Connected and Autonomous Vehicles (CAVs) with their evolving data gathering capabilities will play a significant role in road safety and efficiency applications supported by Intelligent Transport Systems (ITS), such as Adaptive Traffic Signal Control (ATSC) for urban traffic congestion management. However, their involvement will expand the space of security vulnerabilities and create larger threat vectors. We perform the first detailed security analysis and implementation of a new cyber-physical attack category carried out by the network of CAVs on ITS, namely, coordinated Sybil attacks, where vehicles with forged or fake identities try to alter the data collected by the ATSC algorithms to sabotage their decisions. Consequently, a novel, game-theoretic mitigation approach at the application layer is proposed to minimize the impact of Sybil attacks. The devised minimax game model enables the ATSC algorithm to generate optimal decisions under a suspected attack, improving its resilience. Extensive experimentation is performed on a traffic dataset provided by the City of Montreal under real-world intersection settings to evaluate the attack impact. Our results improved time loss on attacked intersections by approximately 48.9%. Substantial benefits can be gained from the mitigation, yielding more robust control of traffic across networked intersections.


翻译:具有不断演变的数据收集能力的连接和自主车辆(CAVs)将在其不断发展的数据收集能力的支持下,在由智能运输系统(ITS)支持的道路安全和高效应用中发挥重要作用,例如用于城市交通拥堵管理的适应性交通信号控制(ATSC),然而,它们的参与将扩大安全脆弱性的空间,并造成更大的威胁矢量。我们首次详细进行安全分析,并实施了由CAVs网络在ITS上实施的新的网络物理攻击类别,即协调Sybil攻击,使用伪造或假身份的车辆试图改变由ATSC算法收集的数据,以破坏其决策。因此,提议在应用层采用新的游戏理论减缓方法,以尽量减少Sybil攻击的影响。设计的微型游戏模式使ATSC算法能够在可疑的攻击下作出最佳决定,提高它的复原力。对蒙特利尔市在现实世界交叉环境中提供的交通数据集进行了广泛的试验,以评估攻击影响。我们的结果使被攻击的交叉点的时间损失增加约48.9 %。从减缓中可以大大获益,从而产生对网络交叉路段进行更强有力的控制。

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