Recent years have witnessed a growing number of attack vectors against increasingly interconnected traffic networks. Informational attacks have emerged as the prominent ones that aim to poison traffic data, misguide users, and manipulate traffic patterns. To study the impact of this class of attacks, we propose a game-theoretic framework where the attacker, as a Stackelberg leader, falsifies the traffic conditions to change the traffic pattern predicted by the Wardrop traffic equilibrium, achieved by the users, or the followers. The intended shift of the Wardrop equilibrium is a consequence of strategic informational poisoning. Leveraging game-theoretic and sensitivity analysis, we quantify the system-level impact of the attack by characterizing the concept of poisoned Price of Anarchy, which compares the poisoned Wardrop equilibrium and its non-poisoned system optimal counterpart. We use an evacuation case study to show that the Stackelberg equilibrium can be found through a two-time scale zeroth-order learning process and demonstrate the disruptive effects of informational poisoning, indicating a compelling need for defense policies to mitigate such security threats.


翻译:近些年来,针对日益相互联系的交通网络的攻击矢量不断增加。信息攻击已成为旨在毒害交通数据、误导用户和操纵交通模式的主要攻击。为了研究这类攻击的影响,我们提议了一个游戏理论框架,攻击者作为斯塔克尔贝格的领导者,用游戏理论框架来伪造交通条件,以改变由用户或追随者所实现的Wardrop交通平衡预测的交通模式。Wardrop平衡的预期转变是战略信息中毒的结果。利用游戏理论和敏感性分析,我们量化攻击的系统影响,将有毒的无政府状态概念定性为无政府状态概念,将中毒的战争倾斜平衡及其非中毒系统的最佳对应方加以比较。我们利用一个案例研究来表明,通过两度规模零顺序的学习过程可以找到斯塔克尔贝格平衡,并展示信息中毒的破坏性影响,表明迫切需要防卫政策来减轻这种安全威胁。

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