In this study, we focus on the impact of adversarial attacks on deep learning-based anomaly detection in CPS networks and implement a mitigation approach against the attack by retraining models using adversarial samples. We use the Bot-IoT and Modbus IoT datasets to represent the two CPS networks. We train deep learning models and generate adversarial samples using these datasets. These datasets are captured from IoT and Industrial IoT (IIoT) networks. They both provide samples of normal and attack activities. The deep learning model trained with these datasets showed high accuracy in detecting attacks. An Artificial Neural Network (ANN) is adopted with one input layer, four intermediate layers, and one output layer. The output layer has two nodes representing the binary classification results. To generate adversarial samples for the experiment, we used a function called the `fast_gradient_method' from the Cleverhans library. The experimental result demonstrates the influence of FGSM adversarial samples on the accuracy of the predictions and proves the effectiveness of using the retrained model to defend against adversarial attacks.


翻译:在这项研究中,我们侧重于对CPS网络中深层次学习异常现象探测的对抗性攻击的影响,对使用对抗性样品的再培训模型进行攻击采取减缓方法;我们使用Bot-IoT和Modbus IoT数据集代表两个CPS网络;我们训练深层次学习模型,并利用这些数据集生成对抗性样品;这些数据集来自IoT和工业IoT(IIoT)网络,它们都提供正常和攻击活动的样本;用这些数据集训练的深层次学习模型显示,侦察攻击的准确性很高;人造神经网络(ANN)采用一个输入层、四个中间层和一个输出层;输出层有两个节点代表二元分类结果;为进行实验生成对抗性样品,我们使用了克莱弗汉斯图书馆的“快速梯度”功能;实验结果显示FGSM对抗性样品对预测的准确性影响,并证明使用再训练模型防御敌对性攻击的有效性。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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