的攻击)；检测方法（基于模型的、基于软件的或者数据驱动的）；鲁棒性（攻击容忍性）；恢复能力二、信息物

7、理系统信息安全CPS系统安全威胁CPS系统所面临的安全威胁主要来自以下3个方面。(1)CPS的感知层是由无线传感器网络构成的，大部分传感设备的通信、计算以及存储等能力十分有限，因此无法直接使用跳频通信以及公钥密码等传统安全机制。(2)因为CPS系统利用未来网络作为核心承载网络，因此CPS系统的网络规模的增长和分布式的信息处理环境使得CPS系统网络更容易受到DoS攻击以及DDoS攻击。(3)因为CPS系统在控制系统中引入了网络特性，因此非法入侵者能够通过哄骗、阻塞、DoS攻击等方式使控制命令延迟或失真，从而导致CPS系统无法及时执行任

8、务，甚至无法进入稳定状态。二、信息物理系统信息安全CPS系统安全机制当前对于CPS系统的安全研究和评估可分为信息安全和控制安全两个方面。信息安全方面的研究主要是解决在高混杂、大规模、协同自治的网络环境下信息的安全收集、处理和共享等问题