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城轨CBTC系统中间人攻击检测与防御方法研究
| 论文题名： | 城轨CBTC系统中间人攻击检测与防御方法研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;列车控制系统;中间人攻击;贝叶斯博弈;信息安全 |
| 摘要： | 基于通信的列车控制系统(Communication Based Train Control，CBTC)是建立在连续、大容量车-地双向数据通信基础上的列车运行控制系统。随着通信技术和计算机技术应用的逐步深入，城市轨道交通CBTC系统面临的信息安全威胁日益加剧。在各类信息安全威胁中，中间人攻击(Man-in-the-middle attack，MitM)是一种隐蔽性强，危害严重的攻击方式。MitM攻击在通信双方毫不知情的情况下，拦截正常的网络通信，甚至修改通信数据。MitM攻击的传统检测方法没有研究节点属性的动态变化特征，也没有结合具体的城轨CBTC系统运营环境，不能在MitM攻击发生时，将系统损失降到最低。 基于上述分析，本文以城轨CBTC系统面临的MitM攻击为研究对象。应用贝叶斯博弈方法对CBTC系统中的MitM攻击进行检测和防御研究。在成功检测到MitM攻击的同时，将已经发生的MitM攻击损失降到最低。本文具体的研究内容如下: (1)研究了现有城轨CBTC系统应对MitM攻击的局限性。车地无线通信是CBTC系统的关键组成部分，在物理上是对外开放的。现有的城轨CBTC系统中，一旦以车地无线通信为入口的MitM攻击成功，列车不能立刻通过多源对比的方式检测到MitM攻击，同时也缺少有效手段降低MitM攻击带来的损失。 (2)深度调研了目前攻防博弈的建模方法。贝叶斯博弈能够在估计参与人的类型和预测参与人策略选择基础上，最大化自身的收益，这与安全攻防过程相近，因此本文选择采用贝叶斯博弈的方法对CBTC系统中的MitM攻防行为进行建模研究。 (3)构建包含被动攻防博弈和主动防御博弈的两层攻防博弈架构。被动攻防博弈实时采用多阶段博弈来应对不同层次的MitM攻击;主动防御博弈则间歇采用“故意上报危险位置”的方法加快攻击者暴露。 (4)为了对设计的基于贝叶斯博弈的检测和防御方法进行验证，本文构建了基本的攻防仿真系统。仿真系统包含列车自动监控系统(Automatic Train Supervision，ATS)，区域控制器(Zone Controller,ZC)，计算机联锁(Computer Interlocking，CI)等子系统。该系统能仿真列车撞车场景以及列车防护场景，并能模拟中间人攻击场景。 (5)本文将设计的中间人攻击检测和防御方法应用于仿真系统中。仿真结果表明本文设计的基于贝叶斯博弈的检测和防御方法，能从博弈和控制角度检测MitM攻击，并能降低MitM攻击造成的CBTC系统损失。 |
| 作者： | 彭亚枫 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 朱力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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