第1 章绪论...................................................................................... 1
1.1 无人系统概论.......................................................................... 1
1.1.1 无人系统发展历史........................................................... 1
1.1.2 无人系统定义................................................................ 4
1.1.3 无人系统分类................................................................ 4
1.1.4 无人系统应用领域........................................................... 7
1.2 无人系统协议与特性................................................................. 8
1.2.1 无线通信协议................................................................ 8
1.2.2 无人系统典型特性........................................................... 9
1.3 无人系统典型应用.................................................................... 10
1.3.1 自动驾驶汽车................................................................ 10
1.3.2 无人机......................................................................... 11
1.3.3 无人水下艇................................................................... 12
1.3.4 智慧无人工厂................................................................ 13
1.3.5 无人系统发展现状与演进.................................................. 13
1.4 无人系统机遇、挑战与未来趋势.................................................. 14
1.5 本章小结................................................................................ 16
1.6 习题..................................................................................... 16
第2 章无人系统架构与关键技术........................................................... 18
2.1 无人系统架构.......................................................................... 18
2.1.1 智能感知层................................................................... 19
2.1.2 自主决策层................................................................... 20
2.1.3 网络通信层................................................................... 20
2.1.4 应用服务层................................................................... 21
2.2 无人系统关键技术.................................................................... 21
2.2.1 多智能体协作................................................................ 22
2.2.2 5G 通信网络.................................................................. 24
2.2.3 自动控制技术................................................................ 25
2.2.4 人工智能技术................................................................ 27
2.3 无人系统典型攻击形式.............................................................. 29
2.4 无人系统安全需求.................................................................... 31
2.5 本章小结................................................................................ 32
2.6 习题..................................................................................... 32
第3 章无人系统感知安全.................................................................... 33
3.1 无人系统感知安全现状概述........................................................ 33
3.2 传感器攻击及防御.................................................................... 35
3.2.1 激光雷达...................................................................... 35
3.2.2 雷达............................................................................ 36
3.2.3 摄像头......................................................................... 36
3.2.4 定位系统...................................................................... 37
3.2.5 惯性测量单元................................................................ 38
3.3 对抗性样本攻击及防御.............................................................. 38
3.3.1 对抗性样本攻击基本原理.................................................. 38
3.3.2 对抗性样本攻击防御方法.................................................. 42
3.3.3 无人系统中的对抗性样本攻击............................................ 44
3.4 投毒攻击及防御....................................................................... 45
3.4.1 投毒攻击基本原理........................................................... 45
3.4.2 投毒攻击防御方法........................................................... 49
3.4.3 无人系统中的投毒攻击..................................................... 51
3.5 多源数据融合安全.................................................................... 52
3.5.1 数据融合方法................................................................ 53
3.5.2 多源数据融合需求........................................................... 53
3.5.3 多源数据融合关键技术..................................................... 55
3.6 案例分析................................................................................ 56
3.6.1 背景简介...................................................................... 56
3.6.2 威胁模型和防御目标........................................................ 58
3.6.3 方案总体设计................................................................ 58
3.6.4 基于拉格朗日插值的安全聚合机制...................................... 60
3.7 本章小结................................................................................ 63
3.8 习题..................................................................................... 64
VIII
第4 章无人系统决策安全.................................................................... 65
4.1 无人系统决策安全现状概述........................................................ 65
4.1.1 无人系统决策模式类型..................................................... 65
4.1.2 无人系统决策安全威胁..................................................... 67
4.1.3 无人系统决策安全挑战..................................................... 68
4.2 无人系统协同决策.................................................................... 69
4.2.1 基于博弈论的协同决策..................................................... 69
4.2.2 基于群体智能的协同决策.................................................. 72
4.3 动态攻防对抗.......................................................................... 74
4.3.1 无人协同系统多维攻击威胁............................................... 74
4.3.2 面向无人协同系统感知层的防御......................................... 77
4.3.3 面向无人协同系统网络层的防御......................................... 78
4.3.4 面向无人协同系统应用层的防御......................................... 80
4.4 决策可信性评估....................................................................... 82
