具有预测功能的时间同步系统及其安全监控方法与装置与流程

1.本发明涉及光纤时间同步技术领域，尤其涉及一种具有预测功能的时间同步系统及其安全监控方法与装置。


背景技术：

2.时间是信息感知、传输和处理的基础。通过观测得到准确的时间信息后，将时间信息通过某种手段传递给用户使用，这种系统被称为时间同步系统。在电力、交通、通信等行业具有广泛的应用。现有的时间同步系统包括微波授时、卫星授时、光纤授时等方案。
3.时间同步如果受到干扰或攻击，会严重影响相关设备的正常运行，甚至可能对国民经济带来非常大的影响。其中，延时攻击是时间同步系统面临的最大威胁，因为其直接影响时间同步系统的核心指标。
4.对于延时攻击，如果攻击延时的幅度较大，则时间同步系统可基于阈值进行攻击判断，通常可以很快发现攻击。为了增加攻击的隐秘性，攻击者可以采用逐步增加延时的渐进攻击方法，使得常规的基于阈值的攻击判断方法需要很长时间才能发现此类攻击，造成时间同步系统存在安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明针对时间同步系统存在的渐进式延时攻击威胁，提出一种具有预测功能的时间同步系统及其安全监控方法与装置，可对潜在的攻击进行预测，能更快地发现潜在攻击，并进行预警，提高时间同步系统的安全性。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种具有预测功能的时间同步系统，包括主时钟、从时钟和安全监控装置，所述主时钟用于提供时间参考并通过信道传递给所述从时钟，所述从时钟根据所述主时钟传递过来的时间参考数据进行本地时钟的更新，所述安全监控装置根据所述主时钟传递的时间参考数据和所述从时钟的时间测量数据及历史值对可能的攻击进行监控；
8.所述安全监控装置包括：
9.数据采集单元，用于与从时钟连接，进行时间数据的采集；
10.数据存储单元，用于存储所述数据采集单元已采集的时间数据作为历史数据；
11.模型参数更新单元，用于根据所述数据存储单元已存储的历史数据以及所述数据采集单元传送的当前时间数据进行模型参数的更新；
12.预测单元，用于根据所述模型参数更新单元传递过来的最新模型对监控参数进行预测；
13.状态判断单元，用于判断在未来某个时刻监控参数是否大于阈值，若大于则判断为信道存在攻击。
14.进一步地，假设监控参数满足参数方程则根据时间数据序列能够回归计算出相应的模型参数{a
i
}。
15.进一步地，假设参数方程是一个对历史数据的线性方程令：
[0016][0017][0018]
a＝[a0，a1，...，a
n
]
t
[0019]
其中，ii＝[1，1，...，1]，
[0020]
则可以计算出模型参数为：
[0021][0022]
一种安全监控装置，包括：
[0023]
数据采集单元，用于与从时钟连接，进行时间数据的采集，所述从时钟通过信道获取主时钟传递过来的时间参考数据；
[0024]
数据存储单元，用于存储所述数据采集单元已采集的时间数据作为历史数据；
[0025]
模型参数更新单元，用于根据所述数据存储单元已存储的历史数据以及所述数据采集单元传送的当前时间数据进行模型参数的更新；
[0026]
预测单元，用于根据所述模型参数更新单元传递过来的最新模型对监控参数进行预测；
[0027]
状态判断单元，用于判断在未来某个时刻监控参数是否大于阈值，若大于则判断为信道存在攻击。
[0028]
进一步地，假设监控参数满足参数方程则根据时间数据序列能够回归计算出相应的模型参数{a
i
}。
[0029]
进一步地，假设参数方程是一个对历史数据的线性方程令：
[0030][0031][0032]
a＝[a0，a1，...，a
n
]
t
[0033]
其中，ii＝[1，1，...，1]，
[0034]
则可以计算出模型参数为：
[0035][0036]
一种安全监控方法，包括以下步骤：
[0037]
s1.采集并存储时间数据，所述时间数据包括主时钟传递的时间参考数据和从时钟的时间测量数据及历史值；
[0038]
s2.根据已采集并存储的时间数据进行模型参数的更新；
[0039]
s3.根据已更新的模型对监控参数进行预测，若在未来某个时刻监控参数是大于
阈值，则判断为信道存在攻击。
[0040]
进一步地，假设监控参数满足参数方程则根据时间数据序列能够回归计算出相应的模型参数{a
i
}。
[0041]
进一步地，假设参数方程是一个对历史数据的线性方程令：
[0042][0043][0044]
a＝[a0，a1，...，a
n
]
t
[0045]
其中，ii＝[1，1，...，1]，
[0046]
则可以计算出模型参数为：
[0047][0048]
本发明的有益效果在于：
[0049]
