論文の概要: Modeling the Interdependent Coupling of Safety and Security for Connected and Automated Vehicles: A Copula-Based Integrated Risk Analysis Approach

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.14748v1
• Date: Sat, 13 Dec 2025 06:29:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-18 17:06:26.713056
• Title: Modeling the Interdependent Coupling of Safety and Security for Connected and Automated Vehicles: A Copula-Based Integrated Risk Analysis Approach
• Title（参考訳）: 連系・自動車両の安全と安全の相互結合のモデル化:コピュラに基づく統合的リスク分析アプローチ
• Authors: Xingyu Li, Qi Liu, Yufeng Li,
• Abstract要約: 安全と安全は、接続された自動車両の信頼性の高い運用に不可欠である。 本稿では,コプラを用いた共同安全性解析手法を提案し,その結合効果を定量的に評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.108422953679963
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Safety and security are critical to the reliable operation of connected and automated vehicles (CAVs). While existing research has identified correlations between the two domains, a theoretical framework to analyze their interaction mechanisms and guide co-design remains lacking. To address this gap, this paper proposes a copula-based joint safety-security analysis method to quantify their coupling effects. First, we formulate time-varying cyberattacks using dynamic risk functions derived from survival analysis, while modeling random hardware failures with the Weibull distribution, as per the automotive industry standard ISO 26262. Second, to capture the dependence between functional safety failures and cyber threats, we introduce a joint failure model based on copula theory, employing both elliptical (e.g., Gaussian) and Archimedean (e.g., Frank) copula families to construct a system-level failure function. Furthermore, we provide formal theoretical analysis of the dependence structure in the safety-security coupling, yielding three key insights: (1) a monotonic relationship between joint failure probability and dependence parameters, (2) the mechanisms of defensive response mechanisms (such as patch deployment) in mitigating joint failures, and (3) quantifying the dynamic coupling strength between safety and security under dependence structures. Through comprehensive simulations, we evaluate the sensitivity of the joint failure behavior to three critical factors: copula dependence parameters, security patch deployment timing, and Weibull distribution parameters. Our dynamic failure model further illustrates how cyberattacks affect safety failures and, conversely, how functional faults affect security failures under dependencies structures. This study provides a quantifiable theoretical foundation for the co-design of safety and security in CAVs.
• Abstract（参考訳）: 安全と安全は、コネクテッド・アンド・オートマチック・ビークル(CAV)の信頼性の高い運用に不可欠である。 既存の研究では2つのドメイン間の相関関係が特定されているが、相互作用メカニズムを解析し、共同設計を導く理論的な枠組みはいまだに欠如している。 このギャップを解消するために,コプラを用いた共同安全性解析手法を提案し,その結合効果を定量的に評価する。 まず,ワイブル分布を用いたランダムなハードウェア故障を自動車業界標準ISO 26262でモデル化しながら,生存分析から生じる動的リスク関数を用いて時間変動サイバー攻撃を定式化する。 第2に、機能的安全性障害とサイバー脅威の依存関係を捉えるために、楕円型(例:ガウス的)とアルキメデス的(例:フランク的)の両方を用いて、システムレベルの障害関数を構築する、コプラ理論に基づく共同故障モデルを導入する。 さらに, 安全・安全結合における依存構造に関する公式な理論的解析を行い, 1) 共同故障確率と依存パラメータの単調な関係, (2) 共同故障の緩和における防御応答機構(パッチ配置など)のメカニズム, (3) 依存構造下での安全とセキュリティの動的結合強度の定量化という3つの重要な知見を得た。 包括的シミュレーションにより,コプラ依存パラメータ,セキュリティパッチ配置タイミング,ワイブル分布パラメータの3つの重要な要因に対して,共同故障行動の感度を評価する。 我々の動的障害モデルは、サイバー攻撃が安全障害にどのように影響するか、また逆に、機能障害が依存構造の下でのセキュリティ障害にどのように影響するかを示す。 この研究は、CAVの安全性と安全性の共設計のための定量的理論基盤を提供する。

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