纵深防御执行层

三篇系列:Paper-01 语义覆盖 SEC=1 →·Paper-02 Brain-LLM 微调 →·Paper-03纵深防御执行层(本篇)安全链:P(unsafe) ≤ H·(1−R_L2)·(1−R_L3)
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Defense-in-Depth Execution Layer — 在 Paper-01/02 的语义覆盖与 Brain-LLM 路由之外,引入三层纵深防御执行架构,将自然语言执行误差链的最终一关”物理执行监控”闭合,首次实现 FPR=0%(σ2.0Nm\sigma \leq 2.0\,\mathrm{N{\cdot}m})的正式验证。


摘要

在高安全要求的输电线路作业场景中,即使语义路由已经正确(Paper-01/02 验证),执行层仍面临三类残留风险:规程合规失效(任务指令在规程外)、语义路由错误(危险对混淆)、和物理执行偏差(力矩/位移超限)。

本文提出三层纵深防御执行架构,将三类风险分别在 L1(领域规则守卫)、L2(正交化词汇语义路由)、L3(STL 执行监控)三层独立拦截。

核心理论贡献跨域正交化原理(Cross-Domain Orthogonalization Principle):通过纳入来自”安装”任务域的相位标签(Phase Labels),人为扩大危险对 (R07,R09)(R_{07}, R_{09}) 的嵌入距离,从 d=0.1225d=0.1225VdampV_\mathrm{damp} v1.0)提升至 d=0.1889d=0.1889(v2.0),增幅 +54%,从根本上消除布里丹之驴困境(两个语义等距但目的相反的路由选项)。

L3 层 STL-101/102 执行监控在 680 次参数化仿真(噪声扫描 + 时刻扫描 + 位置偏移)中验证:FPR=0%(σ2.0Nm\sigma \leq 2.0\,\mathrm{N{\cdot}m},规格噪声 4 倍),S2/S3 错误执行场景拦截率 100%(tact=25st_\mathrm{act}=25\,\mathrm{s})。


关键数字速查

+54%
安全间距扩大
d(R07,R09): 0.1225→0.1889
FPR=0%
STL-101 误触发率
σ≤2.0 N·m(4× 规格噪声)
680 次
参数化仿真
三维扫描:噪声×时刻×位移
100%
S2/S3 拦截率
t_act=25s,全部噪声级别

四点核心贡献

C1 · 跨域正交化原理
Cross-Domain Orthogonalization Principle
通过纳入来自”安装”任务域的相位标签(Phase Labels:P2-Remove / P3-Install),在不增加词汇表规模的前提下,将危险对语义距离提升 +54%,消除布里丹之驴困境。该原理与使用的 LLM 模型无关(迁移性实验验证)。
C2 · 三层纵深防御架构
L1/L2/L3 独立可验证防御层
L1 基于规程词汇表的领域规则守卫;L2 基于正交化词汇 VdampV_\mathrm{damp} 的语义路由加二门检测;L3 基于 STL-101/102 形式化时序逻辑的物理执行监控。三层各自独立形式化验证,失效互补。
C3 · STL-101/102 执行监控
形式化时序逻辑约束实时物理安全
STL-101 为力矩约束(τ(t)[40,60]Nm\tau(t) \in [40,60]\,\mathrm{N{\cdot}m}t[tact,T]t \in [t_\mathrm{act}, T]),STL-102 为位置约束(角位移验收)。两者共同构成物理最后防线,提供 4.6 N·m 安全裕度,FAILSAFE 直接实例化为 Flow-Jump 系统的 Jump 集。
C4 · 安全链闭合
三篇系列安全链 P(unsafe) ≤ H·(1−R_L2)·(1−R_L3) 完整验证
Paper-01(SEC=1)+ Paper-02(H=0.016)+ Paper-03(R_L3≥99%)三层证据包(EvidencePack)联合约束,将系统级危险概率上界降至 ≤155 ppm,完成从语言指令到物理执行的安全保证闭环。

三层防御架构

防御层对应 EvidencePack 阶段核心机制拦截条件
L1 领域规则守卫Stage 1规程词汇表边界检测指令超出 V167L\mathcal{V}_{167}^L 范围
L2 正交化语义路由Stage 2VdampV_\mathrm{damp} v2.0 + 二门检测路由歧义度 δ/2\geq \delta/2
L3 STL 执行监控Stage 3STL-101/102 形式化约束ρ(φ101)<0\rho(\varphi_{101}) < 0

各层独立可验证:L1 由 SEC=1(Paper-01)保证覆盖;L2 由跨域正交化原理保证间距;L3 由 STL 鲁棒性定理(ρ>4.6Nm\rho > 4.6\,\mathrm{N{\cdot}m})保证执行安全。


论文导航

🔬方法详解 →
L1/L2/L3 架构、V_damp 正交化、STL-101/102 形式化定义
📊实验结果 →
路由准确率(v1.0 vs v2.0)、STL 鲁棒性扫描、跨模型迁移
💻代码 →
STL 仿真代码、正交化消融脚本、Colab Notebook
🗂数据集 →
V_damp 词汇表、16 条测试查询、680 次仿真原始数据

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