本书为 战略性新兴领域;十四五高等教育教材体系建设团队新一代信息技术（网络空间安全）建设项目。本教材面向信息通信领域新兴技术与学术前沿，结合作者多年科研成果，系统阐述无人系统的构建、研究、应用方法，具有很高的学术价值。本教材结合人工智能、区块链等新型前沿技术，面向智慧城市、智能制造、智慧交通等交叉学科，阐述无人系统安全防护与隐私保护的应用方法与实现方案，具有很高的应用与实践价值。本书可供自动驾驶、工业物联网和无人机等无人系统安全领域的各类工程师使用，同时适用于了解无人系统安全技术并致力于开发新产品的企业家或技术爱好者，还可以作为各大院校无人系统、自动驾驶等相关课程的参考教材。

无人系统的安全保障与隐私防护为国际新兴技术，该领域暂无相关教材。本教材面向信息通信领域新兴技术与学术前沿，结合作者多年科研成果，系统阐述无人系统的构建、研究、应用方法，具有很高的学术价值。本教材结合人工智能、区块链等新型前沿技术，面向智慧城市、智能制造、智慧交通等交叉学科，阐述无人系统安全防护与隐私保护的应用方法与实现方案，具有很高的应用与实践价值。本书可供自动驾驶、工业物联网和无人机等无人系统安全领域的各类工程师使用，同时适用于了解无人系统安全技术并致力于开发新产品的企业家或技术爱好者，还可以作为各大院校无人系统、自动驾驶等研究生课程的参考教材。

第1 章绪论 11.1 无人系统概论 11.1.1 无人系统发展历史. 11.1.2 无人系统定义 41.1.3 无人系统分类 41.1.4 无人系统应用领域. 71.2 无人系统协议与特性. 81.2.1 无线通信协议 81.2.2 无人系统典型特性. 91.3 无人系统典型应用 101.3.1 自动驾驶汽车 101.3.2 无人机. 111.3.3 无人水下艇. 121.3.4 智慧无人工厂 131.3.5 无人系统发展现状与演进 131.4 无人系统机遇、挑战与未来趋势 141.5 本章小结 161.6 习题. 16第2 章无人系统架构与关键技术. 182.1 无人系统架构 182.1.1 智能感知层. 192.1.2 自主决策层. 202.1.3 网络通信层. 202.1.4 应用服务层. 212.2 无人系统关键技术 212.2.1 多智能体协作 222.2.2 5G 通信网络 242.2.3 自动控制技术 252.2.4 人工智能技术 272.3 无人系统典型攻击形式 292.4 无人系统安全需求 312.5 本章小结 322.6 习题. 32第3 章无人系统感知安全 333.1 无人系统感知安全现状概述 333.2 传感器攻击及防御 353.2.1 激光雷达 353.2.2 雷达 363.2.3 摄像头. 363.2.4 定位系统 373.2.5 惯性测量单元 383.3 对抗性样本攻击及防御 383.3.1 对抗性样本攻击基本原理 383.3.2 对抗性样本攻击防御方法 423.3.3 无人系统中的对抗性样本攻击 443.4 投毒攻击及防御. 453.4.1 投毒攻击基本原理. 453.4.2 投毒攻击防御方法. 493.4.3 无人系统中的投毒攻击. 513.5 多源数据融合安全 523.5.1 数据融合方法 533.5.2 多源数据融合需求. 533.5.3 多源数据融合关键技术. 553.6 案例分析 563.6.1 背景简介 563.6.2 威胁模型和防御目标 583.6.3 方案总体设计 583.6.4 基于拉格朗日插值的安全聚合机制 603.7 本章小结 633.8 习题. 64VIII第4 章无人系统决策安全 654.1 无人系统决策安全现状概述 654.1.1 无人系统决策模式类型. 654.1.2 无人系统决策安全威胁. 674.1.3 无人系统决策安全挑战. 684.2 无人系统协同决策 694.2.1 基于博弈论的协同决策. 694.2.2 基于群体智能的协同决策 724.3 动态攻防对抗 744.3.1 无人协同系统多维攻击威胁. 744.3.2 面向无人协同系统感知层的防御. 774.3.3 面向无人协同系统网络层的防御. 784.3.4 面向无人协同系统应用层的防御. 804.4 决策可信性评估. 824.4.1 基于交互对象的信任 834.4.2 基于交互模式的信任 854.4.3 基于时间尺度的信任 894.4.4 信任更新中的时间衰减模型. 