一种执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法

本发明涉及自动驾驶信息安全，具体涉及一种执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法。

背景技术：

1、在物联网、大数据等技术的推动下，自动驾驶汽车已经进入了商业化时代，有效减少了人为因素在驾驶过程中的影响，从而提高了驾驶安全性和交通效率。自动驾驶系统包含传感系统、计算系统、控制系统、机械系统等子系统，并借助网络将各种软硬件设备进行相互连接，使得系统具有要素多样性、操作复杂性和结构开放性的特点。这些特点也使得系统更易遭受外部攻击者干扰，给系统安全性带来了一定挑战。由于执行器攻击主要涉及刹车系统、速度控制、转向系统等核心部件，在复杂场景下可能导致严重的交通事故，严重威胁道路安全和运行效率，因此，加强自动驾驶汽车的安全防护，避免类似事件发生显得尤为重要。

2、自动驾驶系统集成了众多的处理器、传感器等硬件设备，横跨信息层、物理层以及信息-物理交互层，当前关于自动驾驶安全性的研究主要集中在信息层和物理层的攻击防御问题上。这包括通过大量数据训练机器学习模型以提升系统的自主判断和决策能力，运用加密技术来抵御信息监听和数据泄露，以及开发入侵检测系统来应对ddos攻击等。在物理层方面，研究者们主要侧重硬件安全，采取冗余设计、硬件可靠性和安全性分析等策略来预防攻击的发生。然而，这些研究虽然在一定程度上确保了系统的安全，但它们大多集中在单一层次的攻击防御上，缺乏对整个系统架构的全面考量，未能根据不同的攻击特性制定针对性的防御方法。这种做法限制了系统在面临复杂攻击时的防御能力，暴露了当前技术在综合安全性方面的缺陷。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，包括以下步骤：

4、s1、当自动驾驶车辆经过交叉路口时，基于自动驾驶车辆行驶状态与监督控制器发出的相应动作指令，构建自动驾驶车辆的有限状态自动机模型与监督控制器的自动机模型；

5、s2、对步骤s1中构建的自动驾驶车辆的有限状态自动机模型进行观测，得到观测自动机，同时将观测自动机赋给使能攻击者，通过设计攻击策略，构建使能攻击者的自动机模型；

6、s3、利用步骤s2中构建的使能攻击者的自动机模型对步骤s1中构建的自动驾驶车辆的有限状态自动机模型进行使能攻击，构建使能攻击下自动驾驶车辆的自动机模型；

7、s4、利用步骤s2中构建的使能攻击者的自动机模型对步骤s1中构建的监督控制器的自动机模型进行使能攻击，构建使能攻击下监督控制器的自动机模型；

8、s5、设计编辑函数，并使编辑函数作用于步骤s2中构建的使能攻击者的自动机模型，构建编辑策略下使能攻击者的自动机模型；

9、s6、根据步骤s5中构建的编辑策略下使能攻击者的自动机模型、步骤s4中构建的使能攻击下监督控制器的自动机模型以及步骤s3中构建的使能攻击下自动驾驶车辆的自动机模型，构建编辑器与使能攻击者的博弈结构模型；

10、s7、采用剪枝法对步骤s6中构建的编辑器与使能攻击者的博弈结构模型进行安全防御设计，得到基于剪枝法的编辑器与使能攻击者的博弈结构模型；

11、s8、对步骤s2中构建的使能攻击者的自动机模型、步骤s3中构建的使能攻击下自动驾驶车辆的自动机模型以及步骤s4中构建的使能攻击下监督控制器的自动机模型进行并行操作，得到使能攻击下自动驾驶车辆在交叉路口的行驶状态；

12、s9、利用步骤s7中得到的基于剪枝法的编辑器与使能攻击者的博弈结构模型对步骤s8中使能攻击下自动驾驶车辆在交叉路口的行驶状态进行安全防御检查。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明所提出的一种执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，利用编辑器对自动驾驶车辆的有限状态自动机模型输出的可观序列进行修改，使得使能攻击者根据虚假的观测序列发送错误的攻击指令，从而对自动驾驶车辆在交叉路口的行驶状态进行安全防御，提高了自动驾驶车辆的安全性，同时保障自动驾驶车辆不会达到危险状态。

技术特征：

1.一种执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求j所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s1具体包括：

3.根据权利要求2所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s2具体包括：

4.根据权利要求3所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s3具体包括：

5.根据权利要求3所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s4具体包括：

6.根据权利要求3所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s5具体包括：

7.根据权利要求4、5或6所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s6具体包括：

8.根据权利要求7所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，计算从真实状态集合迁移到状态估计集合的部分迁移函数，其具体过程为：

9.根据权利要求7所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s7具体包括：

10.根据权利要求8所述的执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，其特征在于，步骤s8中使能攻击下自动驾驶车辆在交叉路口的行驶状态的公式为：

技术总结本发明涉及自动驾驶信息安全技术领域，公开了一种执行器攻击下自动驾驶交叉路口安全防御设计方法，包括以下步骤：构建自动驾驶车辆的有限状态自动机模型与监督控制器的自动机模型；构建使能攻击者的自动机模型、使能攻击下自动驾驶车辆的自动机模型及使能攻击下监督控制器的自动机模型，进行并行操作，得到使能攻击下自动驾驶车辆在交叉路口的行驶状态；构建编辑策略下使能攻击者的自动机模型；构建编辑器与使能攻击者的博弈结构模型，采用剪枝法对其进行安全防御设计，得到基于剪枝法的编辑器与使能攻击者的博弈结构模型，并对行驶状态进行安全防御检查；该方法提高了自动驾驶车辆在交叉路口行驶状态的安全性。技术研发人员：童音,芮佳敏受保护的技术使用者：西南交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20