信息物理系统(CPS,Cyber Physical Systems)是信息和物理元素的网络,它们以反馈形式相互作用。早期的信息物理系统(CPS)基本上是原有工业控制系统或其他嵌入式系统的计算机网络化改造,经由因特网接入而实现。随着互联网技术和工业信息化的不断发展,CPS不断提升系统易用性和工作效率,应用规模不断扩大,保障CPS安全可控也是应对新一轮工业革命的重要技术环节,随着工业系统的数字化不断的发展,针对CPS的网络攻击也越发多样和频繁,但是生产安全是重中之重,确保信息物理系统(CPS)的安全可控已成工业化基础的重要技术基础。基于此,WIMI微美全息基于人工智能(AI)和深度学习(DL)在CPS启用区块链入侵检测技术来有效增强CPS安全性。

CPS与物联网、工业控制系统、工业互联网等有着集成、融合的关系。是计算进程和物理进程的统一体,是集成计算、通信与控制于一体的智能系统。目前的智能制造CPS系统中存在着大量的节点设备,这些设备之间需要进行相互通信来完成资源的配置实现生产协作效能的提高,CPS在工业信息化发展过程也不断升级扩展。

WIMI微美全息研发中心高波博士提出,信息物理系统(CPS)带来的工业高度信息化的当下,其安全性成为不可忽视的关键技术,为此,WIMI微美全息开发了在CPS环境中采用区块链的入侵检测技术:WIMI-ProBIDCPS技术。该技术采用人工智能(AI)和深度学习(DL)能够为CPS环境设计有效的入侵检测系统(IDS)模型,结合区块链技术进行入侵检测可以有效提高CPS安全性。

WIMI-ProBIDCPS技术采用基于自适应协调搜索算法(AHSA,Adaptive Harmony Search Algorithm)的特征选择技术,用于正确选择特征子集。对于入侵检测和分类,应用了基于神经网络(GRNN)模型。此外,GRNN技术的检测效率已通过使用基于超参数优化器的算法得到增强,从而增强了入侵检测结果。此外,应用区块链技术来增强CPS环境中的安全性。

传统的机器学习(ML)技术已经可以在IDS中有效地识别数据模式和检测网络攻击。但一旦网络节点分布相当大,就无法有效地覆盖庞大的数据集,并且检测网络攻击的性能也会降低。结合深度学习(DL)的进步激发了IDS机制,使其能够处理目前高复杂程度的庞大数据集的网络攻击。WIMI-ProBIDCPS设计了一种基于信任相关IDS的行为分析。通过识别两个行为配置文件之间的方差来考虑节点信誉。利用所提供的每个信任评估数据来计算其信任值,然后强化学习的激励模型。WIMI-ProBIDCPS设计了边缘设备和主机(物联网设备)之间协作的机会,以实现IDS最大限度地减少传输损耗和功耗。以克服当前深度神经网络(DNN)系统分类准确率低和训练时间长的问题,并实现对入侵行为的适当响应。对于主机IDS,创建了一个组合的基于深度IDS的深度信念网络(DBN)。同时,使用小批量梯度下降方法进行网络优化和训练。

区块链可以保护数据存储的完整性并确保流程透明,因此具有应用于入侵检测领域的潜力。WIMI-ProBIDCPS通过区块链技术以提高CPS环境中的安全性。区块链是一个不可变的分布式数据集,其中新的带时间戳的交易被分组并附加到块的哈希链中。基本的区块链协议定义了可以以分布式方式维护和构建多少块副本。该块的主要目标是使用加密哈希函数保存已确认交易的列表。散列函数由于后续属性而有效。区块链中的块连接到初始基因块并由哈希确认。每个块通过每个哈希的关系链接,这意味着所有块都具有先验哈希,并在下一个块中进一步进行哈希。对哈希的任何此类修改都会导致链被破坏,因为原始哈希附加到链中的下一个块。重新计算原始哈希以恢复链需要大量的计算能力。缺乏普遍信任意味着需要分布式共识机制来在区块链网络中进行区块验证,基于区块链的检测方法增强安全性。

WIMI-ProBIDCPS使用深度学习模型开发了一种新的优化方式,在CPS环境中启用区块链入侵检测技术。WIMI-ProBIDCPS技术包含不同的过程,即预处理、用于特征选择,设计了一种基于自适应协调搜索算法(AHSA)技术。另外,利用基于基于神经网络(GRNN)模型的优化算法来检测和分类入侵。此外,区块链技术被应用于增强CPS环境中的安全性。WIMI微美全息进行了广泛的模拟分析,以确保WIMI-ProBIDCPS技术在多种措施方面的增强性能,从而增强了入侵检测结果。

WIMI-ProBIDCPS的应用,拥有广泛的行业市场和应用场景,信息物理系统(CPS)是一个多维和复杂的方案,它通过物联网(IoT)结合工业组件来构建有效的CPS生产环境。另外,CPS还可用于医疗保健、智能交通和智能家居等各种应用领域。CPS包括物理和逻辑系统的集成,用于人、模拟和数字组件之间的信息传输。CPS网络包含网络模块、传感器和执行器,适用于自动化、电力、土木结构、医学和开发等领域,CPS是一个复杂的方案,是新一轮工业革命的重要技术环节,其中以集成的方式支持网络应用程序和外部操作,网络安全被视为CPS的首要技术问题,CPS中最复杂的问题是入侵危害漏洞。WIMI-ProBIDCPS将极大地提高CPS安全性和可靠性,同时也为未来万物互联的智慧时代,提供基础技术支持,以保障海量的终端设备链接网络的安全性问题。