Attacks on Industrial Control Systems (ICS) can lead to significant physical damage. While offline safety and security assessments can provide insight into vulnerable system components, they may not account for stealthy attacks designed to evade anomaly detectors during long operational transients. In this paper, we propose a predictive online monitoring approach to check the safety of the system under potential stealthy attacks. Specifically, we adapt previous results in reachability analysis for attack impact assessment to provide an efficient algorithm for online safety monitoring for Linear Time-Invariant (LTI) systems. The proposed approach relies on an offline computation of symbolic reachable sets in terms of the estimated physical state of the system. These sets are then instantiated online, and safety checks are performed by leveraging ideas from ellipsoidal calculus. We illustrate and evaluate our approach using the Tennessee-Eastman process. We also compare our approach with the baseline monitoring approaches proposed in previous work and assess its efficiency and scalability. Our evaluation results demonstrate that our approach can predict in a timely manner if a false data injection attack will be able to cause damage, while remaining undetected. Thus, our approach can be used to provide operators with real-time early warnings about stealthy attacks.


翻译:虽然离线安全和安保评估可以提供对脆弱系统组成部分的洞察力,但可能无法说明在长期运行的瞬间飞行中为躲避异常探测器而设计的隐形袭击。在本文件中,我们提议采用预测在线监测方法,以检查系统在潜在的隐形攻击下的安全性。具体地说,我们调整了以前攻击影响评估的可达性分析结果,以便为线性时间-惯性(LTI)系统的在线安全监测提供有效的算法。拟议方法依赖于对系统估计物理状态的象征性可达数据集进行离线计算。这些系统随后即时在线运行,安全检查是通过利用叶子分子微积木的想法进行。我们用田纳西-东方过程来说明和评估我们的方法。我们还将我们的方法与先前工作中提议的基线监测方法进行比较,并评估其效率和可缩放性。我们的评价结果表明,如果假数据注入攻击能够造成损害,我们的方法可以及时预测,同时不进行探测。因此,我们的方法可以用来向实际攻击的操作者提供实时警报。

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