904.5 案例分析 914.5.1 背景简介 914.5.2 无人机模型. 924.5.3 基于蜜罐博弈的无人机协同防御模型. 934.5.4 不完全信息下最优多维契约设计问题求解. 954.6 本章小结 1004.7 习题. 101第5 章无人系统通信网络安全 1025.1 无人系统通信网络安全现状概述 1025.1.1 无人系统通信网络类型. 1025.1.2 通信网络安全威胁. 1045.1.3 通信网络安全挑战. 1045.2 安全认证与访问控制. 1055.2.1 安全认证与访问控制概述 1055.2.2 身份认证机制 1065.2.3 访问控制及其策略. 108IX5.3 物理层安全. 1115.3.1 物理层安全概述 1115.3.2 物理层通信典型攻击 1135.3.3 物理层安全预编码技术. 1145.3.4 物理层密钥技术 1165.3.5 物理层身份认证 1185.4 入侵检测 1195.4.1 入侵检测概述 1205.4.2 入侵检测方法 1215.4.3 入侵检测系统分类及典型系统 1235.5 本章小结 1265.6 习题. 127第6 章无人系统隐私保护 1286.1 无人系统隐私保护现状概述 1286.1.1 无人系统隐私类型. 1286.1.2 无人系统隐私保护需求. 1306.1.3 现有无人系统隐私保护方案. 1316.2 隐私推理攻击 1336.2.1 成员推理攻击 1336.2.2 数据重构攻击 1376.2.3 梯度推理攻击 1386.3 隐私计算技术 1426.3.1 同态加密 1426.3.2 安全多方计算 1456.3.3 差分隐私 1476.3.4 联邦学习 1486.3.5 可信计算 1516.4 本章小结 1536.5 习题. 153第7 章无人系统与新兴技术融合. 1547.1 无人系统与语义通信. 1547.1.1 语义通信模型 1557.1.2 语义通信赋能无人系统的支撑技术 1567.1.3 潜在安全威胁 157X7.2 无人系统与区块链 1597.2.1 区块链网络模型 1597.2.2 区块链赋能无人系统 1607.2.3 潜在安全威胁 1627.3 无人系统与数字孪生. 1637.3.1 数字孪生网络及其支撑技术. 1647.3.2 数字孪生网络通信模式. 1657.3.3 数字孪生网络的关键特性 1657.3.4 数字孪生赋能无人系统. 1677.3.5 潜在安全威胁 1687.4 无人系统与大模型 1697.4.1 大模型的发展脉络. 1707.4.2 大模型服务架构 1717.4.3 大模型的关键支撑技术. 1727.4.4 人工智能生成式内容的工作模式. 1737.4.5 大模型赋能无人系统 1737.4.6 潜在安全威胁 1747.5 本章小结 1787.6 习题. 178参考文献 180XI

【前言】 ?\chapter*{前\quad 言} ??% 摘要标题 ?%\newpage%\vspace*{2.5em}%%\hfill 到达当前行的右侧%\noindent %\begin{center}% \makebox[\textwidth][c]{\includegraphics[scale=1]{title_qy.pdf}} ?%\end{center}%\vspace*{4em} \pagenumbering{Roman} \thispagestyle{empty}%\markboth{前言}{前言} ?\myRO{dm_qy.jpg} ?\begin{tikzpicture}[remember picture,overlay]\node[anchor=north,inner sep=0pt,shift={(0cm,4cm)}] at (current page.north|_0,0cm) {\includegraphics[scale=1]{title_qy.pdf}};\end{tikzpicture} ?在科技飞速发展的当下，无人系统已经逐渐成为各行各业的中坚力量。从低空无人机到工业自动化生产线，从海面无人救援艇到电网巡检机器人，再到日常生活中的智能家居设备，无人系统的应用范围不断扩展，其对社会生产和生活方式的变革也日益显著。