Industrial control systems (ICS) form the operational backbone of critical infrastructure networks (CIN) such as power grids, water supply systems, and gas pipelines. As cyber threats to these systems escalate, regulatory agencies are imposing stricter compliance requirements to ensure system-wide security and reliability. A central challenge, however, is enabling regulators to verify the effectiveness of detection mechanisms without requiring utilities to disclose sensitive operational data. In this paper, we introduce zkSTAR, a cyberattack detection framework that leverages zk-SNARKs to reconcile these requirements and enable provable detection guarantees while preserving data confidentiality. Our approach builds on established residual-based statistical hypothesis testing methods applied to state-space detection models. Specifically, we design a two-pronged zk-SNARK architecture that enforces temporal consistency of the state-space dynamics and statistical consistency of the detection tests, allowing regulators to temporally verify alarm correctness without visibility into utility-level data. We formally analyze the soundness and zero knowledge properties of our framework and validate its practical feasibility through computational experiments on real-world ICS datasets. As a result, our work demonstrates a scalable, privacy-preserving alternative for regulatory compliance for ICS driven critical infrastructure networks.


翻译:工业控制系统(ICS)构成了关键基础设施网络(CIN)——如电网、供水系统和天然气管道——的运营核心。随着针对这些系统的网络威胁日益加剧,监管机构正在实施更严格的合规要求,以确保系统整体的安全性和可靠性。然而,一个核心挑战在于使监管机构能够验证检测机制的有效性,同时无需公用事业公司披露敏感的运营数据。本文提出了zkSTAR,这是一种网络攻击检测框架,它利用zk-SNARKs来协调这些需求,在保护数据机密性的同时提供可证明的检测保证。我们的方法建立在已建立的基于残差的统计假设检验方法之上,并将其应用于状态空间检测模型。具体而言,我们设计了一种双管齐下的zk-SNARK架构,该架构强制实施状态空间动态的时间一致性以及检测测试的统计一致性,从而使监管机构能够在时间上验证警报的正确性,而无需访问公用事业级别的数据。我们正式分析了该框架的可靠性和零知识属性,并通过在真实世界ICS数据集上的计算实验验证了其实际可行性。因此,我们的工作为ICS驱动的关键基础设施网络展示了一种可扩展、保护隐私的监管合规替代方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
Arxiv
11+阅读 · 2018年7月31日
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员