An Observer-Based Key Agreement Scheme for Remotely Controlled Mobile Robots

要約

遠隔操作のモバイル ロボットは、サイバー フィジカル システム (CPS) の重要な例です。
最近、これらのロボットは多くの安全上重要なアプリケーションに導入されています。
したがって、サイバーセキュリティを確保することが最も重要です。
このようなシステムを高度なサイバー攻撃から保護するために提案されているさまざまな制御方式では、スマート アクチュエータとリモート コントローラーの間で秘密のメッセージを交換する必要があります。
したがって、これらのスキームには、事前共有の秘密鍵、または鍵の合意を可能にする確立された公開鍵基盤 (PKI) が必要です。
このような暗号化アプローチは、そのような遠隔移動ロボットの展開環境に常に適しているとは限りません。
この問題に対処するために、この論文では、従来の暗号技術に頼ることなく、遠隔制御されるロボットとネットワーク化されたコントローラーの間で秘密鍵を確立するための制御理論的アプローチを検討します。
私たちの鍵合意スキームは、非線形の未知の入力オブザーバーとエラー訂正コードメカニズムを活用して、ロボットがリモートコントローラーと秘密鍵について安全に合意できるようにします。
提案されたスキームを検証するために、Khepera-IV 差動駆動ロボットを使用してそれを実装し、その効率とそれによって得られる追加の制御コストを評価します。
実験結果は、提案された鍵確立方式の有効性を確認しています。

要約(オリジナル)

Remotely controlled mobile robots are important examples of Cyber-Physical Systems (CPSs). Recently, these robots are being deployed in many safety critical applications. Therefore, ensuring their cyber-security is of paramount importance. Different control schemes that have been proposed to secure such systems against sophisticated cyber-attacks require the exchange of secret messages between their smart actuators and the remote controller. Thus, these schemes require pre-shared secret keys, or an established Public Key Infrastructure (PKI) that allows for key agreement. Such cryptographic approaches might not always be suitable for the deployment environments of such remotely mobile robots. To address this problem, in this paper, we consider a control theoretic approach for establishing a secret key between the remotely controlled robot and the networked controller without resorting to traditional cryptographic techniques. Our key agreement scheme leverages a nonlinear unknown input observer and an error correction code mechanism to allow the robot to securely agree on a secret key with its remote controller. To validate the proposed scheme, we implement it using a Khepera-IV differential drive robot and evaluate its efficiency and the additional control cost acquired by it. Our experimental results confirm the effectiveness of the proposed key establishment scheme.

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