智能电网中稀疏恶意虚假数据注入攻击及防御机制

本文讨论了智能电网中广域测量和监测系统的恶意虚假数据注入攻击。首先，开发了两种典型场景下构建稀疏隐蔽攻击的方法：1) 随机攻击，其中任意测量值可能受到影响；2) 定向攻击，其中特定状态变量被修改。已经证明，如果被妥协的测量值数量超过某个值，隐蔽攻击总是可能存在。本文发现，通过仅修改比该值小得多的测量值，可以实现随机不可检测的攻击。众所周知，通过使某个测量值子集免受攻击，可以保护系统免受恶意攻击。随后提出了一种高效的贪心搜索算法，快速找到这个需保护的测量值子集，以防御隐蔽攻击。结果表明，此贪心算法的性能几乎与暴力方法相同，但没有组合复杂度。此外，讨论了一种鲁棒的攻击检测方法。该检测方法基于鲁棒主成分分析问题，通过引入逐元素约束进行设计。该方法被证明能够识别真实测量值以及攻击，即使仅收集到部分观察数据。模拟实验基于IEEE测试系统进行。