计算机和通信系统与物理世界的快速融合,促进了工业信息物理系统（Cyber Physical Systems,CPSs）的出现。由于集成了控制、通信、传感和计算能力的工业CPSs对接口的要求更加开放,大量的网络安全威胁涌入到系统中,这引起了学者们对工业CPSs安全性问题的广泛关注。重放攻击是工业CPSs中一种常见的数据完整性攻击。虽然针对数据重放攻击的检测方案已取得一些成果,但是这些研究通常需要已知系统的精确数学模型,而基于数据分析的重放攻击检测还未得到充分的研究。因此,本文针对重放攻击检测的问题,主要进行了以下几个方面的研究:（1）根据重放攻击的攻击原理,从数据的角度分析了重放攻击的隐匿性问题。研究表明,当系统遭受重放攻击时,攻击者将记录的系统测量值数据回放到系统中代替真实的测量值数据。由于历史数据和重放数据具有相似性,单从原始数据中难以找到区分正常数据和攻击数据的特征,这说明了重放攻击存在一定的隐匿性。上述分析的结论通过在半物理仿真实验平台上实验得到验证。（2）在重放攻击期间,由于系统输出测量值被多次重复回放,使测量值数据复杂性呈现下降的趋势。根据这一特性,本文提出了一种基于排列熵的重放攻击检测方案。首先利用滑动窗口排列熵计算测量值的复杂度,然后根据计算出的排列熵数据集,应用支持向量数据描述在线进行模型训练、更新和判定。此外,考虑到实际应用系统存在量测噪声以及攻击者恶意加入掩护噪声对重放攻击检测效果的影响,引入小波分析对测量值数据去噪,以此来增强重放攻击的检测。最后,利用半物理仿真平台收集的数据,验证了所提方案应用于工业CPSs中重放攻击检测的有效性。（3）已有学者提出在重放间隔较小时,基于相对熵的间断性重放攻击检测方法存在漏检的情况。前期研究发现当系统遭受重放攻击时,测量值被不断重放将造成控制量发生一定的变化。通过互信息能够衡量测量值和控制量之间的相互依赖关系。因此,本文提出了一种基于互信息的重放攻击检测方案。考虑到测量值存在异常脉冲噪声的情况,首先对测量值数据进行预处理。然后,利用互信息评估测量值变化量和控制变化量之间的相互依赖程度。接着,根据计算出的互信息数据集,应用支持向量机对其进行模型训练及预测。最后,利用半物理仿真实验平台采集的数据,验证了基于互信息重放攻击检测算法的有效性。