<div>
	Применение теории игр для обеспечения безопасности коммуникации киберфизической системы с использованием механизмов репутации и доверия</div>

Викснин  Илья  Игоревич, Мариненков Егор Денисович, Чупров Сергей Сергеевич

doi:10.17586/2226-1494-2022-22-1-47-59

2022 , ТОМ 22, НОМЕР 1 ( январь-февраль )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-1-47-59

УДК 004.04

Применение теории игр для обеспечения безопасности коммуникации киберфизической системы с использованием механизмов репутации и доверия

Викснин И.И., Мариненков Е.Д., Чупров С.С.

Читать статью полностью

Язык статьи - английский

Ссылка для цитирования:

Викснин И.И., Мариненков Е.Д., Чупров С.С. Применение теории игр для обеспечения безопасности коммуникации киберфизической системы с использованием механизмов репутации и доверия // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 1. С. 47–59 (на агл. яз.). doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-1-47-59

Аннотация

Предмет исследования. Обеспечение безопасности и надежности киберфизических систем является сложной исследовательской проблемой для разработки концепции «умного города». Технические неполадки или злонамеренные атаки на коммуникации между элементами системы могут поставить под угрозу всю систему и ее пользователей. Реализация репутационных систем — эффективная мера для обнаружения таких вредоносных агентов. Каждый агент в группе имеет свой показатель, который отражает, насколько он заслуживает доверия других агентов. Вместе с тем в сценарии, когда невозможно рассчитать показатель репутации на основе объективных характеристик, вредоносные или дефектные агенты негативно влияют на работу системы. Метод. Предложен подход, основанный на теории игр, для решения проблемы расчета начальных значений репутации и доверия. Введены концепция игры со смешанными стратегиями и индикатор вероятности. Возможные результаты использования различных стратегий агентами системы представлены с помощью матрицы выплат. Основные результаты. Для оценки эффективности подхода выполнено эмпирическое исследование с использованием программной среды моделирования. В качестве сценария реализации киберфизической системы рассмотрена система управления перекрестком с группой беспилотных автономных транспортных средств, цель которой бесконфликтное оптимальное прохождение перекрестка. Для имитации сценария атаки часть транспортных средств может передавать неверные данные другим участникам движения. Полученные результаты показали, что подход теории игр позволил увеличить количество обнаруживаемых нарушителей по сравнению с необработанной моделью репутации и доверия.

Ключевые слова: теория игр, репутация, доверие, информационная безопасность, функциональная безопасность, киберфизические системы

Благодарности. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект «Госзадание» № 075-01024-21-02 от 29.09.2021).

