面向區塊鏈環境下信息物理融合系統的風險評估

趙丹丹 闞哲 高一飛 韓建民 彭浩

摘? ?要：信息物理融合系統（Cyber-Physics Fusion System，CPS）架構逐漸成為工業互聯網建構的重要途徑，對未來的智聯網建設也具有重要的研究價值。由于在區塊鏈環境下，CPS呈現高度分布式、異構耦合等特點，如何對耦合CPS面臨的級聯失效等風險進行有效地評估變得至關重要。文章首先對耦合CPS進行了建模，并給出了該系統模式下級聯失效過程的理論分析;在此基礎上，基于仿真實驗對比分析，給出影響耦合CPS風險的主要因素及分析;最后，文章探討了區塊鏈環境下CPS的風險挑戰和下一步研究工作的延伸方向。

關鍵詞：信息物理融合系統;級聯失效過程;風險評估;區塊鏈

Abstract： The CPS system architecture has gradually become an essential way for the construction of the Industrial Internet and has important research value for future intelligent networking construction. Due to the highly distributed and heterogeneous coupling characteristics of the CPS system under the blockchain en-vironment， how to effectively evaluate the risks such as cascading failures of coupled CPS becomes critical. This paper first models the coupled CPS system and gives a theoretical analysis of the cascading failure process under this system mode. Based on this， based on the comparative analysis of simulation experiments， the primary factors and analysis of the risks affecting the coupled CPS system are given; finally， this article explores the risks and challenges of the CPS system in the blockchain environment and the direction of future research work.

Key words： cyber-physics fusion system; cascading failures process; risk assessment; blockchain

1 引言

信息物理融合系統（Cyber-Physical Fusion Systems，CPS）[1，2]是工業互聯網的核心架構，它是一個綜合計算、網絡和物理環境的多維復雜系統，實現了大型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務。隨著CPS的廣泛普及與縱深發展，基于區塊鏈技術的CPS[3，4]，越來越多的應用到工業互聯網應用中。與傳統的計算模式不同，基于區塊鏈技術的CPS具有一定的安全屬性和安全保障[5]。在區塊鏈環境下，CPS各個子系統之間要通過有線或無線的通信方式相互協調工作[7]，但是由于區塊鏈環境下CPS具有異構融合、高分布式等新特點[6，7]，因而具有潛在的級聯失效風險[8，9]。現有的CPS風險分析，主要圍繞單個CPS的可靠性問題[10～12]進行研究，缺乏面向區塊鏈環境的異構耦合CPS的安全性分析。本文通過對現有的區塊鏈環境下的耦合CPS進行建模分析，探討了區塊鏈環境下CPS的級聯失效機理，并基于仿真實驗分析了CPS失效風險的主要影響因素。……