无人系统利用先进的传感器、无线通信技术、自动控制技术以及人工智能算法，能够在复杂环境下进行自主感知、智能决策和协同执行任务，支持构建高度自主化、智能化和协同化的网络，推动信息基础设施与物理基础设施的全面融合，最终形成统一的新型智能基础设施。从本质上看，无人系统是一种架构在物理世界与信息世界之上的新型信息物理融合系统，通过构建虚拟控制世界实现了物理世界与信息世界的无缝集成、数据互动、知识集成。 ?当前，无人系统作为我国新一代人工智能战略规划的重要组成部分，正逐步成为我国未来国防建设和社会经济发展的关键技术之一。随着无人系统在智能家居、交通物流、能源、城市基础设施、金融服务、安防、环保、农业等广阔领域的广泛应用，其安全性问题也日益凸显，其安全防护已成为保障国家安全、社会安全及人民生命财产安全的重要保障。无人系统的安全性涵盖了多个层面，从硬件设备的物理安全，到软件系统的漏洞防护，再到通信网络的协议安全，以及协同任务中的公平可信决策与用户隐私保护等。面对潜在的网络攻击、数据泄露、系统失效等风险，如何保障无人系统的安全性，构建安全可靠的无人系统成为亟待解决的问题。例如，无人驾驶汽车在行驶过程中如何确保行车安全；无人机在执行任务时如何防止被黑客攻击，确保其不会被恶意操控或干扰；智能家居设备如何保护用户隐私，避免个人信息被非法获取和滥用，确保家庭生活的安全与隐私不受侵害。又如，智能交通无人系统通过实时监控交通流量，缓解交通拥堵，提高交通效率；智能建筑系统通过无人设备对建筑环境进行监测和控制，提升建筑的智能化水平和能源利用效率。这些无人系统驱动的智慧城市基础设施面临着各类新型攻击的风险，导致建筑安全隐患、交通瘫痪等城市安全威胁。 ?本书面向无人系统与安全，系统讲授无人系统在智能感知、自主决策、网络通信，以及各类应用中的安全防护与隐私保护等核心技术。本书共分为7章。第1章主要介绍无人系统的基本概念、发展历程、典型特性、应用领域以及我国无人系统发展的机遇与挑战；第2章主要介绍无人系统的体系结构、关键技术、整体安全威胁与挑战及其安全需求；第3$\sim$6章分别从智能感知层、自主决策层、网络通信层、应用服务层深入介绍了无人系统面临的安全威胁、挑战以及防护措施，从感知安全、决策安全、通信安全、隐私保护4个维度深入探索了无人系统安全防护；第7章探索了无人系统与语义通信、区块链、数字孪生和大模型等新兴技术融合发展的机遇、挑战与对策。 ?本书适合作为高等院校网络空间安全、信息与通信工程、计算机科学、人工智能等学科专业的教材，也可作为研究机构和产业界从事无人系统及其安全研究的人员的参考书，还适合对无人系统安全感兴趣的各类读者阅读。 ?????%\vspace{3em}%\rightline{本书编写团队}%\rightline{2024年国庆假期}%\rightline{于清华园}%\markboth{前言}{前言} ?\myRO{dm_qy.jpg} ?\begin{tikzpicture}[remember picture,overlay]\node[anchor=north,inner sep=0pt,shift={(0cm,4cm)}] at (current page.north|_0,0cm) {\includegraphics[scale=1]{title_cb.pdf}};\end{tikzpicture} ?21世纪是信息时代，信息已成为社会发展的重要战略资源，社会的信息化已成为当今世界发展的潮流和核心，而信息安全在信息社会中将扮演极为重要的角色，它会直接关系到国家安全、企业经营和人们的日常生活。随着信息安全产业的快速发展，全球对信息安全人才的需求量不断增加，但我国目前信息安全人才极度匮乏，远远不能满足金融、商业、公安、军事和政府等部门的需求。要解决供需矛盾，必须加快信息安全人才的培养，以满足社会对信息安全人才的需求。为此， 继2001年批准在武汉大学开设信息安全本科专业之后，又批准了多所高等院校设立信息安全本科专业，而且许多高校和科研院所已设立了信息安全方向的具有硕士和博士学位授予权的学科点。 ?