Joint Differential Game and Double Deep Q-Networks for Suppressing Malware Spread in Industrial Internet of Things

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作者
Shigen Shen,Lanlan Xie,Yanchun Zhang,Guowen Wu,Hong Zhang,Shui Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Information Forensics and Security [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18: 5302-5315 被引量:52
标识
DOI:10.1109/tifs.2023.3307956
摘要

Industrial Internet of Things (IIoT), which has the capability of perception, monitoring, communication and decision–making, has already exposed more security problems that are easy to be invaded by malware because of many simple edge devices that help smart factories, smart cities and smart homes. In this paper, a two–layer malware spread–patch model IIPV is proposed based on a hybrid patches distribution method according to the simple edge equipments and limited central computer resources of IIoT. The spread process of malware in IIoT was deeply analyzed using differential game and a differential game model was established. Then optimization theory was further used to solve the optimization problem extracted by introducing subjective effort parameters to obtain the optimal control strategies of devices for malware and patches. In addition, we combined the deep reinforcement learning algorithm into the model IIPV to design a new algorithm DDQN – PV suitable for suppressing the spread of malware in IIoT during the experiments. Finally, the effectiveness of model IIPV and algorithm DDQN – PV are verified by numerous comparative experiments.
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