本发明对时间同步系统进行了安全监控参数建模，根据历史数据回归出模型参数，根据回归后的模型对监控参数进行预测，因此，可以更快地发现潜在的攻击，有效提高光纤时间同步系统的安全性。
附图说明
[0050]
图1是本发明实施例1的具有预测功能的时间同步系统示意图。
[0051]
图2是本发明实施例1和2的安全监控装置示意图。
具体实施方式
[0052]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
实施例1
[0054]
本实施例提供了一种具有预测功能的时间同步系统，如图1所示，包括主时钟、从时钟和安全监控装置，主时钟用于提供时间参考并通过信道传递给从时钟，从时钟根据主时钟传递过来的时间参考数据进行本地时钟的更新，安全监控装置根据主时钟传递的时间参考数据和从时钟的时间测量数据及历史值对可能的攻击进行监控。
[0055]
如图2所示，安全监控装置包括数据采集单元、数据存储单元、模型参数更新单元、预测单元和状态判断单元，其中数据采集单元用于与从时钟连接，进行时间数据的采集；数据存储单元用于存储数据采集单元已采集的时间数据作为历史数据；模型参数更新单元用于根据数据存储单元已存储的历史数据以及数据采集单元传送的当前时间数据进行模型参数的更新；预测单元用于根据模型参数更新单元传递过来的最新模型对监控参数进行预
测；状态判断单元用于判断在未来某个时刻监控参数是否大于阈值，若大于则判断为信道存在攻击。
[0056]
不失一般性，假设参数方程是一个对历史数据的线性方程令；
[0057][0058][0059]
a＝[a0，a1，...，a
n
]
t
[0060]
其中，ii＝[1，1，...，1]，
[0061]
则可以计算出模型参数为：
[0062][0063]
不失一般性，假设未来10秒以内监控参数的预测值超过阈值，则进行攻击安全预警。
[0064]
假设当前为第i秒，则可根据以上的线性方程，逐次计算出计算如下：
[0065][0066][0067]
…
[0068][0069]
在这10个数值中，假设从第k个开始，就超过安全预警阈值，则判断存在攻击。
[0070]
实施例2
[0071]
本实施例提供了一种安全监控装置，如图2所示，包括数据采集单元、数据存储单元、模型参数更新单元、预测单元和状态判断单元，数据采集单元用于与从时钟连接，进行时间数据的采集，其中从时钟通过信道获取主时钟传递过来的时间参考数据；数据存储单元用于存储数据采集单元已采集的时间数据作为历史数据；模型参数更新单元用于根据数据存储单元已存储的历史数据以及数据采集单元传送的当前时间数据进行模型参数的更新；预测单元用于根据模型参数更新单元传递过来的最新模型对监控参数进行预测；状态判断单元用于判断在未来某个时刻监控参数是否大于阈值，若大于则判断为信道存在攻击。
[0072]
不失一般性，假设参数方程是一个对历史数据的线性方程令：
[0073][0074][0075]
a＝[a0，a1，...，a
n
]
t
[0076]
其中，ii＝[1，1，...，1]，
[0077]
则可以计算出模型参数为：
[0078][0079]
不失一般性，假设未来10秒以内监控参数的预测值超过阈值，则进行攻击安全预警。
[0080]
假设当前为第i秒，则可根据以上的线性方程，逐次计算出计算如下：
[0081][0082][0083]
…
[0084][0085]
在这10个数值中，假设从第k个开始，就超过安全预警阈值，则判断存在攻击。
[0086]
实施例3
[0087]
本实施例提供了一种安全监控方法，包括以下步骤：
[0088]
s1.采集并存储时间数据，该时间数据包括主时钟传递的时间参考数据和从时钟的时间测量数据及历史值；
[0089]
s2.根据已采集并存储的时间数据进行模型参数的更新；
[0090]
s3.根据已更新的模型对监控参数进行预测，若在未来某个时刻监控参数是大于阈值，则判断为信道存在攻击。
[0091]
不失一般性，假设参数方程是一个对历史数据的线性方程令：
[0092][0093][0094]
a＝[a0，a1，...，a
n
]
t
[0095]
其中，ii＝[1，1，...，1]，
[0096]
则可以计算出模型参数为：
[0097][0098]
不失一般性，假设未来10秒以内监控参数的预测值超过阈值，则进行攻击安全预警。
[0099]
假设当前为第i秒，则可根据以上的线性方程，逐次计算出计算如下：
[0100]
[0101][0102]
…
[0103][0104]
在这10个数值中，假设从第k个开始，就超过安全预警阈值，则判断存在攻击。
[0105]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。