信息安全是计算机、通信、物理、数学等领域的交叉学科，对于这一新兴学科的培养模式和课程设置，各高校普遍缺乏经验，因此中国计算机学会教育专业委员会和清华大学出版社联合主办了;信息安全专业教育教学研讨会等一系列研讨活动，并成立了;高等院校信息安全专业系列教材编委会，由我国信息安全领域著名专家肖国镇教授担任编委会主任，指导;高等院校信息安全专业系列教材的编写工作。编委会本着研究先行的指导原则，认真研讨国内外高等院校信息安全专业的教学体系和课程设置，进行了大量具有前瞻性的研究工作，而且这种研究工作将随着我国信息安全专业的发展不断深入。系列教材的作者都是既在本专业领域有深厚的学术造诣，又在教学第一线有丰富的教学经验的学者、专家。 ?该系列教材是我国第一套专门针对信息安全专业的教材，其特点是: ?\circled{1}体系完整、结构合理、内容先进。 ?\circled{2}适应面广。能够满足信息安全、计算机、通信工程等相关专业对信息安全领域课程的教材要求。 ?\circled{3}立体配套。除主教材外，还配有多媒体电子教案、习题与实验指导等。 ?\circled{4}版本更新及时，紧跟科学技术的新发展。 ?在全力做好本版教材，满足学生用书的基础上，还经由专家的推荐和审定，遴选了一批国外信息安全领域优秀的教材加入系列教材中，以进一步满足大家对外版书的需求。;高等院校信息安全专业系列教材已于2006年年初正式列入普通高等教育;十一五国家级教材规划。 ?2007年6月， 高等学校信息安全类专业教学指导委员会成立大会暨第一次会议在北京胜利召开。本次会议由 高等学校信息安全类专业教学指导委员会主任单位北京工业大学和北京电子科技学院主办，清华大学出版社协办。 高等学校信息安全类专业教学指导委员会的成立对我国信息安全专业的发展起到重要的指导和推动作用。2006年， 给武汉大学下达了;信息安全专业指导性专业规范研制的教学科研项目。2007年起，该项目由 高等学校信息安全类专业教学指导委员会组织实施。在高教司和教指委的指导下，项目组团结一致，努力工作，克服困难，历时5年，制定出我国第一个信息安全专业指导性专业规范，于2012年年底通过经 高等教育司理工科教育处授权组织的专家组评审，并且已经得到武汉大学等许多高校的实际使用。2013年，新一届 高等学校信息安全专业教学指导委员会成立。经组织审查和研究决定，2014年，以 高等学校信息安全专业教学指导委员会的名义正式发布《高等学校信息安全专业指导性专业规范》（由清华大学出版社正式出版）。 ?2015年6月，国务院学位委员会、 出台增设;网络空间安全为一级学科的决定，将高校培养网络空间安全人才提到新的高度。2016年6月，中央网络安全和信息化领导小组办公室（下文简称;中央网信办）、国家发展和改革委员会、 、科学技术部、工业和信息化部及人力资源和社会保障部六大部门联合发布《关于加强网络安全学科建设和人才培养的意见》（中网办发文〔2016〕4号）。2019年6月， 高等学校网络空间安全专业教学指导委员会召开成立大会。为贯彻落实《关于加强网络安全学科建设和人才培养的意见》，进一步深化高等教育教学改革，促进网络安全学科专业建设和人才培养，促进网络空间安全相关核心课程和教材建设，在 高等学校网络空间安全专业教学指导委员会和中央网信办组织的;网络空间安全教材体系建设研究课题组的指导下，启动了;网络空间安全学科系列教材的工作，由 高等学校网络空间安全专业教学指导委员会秘书长封化民教授担任编委会主任。本丛书基于;高等院校信息安全专业系列教材坚实的工作基础和成果、阵容强大的编委会和优秀的作者队伍，目前已有多部图书获得中央网信办和 指导评选的;网络安全优秀教材奖，以及;普通高等教育本科国家级规划教材;普通高等教育精品教材;中国大学出版社图书奖等多个奖项。 ?;网络空间安全学科系列教材将根据《高等学校信息安全专业指导性专业规范》（及后续版本）和相关教材建设课题组的研究成果不断更新和扩展，进一步体现科学性、系统性和新颖性，及时反映教学改革和课程建设的新成果，并随着我国网络空间安全学科的发展不断完善，力争为我国网络空间安全相关学科专业的本科和研究生教材建设、学术出版与人才培养做出更大的贡献。 ?我们的E_mail地址是zhangm@tup.tsinghua.edu.cn，联系人:张民。 ?\vspace{1em}\rightline{\kaishu ;网络空间安全学科系列教材编委会} ?\cleardoublepage