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专利号: 2018115546810
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SVM的虚假数据注入攻击的分类方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1,特征数据的提取:使用UDP/IP协议通讯,采集网络化倒立摆系统在正常状态下运行的特征数据,所述特征数据包括小车的位移、速度,摆杆的角度以及角速度,定义该四个数据量为一组特征向量;

步骤2,虚假数据的定义:从所述特征数据中抽取部分,定义所注入的虚假信息数据为其中e(t)为均值为0,方差为1的高斯白噪声;y是正常运行下的特征数据;ε,μ为自定义的常数;定义该组为虚假攻击产生的数据集,并且在每组篡改的特征向量前附上false_label为-1的标签;

步骤3,训练集与测试集的获取:在其余采集数据的每组特征向量前附上label为1的标签,并定义为正常的数据集;与步骤2中的数据整合,记为训练集train_data_inst,标签为label和false_label的组合,记为train_data_label,定义每组特征向量与其标签的组合为一个样本,记数据集为m*n的矩阵,m表示样本总个数,n表示样本的特征维数,重新获取设备正常运行的数据,随机抽取部分,作为测试集标签为1的样本集合M;随机抽取等量的另一部分数据,更改公式(1)中的ε,μ取值,注入虚假数据,作为测试标签为-1的样本集合N,整合样本,获得测试集test_data_inst及其标签test_data_label;

步骤4,通过训练得到模型:为区分虚假数据与正常数据,引入支持向量机,即SVM,通过对训练集数据的训练获取模型;

步骤5,计算分类准确率:测试集数据经过模型的预测后,得到预测的标签,将预测标签与测试集标签进行判别,提取正确分类的标签数,将其与标签总数比较,求得分类的准确率,即:其中,Accuracy为准确率,Right_Predict为正确分类的标签数,testdata_num为标签总数。

2.如权利要求1所述的一种基于SVM的虚假数据注入攻击的分类方法,其特征在于:所述步骤4中,SVM的运算过程为:

4.1)数据集为m*n的矩阵,记xi为第i组特征向量,yi为第i组特征向量的标签,且yi∈{-

1,1};最终目标是求取一个超平面,将实验数据分类;

令超平面为:ωT·x+b=0,其中ω为法向量;b为截距;

SVM原始优化问题为:

其中C为惩罚参数,ξi为松弛变量;

构建拉格朗日函数,转化为对偶问题:

其中,αi为引入的拉格朗日算子; 为核函数, 为从n维空间到另一维度空间的映射,根据实验需求选择合适的核函数;

4.2)根据关系式:

求出ω,得到决策函数:

其中,sign为取计算结果的正负符号,最终所得的g(x)为预测的标签。

3.如权利要求1或2所述的一种基于SVM的虚假数据注入攻击的分类方法,其特征在于:所述步骤1中,所述倒立摆系统采用基于爱克曼公式的状态反馈控制方法:假设系统是状态完全能控的,给定的闭环极点为η1,η2,η3,...,ηm,利用线性状态反馈控制器u=-Kx,得闭环系统状态方程为其中,A,B为已知的常数矩阵,K为所求的状态反馈矩阵,x为系统状态矩阵;

令 根据极点配置要求,K需满足

其中,η为 对应的特征值,b为计算中所得的常数项;

由凯莱-哈密尔顿定理可知,需满足如下特征方程:

将公式(9)推广到m阶的单输入系统,得

K=[0 0 ... 0 1][B AB .... Am-1 B]-1φ(A)    (10)其中,φ(η)是期望的闭环特征多项式。