4.4.1 基于交互对象的信任........................................................ 83
4.4.2 基于交互模式的信任........................................................ 85
4.4.3 基于时间尺度的信任........................................................ 89
4.4.4 信任更新中的时间衰减模型............................................... 90
4.5 案例分析................................................................................ 91
4.5.1 背景简介...................................................................... 91
4.5.2 无人机模型................................................................... 92
4.5.3 基于蜜罐博弈的无人机协同防御模型................................... 93
4.5.4 不完全信息下最优多维契约设计问题求解............................. 95
4.6 本章小结................................................................................ 100
4.7 习题..................................................................................... 101
第5 章无人系统通信网络安全.............................................................. 102
5.1 无人系统通信网络安全现状概述.................................................. 102
5.1.1 无人系统通信网络类型..................................................... 102
5.1.2 通信网络安全威胁........................................................... 104
5.1.3 通信网络安全挑战........................................................... 104
5.2 安全认证与访问控制................................................................. 105
5.2.1 安全认证与访问控制概述.................................................. 105
5.2.2 身份认证机制................................................................ 106
5.2.3 访问控制及其策略........................................................... 108
IX
5.3 物理层安全............................................................................. 111
5.3.1 物理层安全概述.............................................................. 111
5.3.2 物理层通信典型攻击........................................................ 113
5.3.3 物理层安全预编码技术..................................................... 114
5.3.4 物理层密钥技术.............................................................. 116
5.3.5 物理层身份认证.............................................................. 118
5.4 入侵检测................................................................................ 119
5.4.1 入侵检测概述................................................................ 120
5.4.2 入侵检测方法................................................................ 121
5.4.3 入侵检测系统分类及典型系统............................................ 123
5.5 本章小结................................................................................ 126
5.6 习题..................................................................................... 127
第6 章无人系统隐私保护.................................................................... 128
6.1 无人系统隐私保护现状概述........................................................ 128
6.1.1 无人系统隐私类型........................................................... 128
6.1.2 无人系统隐私保护需求..................................................... 130
6.1.3 现有无人系统隐私保护方案............................................... 131
6.2 隐私推理攻击.......................................................................... 133
6.2.1 成员推理攻击................................................................ 133
6.2.2 数据重构攻击................................................................ 137
6.2.3 梯度推理攻击................................................................ 138
6.3 隐私计算技术.......................................................................... 142
6.3.1 同态加密...................................................................... 142
6.3.2 安全多方计算................................................................ 145
6.3.3 差分隐私...................................................................... 147
6.3.4 联邦学习...................................................................... 148
6.3.5 可信计算...................................................................... 151
6.4 本章小结................................................................................ 153
6.5 习题..................................................................................... 153
第7 章无人系统与新兴技术融合........................................................... 154
7.1 无人系统与语义通信................................................................. 154
7.1.1 语义通信模型................................................................ 155
7.1.2 语义通信赋能无人系统的支撑技术...................................... 156
7.1.3 潜在安全威胁................................................................ 157
X
7.2 无人系统与区块链.................................................................... 159
7.2.1 区块链网络模型.............................................................. 159
7.2.2 区块链赋能无人系统........................................................ 160
7.2.3 潜在安全威胁................................................................ 162
7.3 无人系统与数字孪生................................................................. 163
7.3.1 数字孪生网络及其支撑技术............................................... 164
7.3.2 数字孪生网络通信模式..................................................... 165
7.3.3 数字孪生网络的关键特性.................................................. 165
7.3.4 数字孪生赋能无人系统..................................................... 167
7.3.5 潜在安全威胁................................................................ 168
7.4 无人系统与大模型.................................................................... 169
7.4.1 大模型的发展脉络........................................................... 170
7.4.2 大模型服务架构.............................................................. 171
7.4.3 大模型的关键支撑技术..................................................... 172
7.4.4 人工智能生成式内容的工作模式......................................... 173
7.4.5 大模型赋能无人系统........................................................ 173
7.4.6 潜在安全威胁................................................................ 174
7.5 本章小结................................................................................ 178
7.6 习题..................................................................................... 178
参考文献............................................................................................ 180
XI