一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，方法包括：構(gòu)建多車道編隊(duì)型交通流模型PIDM，確定車輛編隊(duì)內(nèi)存在的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)攻擊定位、識(shí)別與警報(bào)；分階段確定網(wǎng)絡(luò)攻擊解調(diào)方式。本發(fā)明專利技術(shù)在多車道編隊(duì)情景下識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攻擊，經(jīng)過(guò)逐級(jí)的誤差放縮對(duì)前車的不良影響進(jìn)行消解，減少了網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)車隊(duì)行駛產(chǎn)生的不良影響。車隊(duì)行駛產(chǎn)生的不良影響。車隊(duì)行駛產(chǎn)生的不良影響。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)


[0001]本專利技術(shù)屬于汽車智能安全與自動(dòng)駕駛
，涉及一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

技術(shù)介紹

[0002]CAV已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，較高的網(wǎng)聯(lián)與控制性能為CAV執(zhí)行編隊(duì)等行為提供了基礎(chǔ)，編隊(duì)行駛的CAV具有提高交通效率與道路安全性、降低燃料消耗和環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
[0003]網(wǎng)聯(lián)功能為CAV編隊(duì)提供了一個(gè)開(kāi)放的通信環(huán)境來(lái)共享狀態(tài)信息，同時(shí)CAV也隨之承受著多種類型的網(wǎng)絡(luò)安全威脅；網(wǎng)絡(luò)攻擊類型多樣，包括欺騙、終止通信等類型，在2010年至2018年間，共發(fā)生了170起公開(kāi)報(bào)道的汽車黑客攻擊事件。暴露在惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊下的編隊(duì)CAV不僅通行效率會(huì)受到影響，甚至可能造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；為保障CAV安全高效行駛，對(duì)能有效應(yīng)對(duì)編隊(duì)CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊的方法提出了需求。
[0004]針對(duì)編隊(duì)CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊的研究，文獻(xiàn)1(Xiao S,Ge X,Han Q L,et al.Secure distributed adaptive platooning control of automated vehicles over vehicular ad
?
hoc networks under denial
?
of
?
service attacks[J].IEEE Transactions on Cybernetics,2021.)研究了間歇性拒絕服務(wù)(DoS)攻擊下單車道編隊(duì)控制策略。文獻(xiàn)2(Mokari H,Firouzmand E,Sharifi I,et al.DoS Attack Detection and Resilient Control in Platoon of Smart Vehicles[C]//2021 9th RSI International Conference on Robotics and Mechatronics(ICRoM).2021.)面向拒絕服務(wù)攻擊，提出了一種車輛彈性控制策略。
[0005]上述編隊(duì)研究主要面向單車道場(chǎng)景，而現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中更普遍存在的是多車道場(chǎng)景影響編隊(duì)及網(wǎng)絡(luò)攻擊的表現(xiàn)形式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊及應(yīng)對(duì)策略提出新的要求。此外，文獻(xiàn)1中車輛僅基于自身傳感器探測(cè)結(jié)果對(duì)誤差信息進(jìn)行修正，誤差風(fēng)險(xiǎn)大；文獻(xiàn)2中應(yīng)對(duì)DOS攻擊時(shí)簡(jiǎn)單地將受擊車輛進(jìn)行隔離直至攻擊結(jié)束，攻擊應(yīng)對(duì)方法單一，車隊(duì)行駛安全性和穩(wěn)定性欠佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，在多車道編隊(duì)情景下識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攻擊，經(jīng)過(guò)逐級(jí)的誤差放縮對(duì)前車的不良影響進(jìn)行消解，減少了網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)車隊(duì)行駛產(chǎn)生的不良影響，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
[0007]本專利技術(shù)第二目的是，提供一種電子設(shè)備。
[0008]本專利技術(shù)第三目的是，提供一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0009]本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是，一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，包括以下步驟：
[0010]步驟1：構(gòu)建多車道編隊(duì)型交通流模型PIDM，確定車輛編隊(duì)內(nèi)存在的通信拓?fù)浣Y(jié)
構(gòu)；
[0011]所述PIDM模型如式(4)：
[0012][0013]其中，表示車輛i在t時(shí)刻的期望跟馳距離，表示車輛i期望的停車時(shí)跟馳距離，v
i
(t)表示i車在t時(shí)刻的速度，表示To(
·
)拓?fù)漕愋拖耰車的前車k對(duì)i車的影響權(quán)重，1≤k≤i
?
