利用区块链技术实现异常检测，保障水资源分配网络物理系统的工业物联网架构安全

《Scientific Reports》：Secure IIoT architecture with blockchain-enabled anomaly detection for water distribution cyber–physical systems

　　

摘要

基于工业物联网的技术在供水系统的网络物理系统中越来越受到重视，它们可用于实现自动化、实时控制以及基于信息的决策制定。然而，这种更高的数字化连接性也扩大了攻击面，使得攻击者能够干扰传感器数据和控制逻辑，从而引发有害的水力紊乱。为了解决这些问题，本文提出了一种全面的安全工业物联网架构，该架构将基于区块链的数据完整性技术与专为供水系统网络物理系统设计的复杂异常检测框架相结合。该架构利用许可型区块链来确保传感器遥测数据的不可篡改记录，通过智能合约实现设备身份验证，并为操作人员和法医分析提供可验证的数据来源信息。为增强信任层，该架构还采用了基于LSTM自编码器并融合网络物理特征的混合异常检测模型，能够实时检测突发性和隐蔽性攻击。研究使用了BATADAL、WADI和SWaT三种常见的基准数据集，以及模拟的水力网络和全尺寸工业测试平台来评估所提出的系统。实验结果表明，与传统的机器学习方法和现代深度学习方法相比，该框架具有更高的准确性、更好的召回率以及更高的AUC值。跨数据集分析表明，该框架能够在不同类型且异构的供水及工业系统环境中应用，其性能取决于传感器的密度、工艺的复杂性以及攻击的分布情况。这些结果体现了所提模型的优势，同时也表明在高度异构的部署环境中，可能需要进一步采用基于领域适应的方法。