論文の概要: Dynamical low-rank equilibrium computation for stochastic games between advanced persistent threats and moving target defense
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.06885v2
- Date: Wed, 07 Oct 2026 09:00:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-11 16:33:44.535389
- Title: Dynamical low-rank equilibrium computation for stochastic games between advanced persistent threats and moving target defense
- Title(参考訳): 先進的永続脅威と移動目標防御の間の確率ゲームに対する動的低ランク平衡計算
- Abstract要約: フルランク価値の反復は産業規模では高価であり、その結果の防衛戦略は敵の摂動に対する確実な堅牢性を認めない。
そこで我々はDLR-NEという動的低ランクハッシュ平衡アルゴリズムを提案する。このアルゴリズムは各反復ごとにランク-r探索空間を拡大し、コア行列スペクトルを正規化し、トランキャットされたSVDを用いてリトラクションし、誤差を5つの物理的解釈可能なソースに分解した近傍に幾何的に収束することを示す。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Moving target defense (MTD) against advanced persistent threats (APTs) in industrial control systems (ICS) has well-established game-theoretic formulations, but their practical value hinges on equilibrium computation, which faces two gaps: full-rank value iteration is prohibitively expensive at industrial scale, and the resulting defense strategies admit no certified robustness against adversarial perturbations. We first reveal that the attack and defense influence matrices of ICS dynamics are intrinsically low-rank: APTs infiltrate through a handful of entry points and MTD reconfigures only a few components per cycle. Our theory makes four contributions. First, an augmented gradient matrix certifies that the low-rank structure propagates through the non-smooth Bellman operator of the zero-sum stochastic game, so that every Bellman target lies near a low-dimensional subspace and low-rank truncation incurs an explicit error bound (Lemma 1, Theorem 1). Second, we propose the Dynamical Low-Rank Nash Equilibrium algorithm, named DLR-NE, which augments the rank-r search space each iteration, regularizes the core matrix spectrum, and retracts via truncated SVD, and prove that it converges geometrically to a neighborhood whose error decomposes into five physically interpretable sources (Theorem 2). Third, its per-step cost is O(nr^2), a Theta(n/r^2) speedup over full-rank value iteration (Theorem 3). Fourth, a single weight trades accuracy against a certified sensitivity bound of the induced defense strategy under core-matrix perturbations (Corollary 1). Six experiments on a nonlinear power-system testbed confirm each prediction, with 94% parameter compression at 2.3% utility loss. All experimental data and code are publicly available.
- Abstract(参考訳): 産業制御システム(ICS)における先進的永続的脅威(APT)に対する移動目標防衛(MTD)は、ゲーム理論の定式化が確立されているが、それらの実用的価値は均衡計算に左右される。
我々はまず,ICS力学の攻撃・防御影響行列が本質的に低ランクであることを明らかにする。
私たちの理論は4つの貢献をする。
まず、拡張勾配行列は、低ランク構造がゼロサム確率ゲームの非滑らかなベルマン作用素を通して伝播することを証明し、すべてのベルマン対象が低次元部分空間の近くにあり、低ランクのトランケーションが明示的な誤差境界(Lemma 1 Theorem 1)を生じさせる。
第二にDLR-NEという動的低ランクハッシュ平衡アルゴリズムを提案する。これは各反復ごとにランク-r探索空間を拡大し、コア行列スペクトルを正則化し、トラッピングされたSVDによって引き起こし、誤差が5つの物理的解釈可能なソースに分解された近傍に幾何的に収束することを証明している(Theorem 2)。
第3に、そのステップ当たりのコストは、フルランク値の反復に対する Theta(n/r^2) のスピードアップである O(nr^2) である(Theorem 3)。
第4に、シングルウェイトは、コア・マトリクス摂動下での誘導防御戦略の認定感度境界に対して精度を交換する(第1巻)。
非線形パワーシステムテストベッドに関する6つの実験では、各予測が確認され、94%のパラメータ圧縮が2.3%の実用損失で達成された。
すべての実験データとコードは公開されています。
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