本網(wǎng)訊（通訊員 朱麗娜）近日，電氣信息學(xué)院教師劉皓研究成果被自動(dòng)控制領(lǐng)域國際Top期刊《IEEE Transactions on Automatic Control》錄用。該期刊是IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)的旗艦匯刊，創(chuàng)刊于1956年，致力于發(fā)表系統(tǒng)與控制領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面的高水平論文，被公認(rèn)為國際控制與自動(dòng)化領(lǐng)域的頂級(jí)期刊之一，同時(shí)也是中科院Top期刊，是衡量各高校系統(tǒng)與控制領(lǐng)域?qū)W術(shù)水準(zhǔn)的標(biāo)志性期刊。
傳統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)通常假設(shè)數(shù)據(jù)中心是可信的，所有傳感器數(shù)據(jù)以明文形式匯總。但在網(wǎng)絡(luò)攻擊日益頻繁、數(shù)據(jù)隱私法規(guī)（如GDPR）日趨嚴(yán)格的今天，這個(gè)假設(shè)不再成立。此外，現(xiàn)代關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施（如電網(wǎng)）是國家級(jí)的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)目標(biāo)，而傳統(tǒng)的安全防護(hù)（防火墻、入侵檢測(cè)）是“外圍防御”，一旦被突破，內(nèi)部明文數(shù)據(jù)將暴露無遺，使得國家安全受到嚴(yán)重威脅。因此，如何解決信息物理系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的安全問題備受學(xué)術(shù)界的關(guān)注。
本研究工作將“數(shù)據(jù)機(jī)密性”提升到與狀態(tài)估計(jì)同等重要的設(shè)計(jì)起點(diǎn)，將隱私保護(hù)作為狀態(tài)估計(jì)的“第一原則”而非事后補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)安全與隱私的協(xié)同設(shè)計(jì)。本工作針對(duì)含有未知但有界噪聲的信息物理系統(tǒng)，提出了加密集員估計(jì)理論框架，該理論框架允許通過公共網(wǎng)絡(luò)將隱私敏感數(shù)據(jù)的狀態(tài)估計(jì)外包至第三方平臺(tái)。為了防止關(guān)鍵信息被竊取泄密，采用Paillier加密方案對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全加密，并分析量化誤差產(chǎn)生的影響。在假設(shè)兩個(gè)云平臺(tái)不存在共謀的前提下，設(shè)計(jì)了基于(2,2)-門限秘密共享加密方案以降低計(jì)算負(fù)擔(dān)、提高計(jì)算效率，并進(jìn)一步證明了其安全性。通過仿真驗(yàn)證，該加密方案能夠?qū)崿F(xiàn)10-6秒級(jí)的計(jì)算速度，遠(yuǎn)低于同態(tài)加密的運(yùn)行時(shí)間（10-3秒級(jí)）。
本研究將密碼學(xué)引入狀態(tài)估計(jì)，本質(zhì)上是在不暴露原始數(shù)據(jù)的前提下，依然能夠計(jì)算出準(zhǔn)確的狀態(tài)。該問題的解決實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)可用不可見”，其核心價(jià)值是解決隱私與功能的根本矛盾，提升了系統(tǒng)的抗攻擊能力，將安全防護(hù)的邊界從“系統(tǒng)邊界”推進(jìn)到了“數(shù)據(jù)本身”，使得在不可信的環(huán)境下（如云平臺(tái)、敵對(duì)網(wǎng)絡(luò)）建立可信的監(jiān)控系統(tǒng)成為可能。本研究成果可廣泛應(yīng)用于智能交通與車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與智能制造等的關(guān)鍵領(lǐng)域。
圖1 基于(2,2)-門限秘密共享的加密集員估計(jì)結(jié)構(gòu)
圖2 考慮量化和固定點(diǎn)算法的估計(jì)結(jié)果
論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11373847
論文信息：Liu Hao, Huang Zixin, Xu Shengyuan, Niu Ben, Wei Zi-Ang. Encrypted zonotopic set-based estimation for cyber-physical systems, IEEE Transactions on Automatic Control, 2026, DOI: 10.1109/TAC.2026.3662529.
（審稿：謝春暉 田斌）
