在图上的超游戏中，用于揭示传感器策略的反应性合成方法

《Automatica》：Reactive synthesis of sensor revealing strategies in hypergames on graphs

　　

Sumukha Udupa|Ahmed Hemida|Charles A. Kamhoua|Jie Fu

摘要

在许多网络物理系统（CPS）的安全应用中，系统设计者必须确保在面对传感器和执行器的攻击时，关键任务仍能得到保障。传统的CPS安全设计通常假设攻击者对系统有全面的了解。在这项工作中，我们研究了如何利用由欺骗手段产生的非对称信息来增强CPS的安全性。设想一个CPS防御者与攻击者之间的对抗性互动，其中攻击者能够发起传感器干扰攻击。为了缓解此类攻击，防御者通过部署一个“隐藏传感器”来引入非对称信息，该传感器的存在最初是未知的，但在被查询时可以被揭示。我们引入了图论中的超博弈（hypergames）来模拟这种具有非对称信息的博弈。基于超博弈中的“主观可理性化策略”（subjective rationalizable strategies）这一概念，我们确定了博弈的两个阶段：初始博弈阶段，防御者采取一种攻击者认为合理的策略；当防御者偏离这种策略时，进入延迟攻击博弈阶段，防御者开始与攻击者对抗，而攻击者在攻击被揭示的传感器时存在时间延迟。通过逆向归纳法，我们开发了一种算法，该算法能够判断在给定状态下，防御者是否可以通过隐藏传感器并在之后再揭示它来以100%的概率实现可达性目标。如果答案是肯定的，算法会输出一种传感器揭示策略，以确定在动态互动中何时揭示传感器。我们通过两个与CPS相关的实验示例证明了这些欺骗策略的有效性。