内容简介

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。

编辑推荐

本书为教育部战略性新兴领域“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。

目录

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

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

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

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