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MIT新式多机器人系统安全技能 可维护自动驾驶轿车和无人机等免受

2018-08-04 14:08

  MIT新式多机器人系统安全技能 可维护自动驾驶轿车和无人机等免受通讯进犯

  自主机器人的散布式规划、通讯和操控算法是计算机科学方面的一个首要的研讨范畴。可是在关于多机器人体系(multirobot system)的文献中,安全性却相对遭到了冷遇。在最新一期的 Autonomous Robots 期刊中,麻省理工学院计算机科学与人工智能试验室(CSAIL)的研讨员和他们的搭档提出了一种新的技能,能够避免歹意黑客攻入机器人团队的通讯网络。该技能能够在加密通讯的体系中供给附加的安全层或许在加密不行完成的情况下供给一个替代挑选。本文由机器之心编译自 MIT 官网新闻介绍,文末附带了对该研讨论文的摘要介绍,论文原文可点击文末「阅览原文」查阅。

  「机器人社区侧重于开发自主科学(science of autonomy)使多机器人体系完成自动化或取得更大的才能。在某种意义上,咱们对体系等级的问题做得还不够多,比方网络安全和隐私」,Daniela Rus(MIT 电气工程和计算机科学的 Andrew Erna Viterbi 教授,而且是这篇新论文的榜首作者)说道。

  

包含麻省理工学院教授 Daniela Rus(左)和研讨科学家 Stephanie Gil(右)在内的研讨者开发了一种避免歹意黑客攻入机器人团队的通讯网络的技能。为了验证理论猜测,研讨员运用了散布式 WiFi 发射器和一个自动直升机完成了他们的体系。

 

  「可是当咱们在实践运用中布置多机器人体系时,咱们的体系会遇到当时计算机体系面对的一切的问题,」她弥补说。「假如你接管了一个计算机体系,你能够使其揭露私家数据——你还能够做许多其他的坏事。对机器人的网络进犯既能经过计算机体系的缝隙进行,也能运用物理国际的破坏性动作来完成。所以在某种意义上,咱们应该更急迫地考虑这个问题。」

  身份盗用

  大多数多机器人体系的规划算法依赖于某种投票程序(voting procedure)来断定其举动道路。每个机器人依据其有限的、部分的调查提出主张,然后聚合主张以发生终究的决议。

  黑客侵入多机器人体系的一种天然的办法是在网络上冒充很多的机器人而且施加满意的假投票来影响团体决议,这是一种被称为「spoofing」的技能。这些研讨者的新体系剖析了这种共同的办法——其间机器人经过无线传输与环境交互,而且每一个机器人都被分配了自己的无线电「指纹」。假如体系检测出了来自同一个发射器的多个投票,则将其视为诈骗并疏忽。

  Rus 的散布式机器人试验室(Distributed Robotics Lab)的研讨科学家和和新论文的合作者 Stephanie Gil 说:「有两种办法对其进行考虑。在某些情况下,加密技能难以以去中心化的方式完成。或许你仅仅没有能够对其进行维护的中心密钥授权,而且你的署理需求不断地进出网络,这使得密钥传递计划的完成的难度会大得多。在这种情况下,咱们依然能够供给维护。

  「假如你能够完成加密计划,那么假如其间一个带有密钥的署理被破解,咱们依旧能够经过减轻乃至量化对手能够带来的最大损伤来供给维护。」

  坚守阵地

  在他们的论文中,研讨者考虑了一种被称为「掩盖(coverage)」的问题,其间机器人定位自己以在地舆区域上散布其效劳——通讯衔接、监控等。在这种情况下,每个机器人的「投票」仅仅是其方位的陈述,其他机器人运用它来断定自己的方位。

  本文包含了一个理论剖析,该剖析比较了正常情况下的常用的掩盖算法的成果和当新体系自动阻挠诈骗进犯(spoofing attack)时发生的成果。即便体系中的 75 % 的机器人现已被这种进犯侵略,机器人的方位也是在其应该在的方位的 3 厘米之内。为了验证该理论猜测,这些研讨者运用了散布式 WiFi 发射器和一个自主直升机完成了他们的体系。

