[發(fā)明專利]一種電力CPS廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊識(shí)別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011594028.4
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112699936B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹杰;王達(dá);曲朝陽;郭曉利;奚洋;王蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06Q50/06
• 代理公司: 吉林市達(dá)利專利事務(wù)所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發(fā)明的一種電力CPS廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊的識(shí)別方法。其特點(diǎn)是，包括：信息物理融合數(shù)據(jù)平衡化處理方法、GFDIA識(shí)別最優(yōu)特征子集確定方法、GFDIA識(shí)別器構(gòu)建方法和得到電力CPS廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊識(shí)別模型的內(nèi)容，該方法能夠克服傳統(tǒng)的深度森林算法在電力信息物理融合系統(tǒng)的GFDIA識(shí)別中存在的如下問題：數(shù)據(jù)不平衡時(shí)識(shí)別誤報(bào)率高的問題，數(shù)據(jù)維度過高引起的模型復(fù)雜度上升的問題，模型構(gòu)建不合理引起的GFDIA識(shí)別精度不足，易過擬合的問題，進(jìn)而提供一種穩(wěn)定、高效的GFDIA識(shí)別方案。該方法科學(xué)合理，可適用于電力CPS領(lǐng)域中的廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊的識(shí)別問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電網(wǎng)安全領(lǐng)域，是一種電力CPS廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊識(shí)別方法。

背景技術(shù)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，電網(wǎng)傳感器數(shù)量、信息網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和決策單元數(shù)量都大幅度增加。現(xiàn)代電力系統(tǒng)已不是單一電力設(shè)備組成的物理網(wǎng)絡(luò)，而是發(fā)展成為信息物理高度融合的電力信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical-System，CPS)。電力CPS通過引入傳感設(shè)備，通信網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算設(shè)備完成對(duì)物理電網(wǎng)的狀態(tài)感知和動(dòng)態(tài)控制，使電力系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定化、智能化。然而，由于網(wǎng)絡(luò)空間存在的漏洞以及復(fù)雜的信息物理耦合交互過程，使得信息安全成為影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，電力系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅。

虛假數(shù)據(jù)注入攻擊(False Data Injection Attack，F(xiàn)DIA)通過破壞電力CPS的數(shù)據(jù)完整性干擾信息層對(duì)物理層的控制決策，其主要攻擊手段是利用通信網(wǎng)絡(luò)存在的漏洞對(duì)信息空間的量測數(shù)據(jù)或控制信號(hào)進(jìn)行惡意篡改，使控制中心對(duì)物理設(shè)備的運(yùn)行失去控制，嚴(yán)重時(shí)可能造成電力系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致大范圍停電。隨著新攻擊方式的不斷被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前FDIA的涵義已經(jīng)進(jìn)一步擴(kuò)充。從廣義上講，以破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定性或者獲取經(jīng)濟(jì)利益為目的，對(duì)電力系統(tǒng)量測數(shù)據(jù)、控制信號(hào)以及設(shè)備信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的篡改都屬于FDIA的范疇，廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊(Generalized False Data Injection Attack，GFDIA)的防范成為電網(wǎng)安全的又一難題。如何針對(duì)廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊進(jìn)行有效辨識(shí)，已經(jīng)成為目前電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行亟待解決的問題。

廣域測量系統(tǒng)的大規(guī)模部署為基于機(jī)器學(xué)習(xí)的虛假數(shù)據(jù)注入攻擊識(shí)別方法提供了大數(shù)據(jù)支持，使基于機(jī)器學(xué)習(xí)的FDIA識(shí)別方案逐漸走向成熟。然而對(duì)于GFDIA的識(shí)別方法仍然處于摸索階段，傳統(tǒng)的深度森林算法在解決GFDIA識(shí)別問題時(shí)還面臨如下問題：

1)GFDIA發(fā)生后電力系統(tǒng)發(fā)生大范圍波動(dòng)，甚至發(fā)生大規(guī)模停電事故。暫態(tài)過程發(fā)生十分迅速，使得量測系統(tǒng)難以獲取充足的數(shù)據(jù)表征不同GFDIA發(fā)生時(shí)電力系統(tǒng)狀態(tài)。因此數(shù)據(jù)的平衡性成了制約GFDIA識(shí)別的關(guān)鍵問題。

2)大規(guī)模電力系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)高維的特點(diǎn)，對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)算法來說可能存在過多無關(guān)和冗余特征，使分類器對(duì)GFDIA的識(shí)別精度過低，同時(shí)數(shù)據(jù)維度過高也提升了模型復(fù)雜度。

3)深度森林算法受級(jí)聯(lián)層結(jié)構(gòu)配置的影響，級(jí)聯(lián)層結(jié)構(gòu)配置不當(dāng)不僅會(huì)降低GFDIA的識(shí)別精度，同時(shí)易引起過擬合問題，使模型的泛化能力變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決電力CPS廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊識(shí)別過程中數(shù)據(jù)不平衡、數(shù)據(jù)維度過高以及模型配置不當(dāng)易過擬合等問題，從物理側(cè)數(shù)據(jù)挖掘的角度，提出一種科學(xué)合理，高效，適用性強(qiáng)的電力CPS廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊識(shí)別方法。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種電力CPS廣義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊識(shí)別方法，其特征是，它包括的內(nèi)容有：

1)信息物理融合數(shù)據(jù)平衡化處理方法