Список литературы

Bastos D., Shackleton M., El-Moussa F. Internet of Things: A survey of technologies and security risks in smart home and city environments // IET Conference Publications. 2018. V. 2018. N CP740. https://doi.org/10.1049/cp.2018.0030
Kang H.S., Lee J.Y., Choi S., Kim H., Park J.H., Son J.Y., Kim B.H., Do Noh S. Smart manufacturing: Past research, present findings, and future directions // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing – Green Technology. 2016. V. 3. N 1. P. 111–128. https://doi.org/10.1007/s40684-016-0015-5
Wolf W. Cyber-physical systems // Computer. 2009. V. 42. N 3. P. 88–89. https://doi.org/10.1109/MC.2009.81
Tokody D., Albini A., Ady L., Rajnai Z., Pongrácz F. Safety and security through the design of autonomous intelligent vehicle systems and intelligent infrastructure in the smart city // Interdisciplinary Description of Complex Systems. 2018. V. 16. N 3. P. 384–396. https://doi.org/10.7906/indecs.16.3.11
Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит, 2009. 278 c.
Furno L., Nielsen M.C., Blanke M. Centralised versus decentralised control reconfiguration for collaborating underwater robots // IFAC-PapersOnLine. 2015. V. 48. N 21. P. 732–739. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.09.614
Chuprov S., Viksnin I., Kim I., Marinenkov E., Usova M., Lazarev E., Melnikov T., Zakoldaev D. Reputation and trust approach for security and safety assurance in intersection management system // Energies. 2019. V. 12. N 23. P. 4527. https://doi.org/10.3390/en12234527
Marinenkov E., Chuprov S., Viksnin I., Kim I. Empirical study on trust, reputation, and game theory approach to secure communication in a group of unmanned vehicles // CEUR Workshop Proceedings. 2019. V. 2590.
Gibb J.R. Trust: A New View of Personal and Organizational Development. Guild of Tutors Press, 1978. 320 p.
Mui L., Mohtashemi M., Halberstadt A. A computational model of trust and reputation // Proc. of the 35^th Annual Hawaii International Conference on System Sciences. 2002. P. 2431–2439. https://doi.org/10.1109/HICSS.2002.994181
Schollmeier R. A definition of peer-to-peer networking for the classification of peer-to-peer architectures and applications // Proc. of the 1st International Conference on Peer-to-Peer Computing (P2P). 2001. P. 101–102. https://doi.org/10.1109/P2P.2001.990434
Sector S. Series Y: Global information infrastructure, internet protocol aspects and next-generation networks. Next generation networks – frameworks and functional architecture models: Recommendation ITU-T Y 2012 / International Telecommunication Union. Switzerland, Geneva. P. 2060.
Singh A., Kumar M., Rishi R., Madan D. A relative study of MANET and VANET: Its applications, broadcasting approaches and challenging issues // Communications in Computer and Information Science. 2011. V. 132 CCIS. Part 2. P. 627–632. https://doi.org/10.1007/978-3-642-17878-8_63
Chmaj G., Walkowiak K. A P2P computing system for overlay networks // Future Generation Computer Systems. 2013. V. 29. N 1. P. 242–249. https://doi.org/10.1016/j.future.2010.11.009
Nojoumian M., Stinson D.R. Social secret sharing in cloud computing using a new trust function // Proc. of the 10^th Annual International Conference on Privacy, Security and Trust (PST). 2012. P. 161–167. https://doi.org/10.1109/PST.2012.6297936
Straub J., McMillan J., Yaniero B., Schumacher M., Almosalami A., Boatey K., Hartman J. CyberSecurity considerations for an interconnected self-driving car system of systems // Proc. of the 12^th System of Systems Engineering Conference (SoSE). 2017. P. 7994973. https://doi.org/10.1109/SYSOSE.2017.7994973
Kim I., Viksnin I. Secure information interaction within a group of unmanned aerial vehicles based on economic approach // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019. V. 997. P. 59–72. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22871-2_5
Pham T.N.D., Yeo C.K. Adaptive trust and privacy management framework for vehicular networks // Vehicular Communications. 2018. V. 13. P. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.vehcom.2018.04.006
Chuprov S., Viksnin I., Kim I., Nedosekin G. Optimization of autonomous vehicles movement in urban intersection management system // Proc. of the 24^th Conference of Open Innovations Association (FRUCT). 2019. P. 60–66. https://doi.org/10.23919/FRUCT.2019.8711967
Basar T., Zaccour G. Handbook of Dynamic Game Theory. Springer, 2018.
Fielder A., Panaousis E., Malacaria P., Hankin C., Smeraldi F. Game theory meets information security management // IFIP Advances in Information and Communication Technology. 2014. V. 428. P. 15–29. https://doi.org/10.1007/978-3-642-55415-5_2
Roy S., Ellis C., Shiva S., Dasgupta D., Shandilya V., Wu Q. A survey of game theory as applied to network security // Proc. of the 43^rd Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS-43). 2010. P. 5428673. https://doi.org/10.1109/HICSS.2010.35
Sun W., Kong X., He D., You X. Information security problem research based on game theory // Proc. of the International Symposium on Electronic Commerce and Security (ISECS). 2008. P. 554–557.
Guo J., Chen R. A classification of trust computation models for service-oriented internet of things systems // Proc. of the IEEE International Conference on Services Computing. 2015. P. 324–331. https://doi.org/10.1109/SCC.2015.52
Bankovic Z., Vallejo J.C., Fraga D., Moya J.M. Detecting false testimonies in reputation systems using self-organizing maps // Logic Journal of the IGPL. 2013. V. 21. N 4. P. 549–559. https://doi.org/10.1093/jigpal/jzs028
Li W., Song H., Zeng F. Policy-based secure and trustworthy sensing for internet of things in smart cities // IEEE Internet of Things Journal. 2018. V. 5. N 2. P. 716–723. https://doi.org/10.1109/JIOT.2017.2720635
Rawat D.B., Yan G., Bista B.B., Weigle M.C. Trust on the security of wireless vehicular Ad-hoc Networking // Ad-Hoc and Sensor Wireless Networks. 2015. V. 24. N 3-4. P. 283–305.
Петросян Л.А., Зенкевич Н.А., Шевкопляс Е.В. Теория игр. СПб.: БХВ-Петербург, 2012. 432 с.
Кузин Л.Т. Основы кибернетики. В 2 т. М.: Энергия, 1979.
Perrone L.F., Nelson S.C. A study of on-off attack models for wireless ad hoc networks // Proc. of the 1^st Workshop on Operator-Assisted (Wireless Mesh) Community Networks (OpComm). 2006. P. 4138221. https://doi.org/10.1109/WOACN.2006.337180
Baker C.A.B., Ramchurn S., Teacy W.T.L., Jennings N.R. Planning search and rescue missions for UAV teams // Frontiers in Artificial Intelligence and Applications. 2016. V. 285. P. 1777–1778. https://doi.org/10.3233/978-1-61499-672-9-1777

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License