  Rus 说:「这能天然地推广到掩盖(coverage)以外的其他类型的算法。」

  

Rus 说:「对机器人的网络进犯既能经过计算机体系的缝隙进行,也能运用物理国际的破坏性动作来完成。所以在某种意义上,咱们应该更急迫地考虑这个问题。」

 

  新体系源自一个前期项目,该项目触及 Rus、Gil、Dina Katabi(MIT 的另一位电气工程和计算机科学的 Andrew Erna Viterbi 教授)和 Swarun Kumar(他在 MIT 取得硕士和博士学位,然后加入了卡内基梅隆大学)。该项目试图用 WiFi 信号断定发射器的方位并修正 ad hoc 通讯网络。在这篇新论文中,麻省理工林肯试验室(Lincoln Laboratory)的 Mark Mazumder 也加入了这四位研讨员。

  一般,依据无线电的方位断定需求接纳天线的阵列。证监会官员助上市公司涨股价 中信证券四高管被查,在空中的无线电信号抵达不同的天线时会有细微的时刻差,使得信号的相位会有所不同,即电磁波的波峰和波谷的方位有所差异。依据该相位信息,能够断定信号抵达的方向。

  空间 vs. 时刻

  可是,一排天线关于自主直升机来说真实过分粗笨了,底子不能带着飞。MIT 的这些研讨者发现了一种只用两根天线进行精断定位丈量的办法——这两根天线的距离大约为 8 英寸。这些天线必须在空间中移动以模仿多个天线的丈量。自主机器人简单满意这样的要求。例如,新论文中的试验陈述中,自主直升机悬浮在恰当方位并环绕其轴线旋转以进行丈量。

  当 WiFi 发射器播送信号时,其间一些信号直接向接纳器行进,可是其间的大部分都被环境中的障碍物反弹,从不同的方向抵达接纳器。关于方位的断定,这是一个问题,可是关于无线电指纹来讲,这是一个优势:从不同方向抵达的信号的不同能量能给每个发射器一个共同的标识。

  可是在接纳器的丈量中依然存在一些差错,所以研讨员的新体系不能彻底疏忽可能的诈骗性传输。所以该体系会依据对同一来历的信号的断定度来成份额地挑选信赖程度。新论文的理论剖析标明,关于一系列关于丈量含糊的合理假定,体系将阻挠诈骗进犯,而不会过度赏罚刚好具有相似指纹的有用传输。

  新加坡国立大学计算机科学教授 David Hsu 说:「这项作业具有重要意义,别的还有许多同类型的体系都在发展中——联网的自动驾驶轿车、亚马逊送货无人机等等。安全性将是这样的体系的一个首要问题,乃至超出了今日的联网计算机。这是一个创造性的解决计划,彻底脱离了传统的防护机制。」

  论文:确保抗诈骗的多机器人网络(Guaranteeing spoof-resilient multi-robot networks)

  

多机器人体系运用无线通讯来供给空中监控和无人快递等广泛的效劳。可是,多个机器人之间有用的协作需求信赖,这使得它们特别简单遭到网络进犯。具体来说,这种网络能够被 Sybil 进犯严重破坏,其间乃至一个单个的歹意机器人也能诈骗伪装成很多虚伪的客户端。本论文提出了一种新的防护 Sybil 进犯的解决计划,且无需高本钱的密钥分发。咱们的中心奉献是一种在商用 WiFi 无线电上完成的新算法,其能够运用无线信号的物理性质来「感知(sense)」诈骗者。咱们在一些规模广泛的多机器人体系问题上推导了该算法对 Sybil 进犯的影响的约束效果的理论确保,这些问题包含方位掩盖(locational coverage)和无人快递。咱们运用一组 AscTec 四旋翼 server 和 iRobot Create 地上客户端试验性地验证了咱们的声明,并体现出了超越 96% 的诈骗者检出率。