近年来,随着计算机技术、信息处理技术以及控制技术的不断提升,人类社会越来越向网络化、信息化、智能化的方向发展。智能电网、智慧交通、智慧医疗等各种信息化系统的提出,极大地方便了人类社会的生活方式。这些系统综合了嵌入式系统、计算机网络、控制理论、无线传感器网络等多种设施,实现了物理空间和信息空间的高效协作和互联互通,并深度融合,在此背景下,信息物理系统（Cyber-Physical System,CPS）的概念应运而生。与此同时,未来世界万物的物联互通,使得CPS的开放性需要越来越高,从而CPS面临的安全威胁也越来越严重。因此,CPS的安全问题吸引了众多研究学者的关注。从控制理论的角度出发,对研究CPS的安全问题具有重要理论和实际意义。当前从控制理论研究的CPS问题主要有:CPS模型设计、CPS的性能分析、CPS攻击行为建模、CPS隐私保护问题等方面。虽然当前这些研究都取得了很大的进展,具有很强的应用意义,但是依然存在很多的不足之处。例如,当前的攻击检测大部分针对某种特定攻击进行监测器设计,无法直接应用到其他攻击,而且当前很多的研究从攻击者的角度出发,强调攻击者的攻击策略,而从系统角度出发分析攻击的影响和作用的相关研究较少;当前相关的隐私保护算法大多采用传统的信息安全算法,缺乏针对特定应用场景下的隐私保护算法设计。本文针对离散时间线性时不变控制系统,对以上不足之处展开研究,一方面建立统一的CPS受攻击模型对各种典型攻击进行刻画,并在相应模型下分析相应的攻击检测和状态估计机制,另一方面针对CPS中多智能体的平均一致性问题,设计初始状态的隐私保护算法。主要工作如下:1)概括了当前CPS的主要研究方向和国内外的研究现状,并分析了其中的不足之处;2)基于攻击者的攻击能力,对当前存在的典型攻击行为进行了刻画,阐述了当前存在的统一的受攻击CPS模型的合理性;3)针对仅传感器受攻击的CPS模型,基于控制系统中的稀疏可观测性相关定义,以攻击检测和安全状态估计的充分必要条件为前提,设计了系统保护部分传感器时的攻击检测器和状态估计器算法,并揭示了系统保护部分传感器对于提升攻击检测和状态估计的效率所起的重要作用;4)针对CPS中多智能体平均一致性的应用,分析了一致性算法中普遍存在的隐私泄露的问题,基于传统的信息安全算法与统计学中的随机数混淆机制,设计了可以保护初始状态的平均一致性算法,实现了隐私保护的平均一致性。