1，本車與前方車輛之間的距離越長(zhǎng)權(quán)重越小；T
i*
(t)表示車輛i在t時(shí)刻的車頭時(shí)距，Δv
i
(t)為t時(shí)刻車輛i與前車的速度差，表示車輛i期望的最大加速度，表示車輛i期望的舒適減速度；
[0014]步驟2：網(wǎng)絡(luò)攻擊定位、識(shí)別與警報(bào)；
[0015]步驟3：分階段確定網(wǎng)絡(luò)攻擊解調(diào)方式：在攻擊信息接收前，切斷其他車輛與發(fā)出攻擊信息車輛的通信，阻止錯(cuò)誤信息接收；在攻擊信息接收或處理過(guò)程中，探測(cè)得到受擊車輛的準(zhǔn)確狀態(tài)信息并修正攻擊信息內(nèi)容，或者通過(guò)編隊(duì)外的其他車道車輛協(xié)助修正網(wǎng)絡(luò)攻擊信息，基于信任模型進(jìn)行多車協(xié)同信息修正，保障發(fā)出信息與實(shí)際信息盡可能貼近；在攻擊信息接受后，通過(guò)博弈手段，依據(jù)成本最小原則確定更換后的通信流拓?fù)漕愋停?dòng)態(tài)調(diào)整PIDM模型中接收攻擊信息的車輛對(duì)其他車輛的影響權(quán)重，弱化錯(cuò)誤信息影響。
[0016]一種電子設(shè)備，采用上述方法實(shí)現(xiàn)編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)。
[0017]一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有至少一條程序指令，所述至少一條程序指令被處理器加載并執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上述編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法。
[0018]本專利技術(shù)的有益效果是：
[0019]在更普遍的多車道場(chǎng)景下，利用邏輯處理器對(duì)識(shí)別與接收信息進(jìn)行處理驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證時(shí)間戳及數(shù)據(jù)誤差識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攻擊；基于PIDM模型使用攻擊解調(diào)措施分階段處理受擊車輛傳播的錯(cuò)誤信息，實(shí)現(xiàn)車隊(duì)安全高效行駛的目的，提高了車輛編隊(duì)面對(duì)拒絕服務(wù)攻擊以及重放、欺騙攻擊時(shí)的防御性能。
[0020]在多車道與網(wǎng)聯(lián)化背景下的實(shí)際應(yīng)用中，基于本專利技術(shù)的技術(shù)方案具備以下優(yōu)勢(shì)：本專利技術(shù)在編隊(duì)特有的通信流拓?fù)湎赂倪M(jìn)形成考慮網(wǎng)聯(lián)影響的跟馳模型，在應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)著眼于通信流拓?fù)涮幚恚⑼ㄟ^(guò)改進(jìn)跟馳模型實(shí)踐應(yīng)對(duì)策略，方法針對(duì)的場(chǎng)景明確。通過(guò)細(xì)分接收前、處理時(shí)和接收后共三個(gè)攻擊階段，對(duì)應(yīng)提出的切斷通信連接、多車協(xié)同修正錯(cuò)誤信息，調(diào)整車輛PIDM模型權(quán)重分布的分階段應(yīng)對(duì)措施，可以針對(duì)性地作用于處于對(duì)應(yīng)階段的車輛，而非簡(jiǎn)單地對(duì)所處不同攻擊階段的車輛施加同一種應(yīng)對(duì)方法。通過(guò)與多車道協(xié)作、多階段調(diào)解，保證車隊(duì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊的快速反應(yīng)與應(yīng)對(duì)，提高車隊(duì)行駛安全性和穩(wěn)定性。
附圖說(shuō)明
[0021]為了更清楚地說(shuō)明本專利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例流程圖。
[0023]圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例的通信流拓?fù)鋱D。
[0024]圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例中不同通信流拓?fù)湎碌木W(wǎng)絡(luò)攻擊示意圖。
[0025]圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例中傳感器信息加載影響曲線。
具體實(shí)施方式
[0026]下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。
[0027]實(shí)施例
[0028]一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，如圖1所示，具體按照以下步驟進(jìn)行：
[0029]步驟1：本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：構(gòu)建多車道編隊(duì)型交通流模型PIDM，確定車輛編隊(duì)內(nèi)存在的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述PIDM模型如式(4)：其中，表示車輛i在t時(shí)刻的期望跟馳距離，表示車輛i期望的停車時(shí)跟馳距離，v
i
(t)表示i車在t時(shí)刻的速度，表示To(
·
)拓?fù)漕愋拖耰車的前車k對(duì)i車的影響權(quán)重，1≤k≤i
?
