Report
Метод выявления вредоносных роботов на основе данных процесса коллективного принятия решений в роевых робототехнических системах
| Title: | Метод выявления вредоносных роботов на основе данных процесса коллективного принятия решений в роевых робототехнических системах |
|---|---|
| Publisher Information: | Системы управления, связи и безопасности, 2022. |
| Publication Year: | 2022 |
| Subject Terms: | технология распределенного реестра, вредоносный робот, information security, коллективное принятие решений, информационная безопасность, достижение консенсуса, swarm robotics, Byzantine robot, distributed ledger technology, роевая робототехническая система, collective decision-making, consensus achievement |
| Description: | Постановка задачи: Критическая значимость механизмов коллективного поведения для функционирования роевых робототехнических систем актуализирует вопросы выявления роботов с неисправным или вредоносным поведением, заключающимся в навязывании нецелесообразных альтернатив во время достижения консенсуса при коллективном принятии решений. Известные подходы обеспечения информационной безопасности зачастую не учитывают специфические особенности реализации роевых систем, таких, как коллективное принятие решений и используют физические параметры в качестве критериев выявления вредоносных роботов. Кроме того, большинство исследований рассматривает наличие вредоносных роботов только со стратегией поведения, заключающейся в голосовании против большинства при достижении консенсуса. Целью работы: является повышение уровня информационной безопасности роевых робототехнических систем в процессе коллективного принятия решения в условиях наличия роботов с неисправным или вредоносным поведением за счет их выявления на основе данных цепочки принятия решения. Повышение уровня информационной безопасности осуществляется на основе увеличения вероятности достижения консенсуса роевой робототехнической системой относительно наилучшей альтернативы. Предлагается использовать подход, основанный на применении распределенного реестра и анализа отклонений в цепочке процесса коллективного принятия решения. Использование данного подхода позволит выявлять вредоносное воздействие со стороны роботов с неисправным или вредоносным поведением вне зависимости от условий функционирования и аппаратной реализации роевой робототехнической системы. Используемые методы: решение задачи выявления вредоносных роботов в роевых робототехнических системах базируется на применении критерия степени уверенности робота в выборе альтернативы при достижении консенсуса в процессе коллективного принятия решений. Решение этой задачи основано на гипотезе о том, что распределение степени уверенности вредоносного робота в виду особенностей протекания процесса коллективного принятия решений при использовании вредоносной стратегии значительно отличается от аналогичного распределения в корректно функционирующих роботах. Новизна: к элементам новизны предлагаемого решения относятся: 1) использование критерия степени уверенности для обеспечения информационной безопасности коллективного принятия решения; 2) возможность учета различных стратегий поведения вредоносных роботов. Использование предлагаемого решения позволяет повысить эффективность процесса коллективного принятия решений в роевых робототехнических системах при наличии вредоносных роботов. Проведенное имитационное моделирование для роевых робототехнических систем, состоящих из 20 роботов, при наличии роботов с неисправным или вредоносным поведением в количестве, не превышающем 45% от общего числа роботов в системе, продемонстрировало прирост вероятности принятия наилучшего решения относительно метода-аналога в среднем на 20%. Предложенная модификация метода, не учитывающего проблемы информационной безопасности процесса коллективного принятия решений, позволила повысить вероятность принятия наилучшего решения при наличии вредоносных роботов с координированной стратегией поведения на 57%, с оппозиционной стратегией поведения на 12%, со случайной стратегией поведения на 19%. Практическая значимость: представленное решение можно реализовать в виде программного обеспечения для роевых робототехнических систем, что позволит обеспечить увеличение вероятности достижения консенсуса относительно наилучшей альтернативы в процессе коллективного принятия решения в условиях наличия роботов с неисправным или вредоносным поведением. Problem Statement: The critical importance of collective behavior mechanisms for the functioning of swarm robotics systems updates the issues of identifying Byzantine robots with faulty or malicious behavior, which consists in imposing inappropriate alternatives during consensus-building in collective decision-making. Known information security approaches often leave out the particulars of the implementation of swarm systems, such as collective decision-making, and use physical parameters as criteria for detecting Byzantine robots. Moreover, most studies consider the presence of malicious robots only with a behavior strategy of voting against a majority after consensus was reached. The purpose of the work is to increase the level of information security of swarm robotics systems, which consists in increasing the probability of reaching consensus of swarm robotics systems about the best alternative in the process of collective decision-making in the presence of Byzantine robots by identifying them based on the data of the decision chain without using additional features that depend on the conditions of operation and hardware implementation. It is proposed to use an approach based on Distributed Ledger Technology and analysis of variances in the collective decision-making process chain. Using this approach will allow detecting malicious effects from Byzantine robots, regardless of the operating conditions and hardware implementation of the swarm robotic system. Methods used: solving the problem of detecting malicious robots in swarm robotics systems is based on the application of the robot confidence criteria in selecting an option when consensus is reached in the process of collective decision-making in swarm robotics systems. The solution is based on the hypothesis that the distribution of confidence of the Byzantine robot due to the peculiarities of the process of collective decision making when using a malicious strategy differs significantly from the same distribution in correctly functioning robots. Novelty: Elements of novelty of the presented decision include: 1) using the confidence criterion to ensure information security of collective decision-making; 2) possibility to take into account various strategies for the behavior of Byzantine robots. Using the presented solution allows you to increase the efficiency of achieving consensus with a swarm robotic system in the presence of Byzantine robots. The simulation conducted for a swarm robotic system consisting of 20 robots, in the presence of Byzantine robots in an amount not exceeding 45% of the total number of robots in the system, showed an increase in the probability of making the best decision regarding the analogue method by an average of 20%. Compared to the prototype method, the proposed modification made it possible to increase the probability of making the best decision in the presence of Byzantine robots with a coordinated behavior strategy by 57%, with an oppositional behavior strategy by 12%, with a random behavior strategy by 19%. Practical significance: the presented solution can be implemented in the software for swarm robotics systems, which will allow increasing the likelihood of reaching consensus with the swarm robotics system about the best alternative in the collective decision-making process in the presence of robots with faulty or malicious behavior. |
| Document Type: | Research |
| DOI: | 10.24412/2410-9916-2022-3-105-137 |
| Rights: | CC BY |
| Accession Number: | edsair.doi...........4121ceb4c6d1c7e92251d2c5a7cd6c78 |
| Database: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.24412/2410-9916-2022-3-105-137 |
|---|