信息物理系統(tǒng)(CPS,Cyber Physical Systems)是信息和物理元素的網(wǎng)絡(luò),它們以反饋形式相互作用。早期的信息物理系統(tǒng)(CPS)基本上是原有工業(yè)控制系統(tǒng)或其他嵌入式系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)化改造,經(jīng)由因特網(wǎng)接入而實現(xiàn),。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)信息化的不斷發(fā)展,CPS不斷提升系統(tǒng)易用性和工作效率,應(yīng)用規(guī)模不斷擴大,保障CPS安全可控也是應(yīng)對新一輪工業(yè)革命的重要技術(shù)環(huán)節(jié),隨著工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化不斷的發(fā)展,針對CPS的網(wǎng)絡(luò)攻擊也越發(fā)多樣和頻繁,但是生產(chǎn)安全是重中之重,確保信息物理系統(tǒng)(CPS)的安全可控已成工業(yè)化基礎(chǔ)的重要技術(shù)基礎(chǔ),。基于此,WIMI微美全息基于人工智能(AI)和深度學(xué)習(xí)(DL)在CPS啟用區(qū)塊鏈入侵檢測技術(shù)來有效增強CPS安全性,。

CPS與物聯(lián)網(wǎng),、工業(yè)控制系統(tǒng),、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等有著集成、融合的關(guān)系,。是計算進程和物理進程的統(tǒng)一體,是集成計算,、通信與控制于一體的智能系統(tǒng)。目前的智能制造CPS系統(tǒng)中存在著大量的節(jié)點設(shè)備,這些設(shè)備之間需要進行相互通信來完成資源的配置實現(xiàn)生產(chǎn)協(xié)作效能的提高,CPS在工業(yè)信息化發(fā)展過程也不斷升級擴展。

WIMI微美全息研發(fā)中心高波博士提出,信息物理系統(tǒng)(CPS)帶來的工業(yè)高度信息化的當(dāng)下,其安全性成為不可忽視的關(guān)鍵技術(shù),為此,WIMI微美全息開發(fā)了在CPS環(huán)境中采用區(qū)塊鏈的入侵檢測技術(shù):WIMI-ProBIDCPS技術(shù),。該技術(shù)采用人工智能(AI)和深度學(xué)習(xí)(DL)能夠為CPS環(huán)境設(shè)計有效的入侵檢測系統(tǒng)(IDS)模型,結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)進行入侵檢測可以有效提高CPS安全性。

WIMI-ProBIDCPS技術(shù)采用基于自適應(yīng)協(xié)調(diào)搜索算法(AHSA,Adaptive Harmony Search Algorithm)的特征選擇技術(shù),用于正確選擇特征子集,。對于入侵檢測和分類,應(yīng)用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GRNN)模型,。此外,GRNN技術(shù)的檢測效率已通過使用基于超參數(shù)優(yōu)化器的算法得到增強,從而增強了入侵檢測結(jié)果。此外,應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)來增強CPS環(huán)境中的安全性,。

傳統(tǒng)的機器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)已經(jīng)可以在IDS中有效地識別數(shù)據(jù)模式和檢測網(wǎng)絡(luò)攻擊,。但一旦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布相當(dāng)大,就無法有效地覆蓋龐大的數(shù)據(jù)集,并且檢測網(wǎng)絡(luò)攻擊的性能也會降低。結(jié)合深度學(xué)習(xí)(DL)的進步激發(fā)了IDS機制,使其能夠處理目前高復(fù)雜程度的龐大數(shù)據(jù)集的網(wǎng)絡(luò)攻擊,。WIMI-ProBIDCPS設(shè)計了一種基于信任相關(guān)IDS的行為分析,。通過識別兩個行為配置文件之間的方差來考慮節(jié)點信譽。利用所提供的每個信任評估數(shù)據(jù)來計算其信任值,然后強化學(xué)習(xí)的激勵模型,。WIMI-ProBIDCPS設(shè)計了邊緣設(shè)備和主機(物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備)之間協(xié)作的機會,以實現(xiàn)IDS最大限度地減少傳輸損耗和功耗,。以克服當(dāng)前深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)系統(tǒng)分類準確率低和訓(xùn)練時間長的問題,并實現(xiàn)對入侵行為的適當(dāng)響應(yīng)。對于主機IDS,創(chuàng)建了一個組合的基于深度IDS的深度信念網(wǎng)絡(luò)(DBN),。同時,使用小批量梯度下降方法進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和訓(xùn)練,。

