비선형 공격 하의 사이버 물리 시스템의 다항 모델링 및 제어
- 주제(키워드) Cyber physical system , CPS , Polynomial modeling , Nolinear attack
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 좌동경
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000021568
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 다양한 비선형 공격 하의 사이버 물리 시스템(Cyber Physical System, CPS)을 SOS(Sum of Squares)기법을 이용하여 다항 모델로 모델링할 뿐만 아니라 공격모델을 포함한 사이버 물리 시스템의 다항 모델에 대해서 유도하고 검증한다. 또한, 다양한 사이버 공격에 적절하게 대응하기 위하여 시스템에 존재하는 제한조건인 입력제한 조건과 시간지연 조건을 고려하여 SOS기법에 기반을 둔 제어기를 설계하는 기법을 제안한다. 기존 사이버 물리 시스템에 관한 연구는 선형 시스템 모델에 기반하고 있다. 이러한 선형 모델은 비선형 특성을 지닌 실제 시스템을 선형화하여 사용하므로 모델링 오차가 존재하고, 비선형 형태의 공격에 대응하기 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 사이버 물리 시스템을 다항 모델로 모델링하고 비선형 형태의 공격들도 다항 모델로 모델링하여 실제 사이버 물리 시스템 환경과 가까운 형태로 모델링하는 기법을 제안한다. 또한, 시스템에 존재하는 제한조건인 입력제한 조건과 시간지연 조건을 고려하여 정확히 모델링하고 SOSTOOL을 이용하여 제어입력을 얻는 SOS 제어 기법을 제안한다. 제안한 기법의 성능과 유효성은 모의실험을 통해 검증한다.
more목차
1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 내용 3
1.3 논문 구성 5
2. 기존 사이버 물리 시스템 연구 결과의 모델링 분석 6
2.1 시간지연을 고려한 네트워크 제어 시스템 6
2.2 시간지연 및 테이터 손실을 고려한 네트워크
제어 시스템 9
3. 센서/액추에이터 및 사이버 공격 하의 CPS 다항 모델링 12
3.1 센서/액추에이터 공격 하의 CPS 다항 모델링 12
3.2 사이버 공격 하의 CPS 다항 모델링 13
4. 공격 다항 모델링 15
4.1 DoS(Desial-of-Service) 공격 15
4.2 False Data Injection 공격 16
4.3 Replay 공격 18
4.4 Covert 공격 19
4.5 Physical 공격 20
4.6 Zero Dynamics 공격 21
5. 퍼지 다항 모델 기반 공격을 포함한 통합
CPS 다항 모델링 22
6. 제어기 설계 25
6.1 궤환제어기의 SOS 접근법 25
6.2 입력제한 조건을 고려한 SOS 제어기 설계 27
6.2.1 다항 볼록 모델을 이용한 입력제한 SOS
제어기 설계 28
6.2.2 SOS 제한조건을 이용한 입력제한 SOS
제어기 설계 31
6.3 시간지연 조건을 고려한 SOS 제어기 설계 34
6.3.1 시간지연의 크기에 독립적인 SOS 제어기 설계 36
6.3.2 시간지연의 크기에 종속적인 SOS 제어기 설계 38
7. 모의실험 42
7.1 공격 모델을 포함한 CPS 다항 모델의 정확도 검증 42
7.1.1 DoS 공격 검증 44
7.1.2 False Data Injection 공격 검증 46
7.1.3 Replay 공격 검증48
7.1.4 Covert 공격 검증 50
7.2 입력제한 조건을 고려한 SOS 제어기의 모의실험 52
7.3 시간지연 조건을 고려한 SOS 제어기의 모의실험 58
7.4 False Data Injection 공격에 의한 액추에이터 성능저하
보상 제어 62
7.5 DoS 공격에 의한 사이버 물리 시스템 성능저하 보상
제어 66
8. 결론 69
참고문헌 70
Abstract 73
