The Innovation | 智能无人集群威胁将至，如何防御和对抗？

导 读

智能无人集群是指无人机、无人车、无人船等多种无人设备组成的系统。通过自主化、智能化协同的策略来完成复杂的任务，在工业、农业、交通等多个领域有广泛的应用前景。然而，恶意使用智能无人集群将会给机场、电力等关键基础设施造成严重损害。因此，如何防御和对抗智能无人集群成为当前重要的研究方向。本文对相关技术的现状和面临的挑战进行了详细的阐述和展望，并提供了一系列新的研究思路。

图1 图文摘要

在今年热映的中国科幻电影《流浪地球2》中，守卫太空电梯的“掠夺者”无人机遭黑客入侵被恶意操控，对太空电梯基地发起了集群攻击，并与有人战斗机、防空系统展开了激烈空战。该情节在呈现未来科技的同时，也引起人们对于未来科技的思考：智能无人集群带来的威胁，我们应如何防御和对抗？

图2 被恶意操控的无人机集群展开集群攻击（图片出自《流浪地球2》）

智能无人集群可通过感知交互和信息传递，自主化、智能化的完成复杂任务，为工业、农业、交通等多领域带来经济效益。但与此同时，无人机/集群的不当或恶意使用也会给机场、电力设施等关键基础设施造成严重损害，例如：

• 2017年4月，成都双流国际机场共计遭遇4架“黑飞”无人机干扰，导致58个航班备降，4架飞机返航，超1万旅客出行受阻被滞留机场。

• 2021年，琼中黎族苗族自治县长征农场，发生无人机撞上周边的高压电线事故，引发供电线路故障跳闸，造成236户用户停电，其中包括通讯信号发射塔。

• 2022年底，俄罗斯3座重要机场接连遭到无人机袭击，个别机场甚至停放着高价值的战略轰炸机和空中加油机。

在电影中针对恶意无人集群的防御和对抗，可以看到使用大量近程防空武器向无人机集群密集开火的画面，但攻击效费比并不高。虽然电影中最终通过重新夺取无人机控制权解决了无人集群攻击危机，但现实中在不掌握无人机系统代码的情况下，夺取无人机控制权是相当困难的。

智能无人集群具备复杂环境感知与理解能力、自主决策和协同控制等能力，给防御和对抗带来了极大挑战。传统的无人集群防御和对抗方法，包括物理对抗和信息对抗。如图1所示，物理对抗主要通过物理碰撞、射击和网捕等方式，以直接摧毁个体或部分群体为目的。信息对抗主要通过信息干扰、截获和篡改等方式，以干扰或破坏无人集群通信为目的。这些传统的无人集群防御和对抗方法，在面对自主化、智能化无人集群时仍存在很多局限性，无法达到理想的预期效果。

认知对抗是一种全新的对抗方法。智能无人集群的自主感知、理解判断和决策控制能力通常是基于智能算法实现的。因此，认知对抗通过伪装伪造、意图欺骗、释放迷惑性数据和行为对抗等方式，使智能算法效率降低甚至失效，破坏恶意智能无人集群的认知形成过程，达到防御和对抗的目的。根据智能无人集群的认知形成过程，认知对抗可以从感知、理解判断、决策和控制四大方面展开。然而，针对智能无人集群的认知对抗仍面临较多难点和挑战。例如，智能无人集群的多角度、多模态协同感知能力，给构造有效的感知对抗样本带来了极大的挑战；意图伪装的关键是估计群体行为，而群体信息的不完整将会影响群体意图理解判断能力和对抗效果。因此，认知对抗是未来智能无人集群防御和对抗的重点。

总结与展望

针对恶意智能无人集群的防御和对抗已成为迫切需求。传统的物理对抗和信息对抗方法对自主化、智能化无人集群无法达到理想的防御和对抗效果。以认知对抗为主导的智能无人集群防御和对抗技术，通过破坏恶意智能无人集群的认知形成过程，为智能无人集群的防御和对抗提供了新思路。

责任编辑

赵伟东    北京理工大学

孙林锋    北京理工大学

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(23)00024-3

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第四卷第二期以Perspective发表的“How to prevent malicious use of intelligent unmanned swarms?” (投稿: 2022-12-13；接收: 2023-02-14；在线刊出: 2023-02-16)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100396

引用格式：Wang Q., Li T., Xu Y., et al. (2023). How to prevent malicious use of intelligent unmanned swarms? The Innovation. 4(2),100396.

作者简介

王 琪，博士生导师，中国科学院计算技术研究所副研究员。长期专注于群体智能网络协同、强实时智能无线网络等方向的研究工作，在INFOCOM、IEEE Transactions、Ad hoc networks等高水平国际会议和期刊上发表论文30余篇，受国之重器出版工程资助出版《智联网》一部。担任CCF物联网专委会执行委员、CICC青委会委员、International Journal of Intelligent Networks期刊副主编。2022年获中国指控学会科技进步奖一等奖。

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The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球50个国家；已被116个国家作者引用；每期1/4-1/3通讯作者来自海外。目前有195位编委会成员，来自21个国家；50%编委来自海外；包含1位诺贝尔奖获得者，33位各国院士；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI等数据库收录。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。

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