1，本車與前方車輛之間的距離越長(zhǎng)權(quán)重越小；T
i*
(t)表示車輛i在t時(shí)刻的車頭時(shí)距，Δv
i
(t)為t時(shí)刻車輛i與前車的速度差，表示車輛i期望的最大加速度，表示車輛i期望的舒適減速度；步驟2：網(wǎng)絡(luò)攻擊定位、識(shí)別與警報(bào)；步驟3：分階段確定網(wǎng)絡(luò)攻擊解調(diào)方式：在攻擊信息接收前，切斷其他車輛與發(fā)出攻擊信息車輛的通信，阻止錯(cuò)誤信息接收；在攻擊信息接收或處理過(guò)程中，探測(cè)得到受擊車輛的準(zhǔn)確狀態(tài)信息并修正攻擊信息內(nèi)容，或者通過(guò)編隊(duì)外的其他車道車輛協(xié)助修正網(wǎng)絡(luò)攻擊信息，基于信任模型進(jìn)行多車協(xié)同信息修正，保障發(fā)出信息與實(shí)際信息盡可能貼近；在攻擊信息接受后，通過(guò)博弈手段，依據(jù)成本最小原則確定更換后的通信流拓?fù)漕愋停?dòng)態(tài)調(diào)整PIDM模型中接收攻擊信息的車輛對(duì)其他車輛的影響權(quán)重，弱化錯(cuò)誤信息影響。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟1中，CAV編隊(duì)的網(wǎng)絡(luò)通信拓?fù)浔欢x為具有節(jié)點(diǎn)集、邊集和權(quán)重集的有向圖，車輛通信流存在多種拓?fù)洌囕v間拓?fù)涑橄蟪傻泥徑泳仃嚾缡?1)所示：式中，相鄰兩車位置關(guān)系中n
?
1車為前車，n車為后車，當(dāng)n車接收n
?
1車信息時(shí)取值為1，當(dāng)n車與n
?
1車不存在信息溝通時(shí)為0；To(
·
)表示車隊(duì)遵循的拓?fù)漕愋停煌負(fù)漕愋桶ㄇ昂筌囃負(fù)銵FF、領(lǐng)航
?
前車拓?fù)銹LF和多領(lǐng)航車拓?fù)銩PF。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟2中，網(wǎng)絡(luò)攻擊定位、識(shí)別與警報(bào)，包括以下步驟：車隊(duì)內(nèi)車輛獲取前方車輛發(fā)送的帶有車輛ID與時(shí)間戳的車輛狀態(tài)信息，并探測(cè)相鄰后車的行駛數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，通過(guò)邏輯處理器驗(yàn)證是否出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攻擊，及時(shí)定位受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的車輛，識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攻擊類型并對(duì)受擊車輛周圍車輛進(jìn)行警報(bào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟2具體包括以下步驟：步驟2.1，車輛接收前方車輛所傳輸?shù)男畔ⅲⅡ?yàn)證前車ID與時(shí)間戳，如果傳輸?shù)男畔?br/> 時(shí)間戳T(t)與之前已接收到的時(shí)間戳T(t
?
