[發明專利]一種基于備選量的直流微電網集群虛假數據注入攻擊檢測方法

有效

• 申請號: 202110666591.6
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113382009B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 劉宿城;夏夢宇;陳莉;劉曉東
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H02J1/10
• 代理公司: 安徽順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 徐文恭

本發明提出一種基于備選量的直流微電網集群虛假數據注入攻擊檢測方法，主要針對直流微電網集群的三次控制通信網絡中的虛假數據注入攻擊，保證直流微電網集群的通信網絡正常安全運行，由于分布式通信依賴數據的準確性使得任何錯誤數據與操作不當都將降低系統的運行穩定性或者降低其各項性能，虛假數據注入攻擊通過非法手段入侵通信網絡，將偽造的數據注入到系統傳輸數據中，導致系統信息被篡改或失竊，嚴重威脅系統安全可靠的運行，針對虛假數據注入攻擊，基于集群系統全局電壓的變化判斷是否引入備選攻擊檢測量，基于三次控制的全局誤差收斂性完成對普通虛假數據注入攻擊與欺騙攻擊(隱蔽的虛假數據注入攻擊)的檢測。

技術領域

本發明涉及直流微電網、虛假數據檢測技術領域，具體涉及針對直流微電網集群的分布式三次通信網絡中不同的虛假數據注入攻擊檢測，以確保直流微電網集群的系統級通信的安全與穩定。

背景技術

在能源互聯網的未來趨勢下，隨著技術的成熟與微電網數量的增多，有學者提出將多個地理上毗鄰的直流微電網相互連接構成集群系統。集群能夠有效提高供電系統的可靠性與經濟，且具有良好的可擴展性。在通信層面，傳統的集中式通信靈活性較低，其中央控制器需要消耗更多的通信資源，且如若發生通信故障將導致集群主要功能的喪失。通信技術與信息交換算法的發展使得分布式控制在實際中的應用成為可能

但是分布式控制依賴數據的準確性使得任何錯誤數據與操作不當都將降低系統的運行穩定性或者降低其各項性能。造成上述惡劣影響的原因可能是通信網絡攻擊，如虛假數據注入攻擊。惡意的攻擊會嚴重損害系統，甚至導致網絡控制系統失去控制甚至造成系統的崩潰，研究這些網絡攻擊對系統的影響并對攻擊進行檢測一直是一個重要的研究方向。如文獻《Cyber Resilient Cooperative Control of DC Microgrid Clusters》中提出一種集群的虛假數據注入攻擊檢測方法，基于拉普拉斯矩陣的特性，對一般攻擊進行檢測；專利文獻《一種用于直流微電網集群的虛假數據注入攻擊檢測方法》中采用基于卡爾曼濾波器對系統進行觀測比較，判斷其運行狀態。但是在面對欺騙攻擊時，基于拉普拉斯矩陣的誤差方程會繼續收斂，系統狀態量不會發生改變，造成傳統檢測方法對通信狀態的誤判。因此，對于直流微電網集群，對虛假數據注入攻擊進行全方位的檢測是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于備選量的直流微電網集群虛假數據注入攻擊檢測方法，實現直流微電網集群中系統級別通信的虛假數據注入攻擊的檢測。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

1、一種基于備選量的直流微電網集群虛假數據注入攻擊檢測方法，包括以下步驟：

S1、基于直流微電網集群全局三次控制的通信網絡設計欺騙攻擊向量；

S2、根據直流微電網節點內的全局三次控制所生成的電壓參考值是否變化判斷是否開啟檢測流程，若全局電壓參考值改變，則判斷有虛假數據注入，并開啟檢測流程；反之則無，不開啟檢測流程；

S3、檢測流程開啟后，判斷基于全局通信拓撲拉普拉斯矩陣的全局誤差方程是否收斂于零，當全局誤差長時間不收斂于零時，判斷集群通信系統受到攻擊；當誤差收斂于零時，進行下一步的檢測；

S4、下一步檢測時，判斷備選通信檢測量是否收斂于零，當輸出為零時判斷系統正常運行，非零時判斷受到攻擊。

S1中，攻擊向量的要求如下：

其中，β_i∈β＝[β₁...β_N]表示包含N個節點的全局三次控制的通信網絡對應拉普拉斯矩陣的最小特征值λ＝0對應的左特征向量包含元素，表示全局三次控制通信網絡對應攻擊向量中的元素。

進一步的，構建虛假數據注入攻擊向量，其設計流程如下：