基于傳感器的自動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于數(shù)百種應(yīng)用，如車輛事故預(yù)防，農(nóng)業(yè)監(jiān)控和自平衡機(jī)器人。但隨著傳感器與環(huán)境的互動(dòng)增加，控制系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地“看到”，“傾聽”和“感知”他們的環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能性也在增長。

為了應(yīng)對這種危險(xiǎn)， 三菱電機(jī)開發(fā)出了它認(rèn)為是第一種用于檢測系統(tǒng)受到攻擊時(shí)傳感器測量中出現(xiàn)的不一致的傳感器安全技術(shù)。發(fā)展得到了日本新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織(NEDO)的支持。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組件是 傳感器融合技術(shù)。它通過組合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生比從各個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)并單獨(dú)使用的更準(zhǔn)確的信息。例如，通過組合汽車中多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，結(jié)果可以更準(zhǔn)確地估算汽車的速度，從而改善對性能和可靠性的更好控制。

“直到現(xiàn)在，人們一直認(rèn)為傳感器融合算法非常強(qiáng)大，因?yàn)樗鼈兗闪藖碜远鄠€(gè)傳感器的數(shù)據(jù)而不容易受到攻擊，”位于東京以南60公里的Ofuna的三菱電機(jī)信息技術(shù)研發(fā)中心經(jīng)理Takeshi Yoneda說。“此外，由于傳感器融合算法很復(fù)雜，因此很難評估它們在實(shí)際測試中的安全性。”

因此，他說沒有開發(fā)出有效的 傳感器融合系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)攻擊對策。為了測試這些系統(tǒng)的脆弱性，三菱研究人員建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)評估環(huán)境，使不同的傳感器受到各種網(wǎng)絡(luò)攻擊。例如，加速度計(jì)和陀螺儀易受聲波干擾，而磁力計(jì)可以使用磁信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行攻擊。

在今年2月舉行的三菱電機(jī)技術(shù)開放日，研究人員使用小型無人機(jī)演示了攻擊檢測算法的工作原理。

為了在飛行過程中保持穩(wěn)定和航向，大多數(shù)無人機(jī)使用陀螺儀，加速度計(jì)和磁力計(jì)。來自加速度計(jì)和磁力計(jì)的數(shù)據(jù)被組合并實(shí)時(shí)與來自陀螺儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在正常情況下，Yoneda表示兩個(gè)結(jié)果具有高度相關(guān)性，并且使用智能濾波器(如卡爾曼濾波器)校正兩者之間的任何差異。然后，傳感器融合算法使用新的組合結(jié)果來產(chǎn)生精確的傾斜數(shù)據(jù)，以控制無人機(jī)的滾轉(zhuǎn)，俯仰和偏航。

在組合的加速度計(jì)和磁力計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)歷來自環(huán)境或無人機(jī)本身的間歇性噪聲的情況下，控制系統(tǒng)僅使用來自陀螺儀的數(shù)據(jù)來阻擋那些輸入，直到情況再次恢復(fù)正常。

“這是因?yàn)檫@種機(jī)制看起來很可靠，傳感器融合系統(tǒng)在噪聲或攻擊信號(hào)方面被認(rèn)為是穩(wěn)健的，”Yoneda說。“但是，我們現(xiàn)在已經(jīng)證明這些系統(tǒng)可能受到攻擊。”

在之前的測試中，研究人員使用了一個(gè)評估板，它有一個(gè)傾斜傳感器，采用陀螺儀，加速度計(jì)和磁力計(jì)。對于開放日的演示，研究人員首次使用可編程無人機(jī)。然而，他們無法為包含磁力計(jì)的演示獲得合適的無人機(jī)，因此只有加速度計(jì)最初受到超聲波攻擊。

這次攻擊在加速度計(jì)和陀螺儀數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生了足夠大的差異，嵌入在傳感器融合算法軟件中的攻擊檢測算法檢測到兩個(gè)數(shù)據(jù)集之間的持續(xù)變化并被踢入。結(jié)果： 融合算法完全依賴于當(dāng)無人機(jī)切換到故障安全模式時(shí)，來自陀螺儀的數(shù)據(jù)并在任何損壞完成之前安全著陸。

在第二次演示中，缺少攻擊檢測算法，陀螺儀和加速度計(jì)受到單獨(dú)的超聲信號(hào)的攻擊?？刂葡到y(tǒng)試圖用假信號(hào)控制無人機(jī)的姿態(tài)，變得困惑，無人機(jī)翻滾到地面。

“我的同事Shoei Nashimoto首先了解傳感器攻擊干擾傾斜數(shù)據(jù)，”Yoneda說。“當(dāng)你知道這一點(diǎn)時(shí)，對策很簡單，可以實(shí)現(xiàn)，一般可以應(yīng)用于傳感器融合控制系統(tǒng)。所以它可以用于很多應(yīng)用程序。“

Yoneda還指出，探測器算法很緊湊 - 只需幾十行代碼。“這意味著我們可以以低成本實(shí)現(xiàn)它，因?yàn)椴恍枰薷挠布?rdquo;

三菱的目標(biāo)是明年將該技術(shù)商業(yè)化; 它將在自己的產(chǎn)品中使用它，并可能將其許可給其他汽車，無人機(jī)和類人機(jī)器人制造商。