基于物理检测的ROS 2机器人系统安全综述与攻击分类体系

《IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society》：Physics-Based Attack Detection for ROS 2 Robotic Systems: A Survey of Physics-Based Validation and Open Challenges

　　

摘要：

基于 ROS 2 的机器人系统面临一项独特的安全挑战：即使通过了网络层检查的攻击，仍可能违反支配运动、感知和控制的物理定律。基于物理的检测通过监控运动学和动力学不变量来解决这一空白，包括最近在实时约束下运行的嵌入式控制器上证实的电机级信号，如功率平衡和电流 - 速度相关性。虽然此类方法在工业信息物理系统中已得到广泛应用，但其在 ROS 2 中间件栈及其支持的异构移动平台上的应用仍未得到充分研究。本综述通过对 183 篇论文的结构化回顾，综合了工业电子、机器人学、网络安全和控制理论方面的研究。主要贡献包括：将每种攻击向量映射到其基于物理的可检测性的统一攻击分类体系，分析 ROS 2 的去中心化 DDS 架构如何使资源受限硬件上的统一物理监控复杂化，以及一项优先级的研究路线图。对涵盖嵌入式平台控制不变量检测、基于 CNN 的运动识别以及原生 ROS 2 入侵防御系统的实证案例研究进行了比较评估。基于物理的验证显示出作为传统网络安全防御的有前景的补充，尽管原生 ROS 2 部署的证据仍然有限，并且在资源受限的嵌入式平台上进行物理监控的中间件层集成被确定为关键的未解决挑战。