Δt)相同，則認(rèn)為發(fā)生重復(fù)攻擊；如果在超出時(shí)間閾值之后仍未接受到前方車輛傳輸?shù)男畔ⅲJ(rèn)為發(fā)生拒絕服務(wù)攻擊；步驟2.2，信息通過(guò)時(shí)間戳驗(yàn)證后，將車輛傳感器識(shí)別數(shù)據(jù)與前車所傳輸?shù)男旭倲?shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果數(shù)據(jù)差距超過(guò)閾值則認(rèn)為發(fā)生欺騙攻擊；步驟2.3，若模型系統(tǒng)進(jìn)行安全性檢測(cè)的頻率為f，則在有限時(shí)間段h內(nèi)進(jìn)行的檢測(cè)次數(shù)p＝f
×
h，若得到檢測(cè)結(jié)果中有p0次的檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)異常，p0≤p；則按照式(7)對(duì)p0的值進(jìn)行相關(guān)分析：式中，為誤差檢測(cè)次數(shù)的判斷閾值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟3中，在攻擊信息接收前，當(dāng)識(shí)別到車輛k
?
1為受擊車輛，及時(shí)切斷其他接收受擊車輛通信輸入的信道，在矩陣中處理如下：式(8)中左側(cè)矩陣表示刪去所在位置元素，刪除后右側(cè)矩陣對(duì)應(yīng)位置元素變?yōu)?，待切斷通信后，車輛k
?
1處于一種信息孤島狀態(tài)，造成后方車輛的跟馳行為所依據(jù)的運(yùn)動(dòng)信息出現(xiàn)空缺元素，易造成安全風(fēng)險(xiǎn)，需要采用正確信息來(lái)補(bǔ)全通信流拓?fù)洹?.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種編隊(duì)下CAV網(wǎng)絡(luò)攻擊識(shí)別與解調(diào)方法，其特征在于，所述步驟3中，在攻擊信息接收或處理過(guò)程中，基于信任值的協(xié)同定位將編隊(duì)內(nèi)識(shí)別出車輛受擊的車輛作為節(jié)點(diǎn)車輛，通過(guò)與受擊車輛鄰接的其他車輛的傳感器探測(cè)信息，修正錯(cuò)誤信息；考慮鄰接車輛在攻擊發(fā)出到啟用傳感器修正的過(guò)程中可能已受到錯(cuò)誤信息的惡意影響，即不同車輛的傳感器信息準(zhǔn)確性存在偏差；基于信任值融合處理各車輛經(jīng)過(guò)濾波后的受擊車輛狀態(tài)信息，生成多車協(xié)同監(jiān)測(cè)所得出的受攻擊車輛行駛狀態(tài)結(jié)果p；出的受攻擊車輛行駛狀態(tài)結(jié)果p；式中，式中，P
j
代表各車輛所測(cè)量得到的受擊車輛信息，代表各車輛測(cè)量信息的權(quán)重；通過(guò)對(duì)上一時(shí)刻各車的信任值進(jìn)行歸一化處理確定，g表示參與協(xié)同定位的車輛數(shù)，
Trust
j,t
?1表示受擊車輛相鄰接車輛j在t
?
1時(shí)刻的信任值，a
Trust
表示信任歸一系數(shù)；在通訊層面，將信任值低于閾值的車輛從通信拓?fù)渲刑蕹员苊饩W(wǎng)絡(luò)攻擊的進(jìn)一步擴(kuò)散；信任值Trust
j,t
?1是綜合實(shí)時(shí)聲譽(yù)值和周期聲譽(yù)值確定，能夠?qū)κ軗糗囕v周邊車輛j的通信狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，Trust
j,t
?1根據(jù)式(11)～(12)計(jì)算：Trust
j,t
?1＝(1
?
γ)T
j,t
?1+γR
j,t
?1,γ∈[0,1]
??????????
(11)其中，γ是信任值的計(jì)算權(quán)重，ρ、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王秋玲，朱璋元，林吉祥，袁銓，馮浩喆，石林鑫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：長(zhǎng)安大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：