Deep Reinforcement Learning for Securing Software-Defined Industrial Networks With Distributed Control Plane

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作者
Jiadai Wang,Jiajia Liu,Hongzhi Guo,Bomin Mao
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18 (6): 4275-4285 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tii.2021.3128581
摘要

The development of software-defined industrial networks (SDIN) promotes the programmability and customizability of the industrial networks and is suitable to cope with the challenges brought by new manufacturing modes. For building more scalable and reliable SDIN, a distributed control plane with multicontroller collaboration becomes a promising option. However, as the brain of SDIN, the security of the distributed control plane is rarely considered. In addition to suffering direct attacks, each controller is also subjected to attacks propagated by other controllers because of information sharing or management domain takeover, resulting in the spread of attacks in a wider range than a single controller. Therefore, in this article, we study attacks against SDIN with distributed control plane, demonstrate their propagation across multiple controllers, and analyze their impacts. To the best of our knowledge, we are the first to study the security of SDIN with distributed control plane. In addition, since the existing defense mechanisms are not specifically designed for distributed SDIN and cannot defend it perfectly, we propose an attack mitigation scheme based on deep reinforcement learning to adaptively prevent the spread of attacks. Specifically, the novelty of our scheme lies in its ability of learning from the environment and flexibly adjusting the switch takeover decisions to isolate the attack source, so as to tolerate attacks and enhance the resilience of SDIN.
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