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2025-04-02
2025-04-02
隨著實驗室的新一代的太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的研發(fā)落地，新的關(guān)于保護(hù)戶外設(shè)備抵御物理攻擊的研究需求進(jìn)一步出現(xiàn)。新的研究工作開展的原因主要有兩個方面：1）實驗室新研發(fā)的太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點已經(jīng)開始大量的采用智能IP攝像頭；2）將這些攜帶了智能IP攝像頭的太陽能殺蟲燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點部署在戶外的時候，極有可能會遇到物理攻擊的問題。因此，實驗室舒磊教授和博士生蘇勤聯(lián)合印度的兩位學(xué)者Anakhi Hazarika和Nikumani Choudhury對智能IP攝像頭網(wǎng)絡(luò)物理攻擊實時檢測開展了研究工作，并在國際期刊IEEE Transactions on Industrial Cyber-Physical Systems上合作發(fā)表了研究成果《基于網(wǎng)絡(luò)與遙測數(shù)據(jù)的智能IP攝像頭網(wǎng)絡(luò)物理攻擊實時檢測》。其中來自于印度Birla Institute of Technology and Science學(xué)院電子工程系的Anakhi Hazarika為第一作者，Nikumani Choudhury博士和博士生蘇勤為共同作者，舒磊教授為通信作者。
研究問題：這個研究工作要解決的問題是智能IP攝像頭在網(wǎng)絡(luò)物理攻擊下的安全問題。具體來說，研究目標(biāo)是設(shè)計一個基于機器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)安全框架，能夠在邊緣計算設(shè)備上實時檢測和分類網(wǎng)絡(luò)物理攻擊。傳統(tǒng)的安全防護(hù)手段依賴預(yù)定義規(guī)則，難以應(yīng)對不斷變化的攻擊模式，而本研究則利用網(wǎng)絡(luò)流量和遙測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法檢測異常行為，實時識別安全漏洞，并迅速發(fā)出預(yù)警。
該問題的研究難點包括：如何在資源受限的邊緣計算設(shè)備上實現(xiàn)高效的安全措施；如何動態(tài)調(diào)整安全措施以應(yīng)對不斷演變的威脅；如何在實時處理中快速檢測威脅并立即響應(yīng)安全漏洞或異常。該問題的研究相關(guān)工作包括對物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）中網(wǎng)絡(luò)物理攻擊的研究，特別是針對智能相機的物理對抗攻擊的研究。
這篇論文提出了一個基于機器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)安全框架，用于解決智能IP攝像頭的網(wǎng)絡(luò)物理攻擊問題。具體來說，該文提出了一種名為IALSTM（推理感知LSTM）的新型模型，專為資源受限的邊緣計算設(shè)備設(shè)計。通過結(jié)構(gòu)化剪枝、超參數(shù)優(yōu)化、定點運算和量化技術(shù)等多項創(chuàng)新手段，有效降低了模型的計算復(fù)雜度和延遲，同時保持了較高的檢測準(zhǔn)確率。實驗結(jié)果表明，IALSTM模型在準(zhǔn)確率、延遲和適應(yīng)性方面表現(xiàn)出色，適用于實時異常檢測。未來的工作將進(jìn)一步整合聯(lián)邦學(xué)習(xí)，改進(jìn)模型更新以應(yīng)對不斷演變的威脅，并擴(kuò)展遙測數(shù)據(jù)的維度，以提高框架的彈性和實用性。
這篇研究論文的發(fā)表延續(xù)了實驗室與印度的學(xué)者的良好合作，不久前雙方也聯(lián)合開展研究工作，發(fā)表了新的期刊論文Camera planning for physical safety of outdoor electronic devices: Perspective and analysis, in IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, 2025.
論文信息：
[1] A. Hazarika, N. Choudhury, L. Shu and Q. Su, "Real-Time Detection of Cyber-Physical Attacks on Smart-IP-Camera Using Network and Telemetry Data," in IEEE Transactions on Industrial Cyber-Physical Systems, vol. 3, pp. 251-261, 2025, doi: 10.1109/TICPS.2025.3544128.
