The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) as delivery systems of online goods is rapidly becoming a global norm, as corroborated by Amazon's "Prime Air" and Google's "Project Wing" projects. However, the real-world deployment of such drone delivery systems faces many cyber-physical security challenges. In this paper, a novel mathematical framework for analyzing and enhancing the security of drone delivery systems is introduced. In this regard, a zero-sum network interdiction game is formulated between a vendor, operating a drone delivery system, and a malicious attacker. In this game, the vendor seeks to find the optimal path that its UAV should follow, to deliver a purchase from the vendor's warehouse to a customer location, to minimize the delivery time. Meanwhile, an attacker seeks to choose an optimal location to interdict the potential paths of the UAVs, so as to inflict cyber or physical damage to it, thus, maximizing its delivery time. First, the Nash equilibrium point of this game is characterized. Then, to capture the subjective behavior of both the vendor and attacker, new notions from prospect theory are incorporated into the game. These notions allow capturing the vendor's and attacker's i) subjective perception of attack success probabilities, and ii) their disparate subjective valuations of the achieved delivery times relative to a certain target delivery time. Simulation results have shown that the subjective decision making of the vendor and attacker leads to adopting risky path selection strategies which inflict delays to the delivery, thus, yielding unexpected delivery times which surpass the target delivery time set by the vendor.


翻译:使用无人驾驶航空飞行器作为在线货物的交付系统正在迅速成为一种全球规范,亚马逊的“Prime Air”和谷歌的“Project Wing”项目证实了这一点。然而,此类无人驾驶运载系统的实际部署面临许多网络物理安全挑战。在本文件中,引入了一个用于分析和加强无人驾驶运载系统安全的新型数学框架。在这方面,在供应商、操作无人驾驶运载系统和恶意袭击者之间制定了零和网络阻截游戏。在这个游戏中,供应商寻求找到其无人驾驶航空应遵循的最佳途径,从供应商的仓库向客户所在地交付货物,以尽量减少交付时间。与此同时,袭击者寻求选择一个最佳地点来阻截无人驾驶运载系统的潜在路径,从而对无人驾驶运载系统造成网络破坏或实际损害,从而最大限度地增加交付时间。首先,该游戏的纳什平衡点被定性为供应商和袭击者双方的主观行为,然后将前景理论的新概念纳入游戏中,从供应商的意外目标仓库的仓库购买到交付时间的相对性交付时间,从而使供应商的交付速度和攻击者的主观性交付时间达到其相对性交付结果。

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