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2025-04-02
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隨著實(shí)驗(yàn)室的新一代的太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)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(kāi)展的原因主要有兩個(gè)方面：1）實(shí)驗(yàn)室新研發(fā)的太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)開(kāi)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(yáng)能殺蟲(chóng)燈物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)部署在戶外的時(shí)候，極有可能會(huì)遇到物理攻擊的問(wèn)題。因此，實(shí)驗(yàn)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(duì)智能IP攝像頭網(wǎng)絡(luò)物理攻擊實(shí)時(shí)檢測(cè)開(kāi)展了研究工作，并在國(guó)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(cè)數(shù)據(jù)的智能IP攝像頭網(wǎng)絡(luò)物理攻擊實(shí)時(shí)檢測(cè)》。其中來(lái)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(wèn)題：這個(gè)研究工作要解決的問(wèn)題是智能IP攝像頭在網(wǎng)絡(luò)物理攻擊下的安全問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自適應(yīng)安全框架，能夠在邊緣計(jì)算設(shè)備上實(shí)時(shí)檢測(cè)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(duì)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(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法檢測(cè)異常行為，實(shí)時(shí)識(shí)別安全漏洞，并迅速發(fā)出預(yù)警。
該問(wèn)題的研究難點(diǎn)包括：如何在資源受限的邊緣計(jì)算設(shè)備上實(shí)現(xiàn)高效的安全措施；如何動(dòng)態(tài)調(diào)整安全措施以應(yīng)對(duì)不斷演變的威脅；如何在實(shí)時(shí)處理中快速檢測(cè)威脅并立即響應(yīng)安全漏洞或異常。該問(wèn)題的研究相關(guān)工作包括對(duì)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(duì)智能相機(jī)的物理對(duì)抗攻擊的研究。
這篇論文提出了一個(gè)基于機(jī)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(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，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(jì)算設(shè)備設(shè)計(jì)。通過(guò)結(jié)構(gòu)化剪枝、超參數(shù)優(yōu)化、定點(diǎn)運(yùn)算和量化技術(shù)等多項(xiàng)創(chuàng)新手段，有效降低了模型的計(jì)算復(fù)雜度和延遲，同時(shí)保持了較高的檢測(cè)準(zhǔn)確率。實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)異常檢測(cè)。未來(lái)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(duì)不斷演變的威脅，并擴(kuò)展遙測(cè)數(shù)據(jù)的維度，以提高框架的彈性和實(shí)用性。
這篇研究論文的發(fā)表延續(xù)了實(shí)驗(yàn)室與印度的學(xué)者的良好合作，不久前雙方也聯(lián)合開(kāi)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.
