مروری بر روش‌ های کنترل رمزنگاری شده برای حفظ حریم خصوصی در سیستم‌ های سایبرفیزیکی

بهره‌گیری از مفاهیم رایانش ابری و محاسبات توزیع ‌یافته، مزایای متنوعی نظیر عملکرد بهتر، امکان برون‌سپاری محاسبات پیچیده و مقیاس‌پذیری سریع را در بسیاری از سیستم‌های کنترل شبکه‌ای مانند شبکه‌های هوشمند انرژی، ساختمان‌های هوشمند، حمل و نقل هوشمند و ... ایجاد کرده است. از طرف دیگر، خطر افشا شدن اطلاعات مهم، دست‌کاری شدن آن‌ها توسط عوامل خارجی و کاهش اعتماد عمومی به روش‌های کنترل غیرمتمرکز و توزیع‌یافته که در آن‌ عامل‌ها ممکن است به دلایل مختلف مایل به اشتراک‌گذاری اطلاعات نباشند، از مهم‌ترین چالش‌های موجود در کنترل سیستم‌های سایبرفیزیکی است. این مقاله به مرور روش‌های کنترل رمزنگاری شده، که با حفظ حریم خصوصی به برخی از این چالش‌ها پاسخ می‌دهند، می‌پردازد. در این روش‌ها، محاسبات مورد نیاز به طور مستقیم بر روی سیگنال‌های رمزنگاری شده انجام می‌شود و نیازی به باز کردن رمز و در معرض خطر قرار دادن اطلاعات مهم وجود ندارد. این کار امکان دسترسی حمله‌کننده‌ها به اطلاعات حیاتی سیستم کنترلی را بسیار محدود می‌کند و از آن‌جایی که برای طراحی حملات پیچیده‌تر عموماً به اطلاعات به دست آمده از سیستم نیاز است، حفظ خصوصی بودن سیگنال‌ها در تمام حلقه‌ی کنترل احتمال طرح حمله‌های سایبری پیچیده‌تر را نیز به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد. از این رو در این مقاله، رمزنگاری هم‌ریختی و محاسبات چندجانبه‌ای امن به عنوان پایه‌های حفظ حریم خصوصی و ایجاد روش‌های کنترلی امن معرفی شده و روش‌های کنترل و بهینه‌سازی توسعه یافته بر مبنای آن‌ها مرور می‌شوند. کاستی‌ها و چالش‌های روش‌های موجود بحث شده و مسیر آینده‌ی تحقیقات در این رویکرد نوظهور در مهندسی کنترل ترسیم می‌شود.

a review of privacy preserving encrypted control for cyber-physical systems

utilizing cloud computing and distributed computing has led to various advantages like enhanced performance, enabling outsourcing of complex computations, and higher scalability in a vast range of network control systems such as smart energy networks, smart buildings, and intelligent transportation. however, confidentiality breaches and manipulation of sensitive and private information, as well as lack of public trust in cloud-based decentralized and distributed approaches where agents are reluctant to share their information due to privacy concerns are among the emerging challenges in control of cyber-physical systems. this paper reviews the privacy-preserving encrypted control methods that address some of these challenges. in encrypted control methods, all the required computations are performed directly on the encrypted data, and thus, no intermediate decryption of private data is needed. in this way, the access of adversaries to the crucial information of the control system will be very restricted. since implementing a complex cyberattack usually requires an in-depth knowledge of the system’s data, protecting the privacy of the system’s signals in the entire control loop considerably reduces the possibility of more complex cyberattacks. therefore, in this paper, homomorphic encryption and secure multi-party computation methods are introduced as the basis for preserving the privacy of data and designing secure control approaches. then, various control and optimization methods are reviewed. shortcomings and challenges of existing results are discussed and the roadmap to further research in this emerging topic in control engineering is drawn.