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基于攻擊異常特征的工業物聯網修復方法研究

信息技術與網絡安全 4期

趙劍明1，2，3，4，曾鵬1，2，3，袁輝5

(1.中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室，遼寧沈陽110016； 2.中國科學院網絡化控制系統重點實驗室，遼寧沈陽110016； 3.中國科學院機器人與智能制造創新研究院，遼寧沈陽110169； 4.中國科學院大學，北京100049；5.昌河飛機工業(集團)有限責任公司，江西景德鎮333002)

摘要： 針對工業物聯網在實際運行中面臨著功能失效因素不斷增多、信息威脅加速滲透、攻擊手段復雜多樣等問題，考慮到工業物聯網受到的攻擊異常特征，提出了一種基于攻擊異常特征的工業物聯網修復方法。該方法通過將受損網絡中正常節點進行社團劃分，并根據攻擊異常特征在每個社團中選取相應的代表節點后，在這些代表節點之間構建新的連接。仿真結果表明，該方法能夠有效恢復工業物聯網的結構和功能，為工業物聯網的穩定運行提供理論方法

關鍵詞： 工業物聯網攻擊異常特征網絡修復社團劃分

中圖分類號： TP391；TN929.5
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.04.003
引用格式：趙劍明，曾鵬，袁輝. 基于攻擊異常特征的工業物聯網修復方法研究[J].信息技術與網絡安全，2022,41(4)：18-24.

Research on repair method in Industrial Internet of Things based on attack anomaly characteristics

Zhao Jianming1，2，3，4，Zeng Peng1，2，3，Yuan Hui5

(1.State Key Laboratory of Robotics，Shenyang Institute of Automation，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China； 2.Key Laboratory of Networked Control Systems，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China； 3.Institutes for Robotics and Intelligent Manufacturing，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110169，China； 4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China； 5.Changhe Aircraft Industry(Group) Co.，Ltd.，Jingdezhen 333002，China)

Abstract： In view of the problems faced by the Industrial Internet of Things in the actual operation, such as the increasing function failure factors, the accelerated penetration of information threats, and the complexity and diversity of attack means, considering the abnormal characteristics of the attack on the Industrial Internet of Things, a repair method of the Industrial Internet of Things based on the abnormal characteristics of the attack is proposed. The algorithm divides the normal nodes in the damaged network into communities, selects the corresponding representative nodes in each community according to the attack anomaly characteristics, and constructs a new connection between these representative nodes. The simulation results show that this method can effectively restore the structure and function of the Industrial Internet of Things, and provide a theoretical method for the stable operation of the Industrial Internet of Things.

Key words : Industrial Internet of Things(IIoT)；abnormal characteristics of the attack；network recovery；communities

0 引言

工業物聯網(Industrial Internet of Things，IIoT)相較于傳統的物聯網更專注于工業應用的專業要求，例如制造、石油和天然氣等相關行業[1-3]。工業物聯網通過將具有感知能力的各類傳感器、控制設備和各種無線通信等技術手段融入到工業生產的環境當中，極大地提高了生產效率，并有效控制資源消耗和生產成本。智能控制設備和智能傳感器是工業物聯網中最常見的基本單元。隨著兩化融合的深入，控制設備和傳感器在數字化、網絡化、智能化的推進中廣泛使用，使得工業控制系統從封閉式孤島運行模式轉變為開放式互聯運行模式。工業物聯網作為新一代工業控制系統的信息傳輸媒介，在將傳統工業提升到智能化的新階段同時，也面臨著功能失效因素不斷增多、信息威脅加速滲透、攻擊手段復雜多樣等新挑戰。

在實際復雜的工業物聯網絡中，動態攻擊/修復的迭代模型是普遍而必要的一種網絡方法[4-5]。具體地說就是，在一段時期內，網絡攻擊者會對工業物聯網絡發起攻擊，而網絡的維護者在網絡被攻擊之后，會采取措施對網絡進行修復，如此形成一個動態的攻擊(或修復)的迭代過程。相比于單一的網絡攻擊，這樣的動態攻擊(或修復)模型在現實中是更加實用及常見的。對于攻擊者來說，其目標是尋求一種惡意的攻擊方式對工業物聯網絡發起攻擊，最大程度地對網絡結構、性能、連接性等關鍵指標造成破壞；與此同時，網絡修復者的主要目的就是找到一種最佳的網絡修復措施，恢復網絡的正常功能，并且使得網絡抵抗下一次的惡意攻擊的能力增強。

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作者信息：

趙劍明1，2，3，4，曾鵬1，2，3，袁輝5

(1.中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室，遼寧沈陽110016；

2.中國科學院網絡化控制系統重點實驗室，遼寧沈陽110016；

3.中國科學院機器人與智能制造創新研究院，遼寧沈陽110169；

4.中國科學院大學，北京100049；5.昌河飛機工業(集團)有限責任公司，江西景德鎮333002)

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