區(qū)塊鏈可以保護數(shù)據(jù)存儲的完整性并確保流程透明,因此具有應(yīng)用于入侵檢測領(lǐng)域的潛力。WIMI-ProBIDCPS通過區(qū)塊鏈技術(shù)以提高CPS環(huán)境中的安全性,。區(qū)塊鏈是一個不可變的分布式數(shù)據(jù)集,其中新的帶時間戳的交易被分組并附加到塊的哈希鏈中,。基本的區(qū)塊鏈協(xié)議定義了可以以分布式方式維護和構(gòu)建多少塊副本,。該塊的主要目標(biāo)是使用加密哈希函數(shù)保存已確認交易的列表,。散列函數(shù)由于后續(xù)屬性而有效。區(qū)塊鏈中的塊連接到初始基因塊并由哈希確認,。每個塊通過每個哈希的關(guān)系鏈接,這意味著所有塊都具有先驗哈希,并在下一個塊中進一步進行哈希,。對哈希的任何此類修改都會導(dǎo)致鏈被破壞,因為原始哈希附加到鏈中的下一個塊。重新計算原始哈希以恢復(fù)鏈需要大量的計算能力,。缺乏普遍信任意味著需要分布式共識機制來在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中進行區(qū)塊驗證,基于區(qū)塊鏈的檢測方法增強安全性,。

WIMI-ProBIDCPS使用深度學(xué)習(xí)模型開發(fā)了一種新的優(yōu)化方式,在CPS環(huán)境中啟用區(qū)塊鏈入侵檢測技術(shù),。WIMI-ProBIDCPS技術(shù)包含不同的過程,即預(yù)處理、用于特征選擇,設(shè)計了一種基于自適應(yīng)協(xié)調(diào)搜索算法(AHSA)技術(shù),。另外,利用基于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GRNN)模型的優(yōu)化算法來檢測和分類入侵,。此外,區(qū)塊鏈技術(shù)被應(yīng)用于增強CPS環(huán)境中的安全性。WIMI微美全息進行了廣泛的模擬分析,以確保WIMI-ProBIDCPS技術(shù)在多種措施方面的增強性能,從而增強了入侵檢測結(jié)果,。

WIMI-ProBIDCPS的應(yīng)用,擁有廣泛的行業(yè)市場和應(yīng)用場景,信息物理系統(tǒng)(CPS)是一個多維和復(fù)雜的方案,它通過物聯(lián)網(wǎng)(IoT)結(jié)合工業(yè)組件來構(gòu)建有效的CPS生產(chǎn)環(huán)境,。另外,CPS還可用于醫(yī)療保健、智能交通和智能家居等各種應(yīng)用領(lǐng)域,。CPS包括物理和邏輯系統(tǒng)的集成,用于人,、模擬和數(shù)字組件之間的信息傳輸。CPS網(wǎng)絡(luò)包含網(wǎng)絡(luò)模塊,、傳感器和執(zhí)行器,適用于自動化,、電力、土木結(jié)構(gòu),、醫(yī)學(xué)和開發(fā)等領(lǐng)域,CPS是一個復(fù)雜的方案,是新一輪工業(yè)革命的重要技術(shù)環(huán)節(jié),其中以集成的方式支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和外部操作,網(wǎng)絡(luò)安全被視為CPS的首要技術(shù)問題,CPS中最復(fù)雜的問題是入侵危害漏洞,。WIMI-ProBIDCPS將極大地提高CPS安全性和可靠性,同時也為未來萬物互聯(lián)的智慧時代,提供基礎(chǔ)技術(shù)支持,以保障海量的終端設(shè)備鏈接網(wǎng)絡(luò)的安全性問題。