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本文全面分析信息物理系统（CPSs）安全，从物理域、网络域及信息物理域三方面探讨攻击类型，剖析各域检测与防御机制，揭示多域安全威胁，明确未来研究方向，为关键基础设施防护提供参考。
信息物理系统安全：多维度威胁与防御体系解析
信息物理系统（Cyber-physical Systems, CPSs）通过计算、控制与通信技术的深度融合，构建起网络空间与物理世界的交互桥梁，在关键基础设施与安全攸关系统中扮演核心角色。现有研究多聚焦单一维度的安全分析，而本综述从物理域、网络域及信息物理融合域三个层面展开系统性探讨，旨在全景式揭示 CPSs 面临的安全挑战并梳理防御策略。
一、物理域安全：感知层的脆弱性与防护
物理域安全以传感器等物理组件为核心靶点。传感器作为 CPSs 获取物理世界数据的 “神经末梢”，面临物理篡改、数据伪造等攻击风险。例如，攻击者可通过物理接触篡改传感器参数，导致系统接收失真数据进而做出错误决策。针对此类威胁，研究已提出多种防御机制：硬件层面可采用抗干扰设计与物理不可克隆技术（PUF）增强组件鲁棒性；软件层面则通过数据校验算法与冗余传感器部署，实现异常数据的实时检测与过滤。然而，物理攻击的隐蔽性与突发性仍对防御体系的时效性提出更高要求。
二、网络域安全：数字空间的攻防博弈
网络域安全聚焦 CPSs 在网络空间的暴露面。该领域面临的典型威胁包括恶意软件（Malware）入侵、黑客攻击（Hacking）及拒绝服务攻击（Denial-of-Service, DoS）等。恶意软件可通过网络漏洞渗透至系统控制层，篡改控制逻辑引发连锁故障；DoS 攻击则通过流量洪泛耗尽系统资源，导致服务瘫痪。当前防御策略涵盖入侵检测系统（IDS）的部署、安全通信协议（如 TLS）的应用及访问控制机制的优化。值得注意的是，CPSs 的异构网络架构（如工业总线与互联网的混合环境）增加了攻击面的复杂性，需构建分层级的网络安全防护体系。
三、信息物理融合域安全：跨域协同攻击的复合风险
信息物理融合域体现了网络空间与物理世界的交互威胁传导。典型场景如网络攻击引发物理实体的异常运行：通过篡改工业控制系统（ICS）的指令数据，可导致生产线失控甚至物理设施损毁。此类跨域攻击具有 “数字攻击，物理致损” 的特征，需整合网络安全监测与物理系统状态感知技术。研究提出的联动防御机制包括：建立跨域威胁映射模型，实时关联网络日志与物理传感器数据；开发基于机器学习的异常行为预测算法，提前预警潜在的跨域攻击链。
四、研究结论与未来方向
本综述通过多维度分析发现，CPSs 在全领域均面临显著安全威胁：物理域攻击直接动摇系统感知根基，网络域攻击威胁数据完整性与服务可用性，融合域攻击则可能引发级联灾难。现有防御手段虽已形成一定体系，但针对新兴攻击（如供应链攻击、量子计算威胁）的应对能力仍显不足。未来研究需重点关注以下方向：
- 跨层协同防御架构：打破物理域与网络域的防护壁垒，构建端到端的安全防护链；
- 智能化安全技术：利用人工智能（AI）与大数据分析，提升攻击检测的自动化与精准度；
- 轻量级密码算法：适配物联网（Internet of Things, IoT）设备资源受限特性，优化安全协议效率；
- 标准化与合规体系：推动 CPSs 安全标准的制定，强化关键基础设施的安全认证机制。
本研究为 CPSs 安全领域提供了系统性的认知框架，其结论对于电力、交通、医疗等对 CPSs 高度依赖的行业具有实践指导意义。随着物联网技术的普及，提升 CPSs 的安全韧性将成为保障社会基础设施安全运行的关键环节。
