用CPS來測(cè)試無人汽車 美聯(lián)邦加速研究智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

　　物聯(lián)網(wǎng)將技術(shù)帶到了現(xiàn)實(shí)世界，物體和各種場(chǎng)所被安裝上傳感器，以收集數(shù)據(jù)用于分析。但是那些已經(jīng)內(nèi)置有傳感器和計(jì)算能力的物理系統(tǒng)呢?

　　這些系統(tǒng)被稱為信息物理系統(tǒng)(CPS)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)將其定義為“基于并依賴計(jì)算算法和物理組件的無縫集成的工程系統(tǒng)”。NSF在一個(gè)CPS研究資助議案中表示，隨著CPS的發(fā)展，“它們的能力、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性、彈性、安全性、保密性和可用性將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過今天簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)。”

　　NSF和其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)看到了CPS在革新多個(gè)行業(yè)方面的巨大價(jià)值和潛力，但這些系統(tǒng)也引起了對(duì)安全的擔(dān)憂。這是因?yàn)樵S多開發(fā)人員在設(shè)計(jì)CPS時(shí)并未考慮網(wǎng)絡(luò)安全問題，我們必須要給它們或它們的未來版本加上安全保護(hù)。

　　什么是CPS？

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所將CPS定義為“物理和計(jì)算組件的交互網(wǎng)絡(luò)”。

　　美國(guó)國(guó)土安全部(DHS)科學(xué)技術(shù)局在其網(wǎng)站上指出，汽車、醫(yī)療設(shè)備、建筑控制和智能電網(wǎng)系統(tǒng)就屬于CPS。

　　“每一個(gè)CPS都含有多個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)帶有嵌入式傳感器、處理器和執(zhí)行器，能感知物理世界并與之交互，能支持那些對(duì)安全來說至關(guān)重要的應(yīng)用的實(shí)時(shí)性能。”DHS說。

　　政府看到了CPS的巨大潛力。“新的智能CPS將推動(dòng)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)、能源、交通運(yùn)輸、建筑設(shè)計(jì)和自動(dòng)化、醫(yī)療和制造等領(lǐng)域里的創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)。”NSF在上述議案中表示。

　　DHS指出，CPS能防止汽車發(fā)生前端碰撞，或者能讓醫(yī)療設(shè)備實(shí)時(shí)適應(yīng)周圍的環(huán)境。“在當(dāng)今創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)中，CPS是競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)來源，為DHS提供了巨大的機(jī)會(huì)。”

　　大家在推進(jìn)CPS技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展，同時(shí)，NSF對(duì)貫穿與CPS相關(guān)的一系列應(yīng)用領(lǐng)域(這些領(lǐng)域的數(shù)量在不斷增加)的基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行了探索，但還有更多工作要做。“與此同時(shí)，對(duì)在這些領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新的需求在不斷增長(zhǎng)，這種需求也在推動(dòng)對(duì)加速基礎(chǔ)研究的需求。”NSF表示。

　　聯(lián)邦機(jī)構(gòu)如何使用CPS

　　幾個(gè)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)正在使用或已經(jīng)嘗試過CPS。至少早在2012年，NASA的阿姆斯研究中心就開始探索CPS。

　　2012年，該研究中心在其網(wǎng)站發(fā)布了一篇文章稱，他們構(gòu)建的“CPS建模和分析”(CPSMA)新方案將聚焦于CPS的推進(jìn)力、自主性和生命支持(包括關(guān)鍵產(chǎn)品和應(yīng)用、技術(shù)方法、機(jī)械裝置和設(shè)備在內(nèi))。

　　該計(jì)劃的關(guān)鍵要素是阿姆斯研究中心在“生物技術(shù)、合成生物學(xué)、基于物理和數(shù)據(jù)的建模、預(yù)測(cè)和系統(tǒng)健康管理以及超級(jí)計(jì)算”方面的獨(dú)特能力。

　　據(jù)GCN報(bào)告，國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA，國(guó)防部的研究機(jī)構(gòu))正在使用CPS來測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車。DARPA希望通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，其Assured Autonomy項(xiàng)目中的無人系統(tǒng)能隨著時(shí)間的推移變得更安全和智能。

　　CPS帶來的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)

　　像NSF一樣，DHS正在資助CPS方面的研究。但是，正如DHS所承認(rèn)的那樣，CPS和物聯(lián)網(wǎng)“會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)和攻擊面”。這給尋求在其機(jī)構(gòu)中部署CPS的首席信息官和首席信息安全官帶來了挑戰(zhàn)。

　　“意外故障或惡意攻擊產(chǎn)生的后果可能會(huì)嚴(yán)重影響人的生命和環(huán)境，”DHS說， “我們需要共同努力，去積極地加強(qiáng)CPS和物聯(lián)網(wǎng)的安全性和可靠性。”

　　DHS說，跟大家對(duì)許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的處理一樣，大家往往不會(huì)在一開始就考慮CPS的安全性，私營(yíng)部門是被功能需求和快速發(fā)展的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)著的。DHS表示，從一開始就給CPS加上安全保護(hù)有很重大的意義。“現(xiàn)在部署的許多設(shè)備有幾十年的使用壽命，所以目前的設(shè)計(jì)選擇將在未來幾十年里影響運(yùn)輸、醫(yī)療、建筑控制、應(yīng)急響應(yīng)、能源和其他領(lǐng)域，”阿姆斯研究中心首席信息官Jerry Davis在聯(lián)邦新聞電臺(tái)的一次采訪中表達(dá)了跟DHS一樣的觀點(diǎn)。“最初設(shè)計(jì)時(shí)，開發(fā)人員并未考慮安全因素，” Davis如此說CPS，“開發(fā)它們是為了追求功能，以及實(shí)時(shí)處理和在某些物理過程中提供驅(qū)動(dòng)的能力。現(xiàn)在我們才逐漸認(rèn)識(shí)到，對(duì)于保持良好的秩序和維持關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行而言，安全絕對(duì)是最重要的。”

　　Davis說，這不僅給航空和運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域里的安全帶來了挑戰(zhàn)，也給更廣泛的物理系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)，因?yàn)?ldquo;當(dāng)你把一個(gè)缺乏抗攻擊能力的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)或一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，它會(huì)變得越來越糟糕。”

　　Davis認(rèn)為，首席信息官和首席信息安全官?zèng)]有充分準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)CPS帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　“CPS包含一定程度的商品化IT，但是除此之外，它的專業(yè)化程度非常高，”他對(duì)聯(lián)邦新聞電臺(tái)說，“所以，為CPS設(shè)計(jì)安全方案所需的技能與我們今天擁有的技能是非常不同的。”

　　編譯：鄧桂華。本文來自smithsonianmag