用CPS來測試無人汽車 美聯邦加速研究智能網絡系統

　　物聯網將技術帶到了現實世界，物體和各種場所被安裝上傳感器，以收集數據用于分析。但是那些已經內置有傳感器和計算能力的物理系統呢?

　　這些系統被稱為信息物理系統(CPS)，美國國家科學基金會(NSF)將其定義為“基于并依賴計算算法和物理組件的無縫集成的工程系統”。NSF在一個CPS研究資助議案中表示，隨著CPS的發展，“它們的能力、適應性、可擴展性、彈性、安全性、保密性和可用性將遠遠超過今天簡單的嵌入式系統。”

　　NSF和其他聯邦機構看到了CPS在革新多個行業方面的巨大價值和潛力，但這些系統也引起了對安全的擔憂。這是因為許多開發人員在設計CPS時并未考慮網絡安全問題，我們必須要給它們或它們的未來版本加上安全保護。

　　什么是CPS？

　　國家標準與技術研究所將CPS定義為“物理和計算組件的交互網絡”。

　　美國國土安全部(DHS)科學技術局在其網站上指出，汽車、醫療設備、建筑控制和智能電網系統就屬于CPS。

　　“每一個CPS都含有多個智能網絡系統。這些系統帶有嵌入式傳感器、處理器和執行器，能感知物理世界并與之交互，能支持那些對安全來說至關重要的應用的實時性能。”DHS說。

　　政府看到了CPS的巨大潛力。“新的智能CPS將推動和促進農業、能源、交通運輸、建筑設計和自動化、醫療和制造等領域里的創新和競爭。”NSF在上述議案中表示。

　　DHS指出，CPS能防止汽車發生前端碰撞，或者能讓醫療設備實時適應周圍的環境。“在當今創新經濟中，CPS是競爭優勢的一個來源，為DHS提供了巨大的機會。”

　　大家在推進CPS技術方面取得了重大進展，同時，NSF對貫穿與CPS相關的一系列應用領域(這些領域的數量在不斷增加)的基礎技術進行了探索，但還有更多工作要做。“與此同時，對在這些領域進行創新的需求在不斷增長，這種需求也在推動對加速基礎研究的需求。”NSF表示。

　　聯邦機構如何使用CPS

　　幾個聯邦機構正在使用或已經嘗試過CPS。至少早在2012年，NASA的阿姆斯研究中心就開始探索CPS。

　　2012年，該研究中心在其網站發布了一篇文章稱，他們構建的“CPS建模和分析”(CPSMA)新方案將聚焦于CPS的推進力、自主性和生命支持(包括關鍵產品和應用、技術方法、機械裝置和設備在內)。

　　該計劃的關鍵要素是阿姆斯研究中心在“生物技術、合成生物學、基于物理和數據的建模、預測和系統健康管理以及超級計算”方面的獨特能力。

　　據GCN報告，國防高級研究計劃局(DARPA，國防部的研究機構)正在使用CPS來測試自動駕駛汽車。DARPA希望通過使用機器學習技術，其Assured Autonomy項目中的無人系統能隨著時間的推移變得更安全和智能。

　　CPS帶來的網絡安全挑戰

　　像NSF一樣，DHS正在資助CPS方面的研究。但是，正如DHS所承認的那樣，CPS和物聯網“會增加網絡安全風險和攻擊面”。這給尋求在其機構中部署CPS的首席信息官和首席信息安全官帶來了挑戰。

　　“意外故障或惡意攻擊產生的后果可能會嚴重影響人的生命和環境，”DHS說， “我們需要共同努力，去積極地加強CPS和物聯網的安全性和可靠性。”

　　DHS說，跟大家對許多物聯網設備的處理一樣，大家往往不會在一開始就考慮CPS的安全性，私營部門是被功能需求和快速發展的市場驅動著的。DHS表示，從一開始就給CPS加上安全保護有很重大的意義。“現在部署的許多設備有幾十年的使用壽命，所以目前的設計選擇將在未來幾十年里影響運輸、醫療、建筑控制、應急響應、能源和其他領域，”阿姆斯研究中心首席信息官Jerry Davis在聯邦新聞電臺的一次采訪中表達了跟DHS一樣的觀點。“最初設計時，開發人員并未考慮安全因素，” Davis如此說CPS，“開發它們是為了追求功能，以及實時處理和在某些物理過程中提供驅動的能力�，F在我們才逐漸認識到，對于保持良好的秩序和維持關鍵基礎設施的運行而言，安全絕對是最重要的。”

　　Davis說，這不僅給航空和運輸等領域里的安全帶來了挑戰，也給更廣泛的物理系統帶來了挑戰，因為“當你把一個缺乏抗攻擊能力的設備連接到互聯網或一個物理網絡中時，它會變得越來越糟糕。”

　　Davis認為，首席信息官和首席信息安全官沒有充分準備好應對CPS帶來的安全風險。

　　“CPS包含一定程度的商品化IT，但是除此之外，它的專業化程度非常高，”他對聯邦新聞電臺說，“所以，為CPS設計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