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专利号: 2022109489766
申请人: 广州大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种配电网信息物理系统恶意程序传播模型建模方法,其特征在于,包括以下步骤:A1:基于PC‑PLC蠕虫病毒传播原理,针对配电网CPS,构建PC‑PLC双层异构网络模型;

A2:构建节点状态转换图;

A3:将节点划分为易感节点、感染节点、隔离节点、免疫节点;

A4:根据节点状态转换图建立微分方程组,即得到配电网CPS中恶意程序传播模型。

2.根据权利要求1所述的配电网信息物理系统恶意程序传播模型建模方法,其特征在于,所述步骤A4根据所述节点状态转换图建立的微分方程组如下:所述微分方程组中SA(t)、IB(t)、QA(t)、RA(t)、SB(t)、IB(t)、RB(t)分别是在时间t时易感PC节点、感染PC节点、隔离PC节点、免疫PC节点、易感PLC节点、感染PLC节点、免疫PLC节点的数量;所述微分方程组中β11、β22、β12分别代表病毒在PC网络的传播系数、病毒在PLC网络的传播系数、病毒跨网络传播的传播系数,PC网络中的感染节点中被隔离的比例为η,受感染PC节点通过运行补丁程序和\或安装杀毒软件的恢复速率和免疫速率为γ1,采取隔离措施的PC节点恢复速率为ω,PLC节点通过采用工业控制系统的安全协议的恢复概率为γ2,由于硬件损坏或环境因素而导致节点死亡时,PC节点和PLC节点的死亡速率分别为d1、d2,PC网络中的病毒感染PLC网络中的节点时延时为τ;并且SA(t)、IB(t)、QA(t)、RA(t)、SB(t)、IB(t)、RB(t)满足:NA(t)=SA(t)+IA(t)+RA(t)+QA(t)和NB(t)=SB(t)+IB(t)+RB(t)。

3.一种配电网信息物理系统抑制恶意程序传播最优控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:基于PC‑PLC蠕虫病毒传播原理,针对配电网CPS,构建PC‑PLC双层异构网络模型;

S2:构建节点状态转换图;

S3:将其中节点划分为易感节点、感染节点、隔离节点、免疫节点;

S4:根据节点状态转换图建立微分方程组,即得到配电网CPS中恶意程序传播模型;

S5:以PC、PLC网络感染节点查杀率、以及新投放的节点中免疫率作为控制变量,构建最优控制模型目标函数;

S6:根据目标函数得出哈密顿函数,并根据据庞特里亚金最大值原理求解出最优控制对,实现控制配电网感染节点最少、抑制恶意程序传播的成本最小。

4.根据权利要求3所述的配电网信息物理系统抑制恶意程序传播最优控制方法,其特征在于,所述步骤S1中,通过以下操作构建PC‑PLC双层异构网络模型:连接PC网络和PLC网络,PC网络为上层网络,PLC网络为下层网络,构成双层耦合网络;所述双层耦合网络中,PC向PLC发送控制信息,PLC向PC反馈状态信息。

5.根据权利要求3所述的配电网信息物理系统抑制恶意程序传播最优控制方法,其特征在于,所述步骤S4根据所述节点状态转换图建立的微分方程组如下:所述微分方程组中SA(t)、IB(t)、QA(t)、RA(t)、SB(t)、IB(t)、RB(t)分别是在时间t时易感PC节点、感染PC节点、隔离PC节点、免疫PC节点、易感PLC节点、感染PLC节点、免疫PLC节点的数量;所述微分方程组中β11、β22、β12分别代表病毒在PC网络的传播系数、病毒在PLC网络的传播系数、病毒跨网络传播的传播系数,PC网络中的感染节点中被隔离的比例为η,受感染PC节点通过运行补丁程序和\或安装杀毒软件的恢复速率和免疫速率为γ1,采取隔离措施的PC节点恢复速率为ω,PLC节点通过采用工业控制系统的安全协议的恢复概率为γ2,由于硬件损坏或环境因素而导致节点死亡时,PC节点和PLC节点的死亡速率分别为d1、d2,PC网络中的病毒感染PLC网络中的节点时延时为τ;并且SA(t)、IB(t)、QA(t)、RA(t)、SB(t)、IB(t)、RB(t)满足:NA(t)=SA(t)+IA(t)+RA(t)+QA(t)和NB(t)=SB(t)+IB(t)+RB(t)。

6.根据权利要求3所述的配电网信息物理系统抑制恶意程序传播最优控制方法,其特征在于,所述步骤S3中,易感节点为:正常工作状态的节点,所有节点的初始状态;感染节点为:被病毒感染或被病毒选择为攻击对象的节点,会对其他易感染节点进行病毒的传播;隔离节点为被病毒感染但被进行隔离的节点,不会对其他易感染节点进行病毒的传播;免疫节点为:可以抵御病毒攻击,无法被传播病毒的节点。

7.根据权利要求3所述的配电网信息物理系统抑制恶意程序传播最优控制方法,其特征在于,所述步骤S5中,使用以下方法构建目标函数:S51:[0,tf]期间内在系统中应用控制策略,通过勒贝格平方可积函数u(t)作为控制函数,系统为感染节点查杀并注射免疫补丁、加大新投放的节点中免疫节点的占比,令γ1=u1(t),γ2=u2(t),(1‑b1)=u3(t);

2

S52:计算得到控制函数集:{ui(t)∈L[0,tf]:0≤t≤tf,0≤ui(t)≤1,i=1,2,3};

S53:m、n、p为三个控制变量权重系数,计算PC免疫补丁注射成本 PLC免疫补丁注射成本 新投放PC预免疫补丁成本

S54:计算目标函数:

8.根据权利要求3所述的配电网信息物理系统抑制恶意程序传播最优控制方法,其特征在于,所述步骤S6中,通过以下方法求解最优控制比:S61:计算:

S62:根据庞特里亚金最大值原理,得到相应的哈密顿函数:

其中

λi(t)(λ=1,2,3…7)为系统的协态变量;

S63:定义t∈[0,tf‑τ]时系统特征方程为:

S64:定义系统横截条件为:λi(tf)=0,i=1,2,3,4,5,6,7;

S65:计算得到优化条件:

S66:计算求得最优控制对: