Recent year has brought considerable advancements in Electric Vehicles (EVs) and associated infrastructures/communications. Intrusion Detection Systems (IDS) are widely deployed for anomaly detection in such critical infrastructures. This paper presents an Interpretable Anomaly Detection System (RX-ADS) for intrusion detection in CAN protocol communication in EVs. Contributions include: 1) window based feature extraction method; 2) deep Autoencoder based anomaly detection method; and 3) adversarial machine learning based explanation generation methodology. The presented approach was tested on two benchmark CAN datasets: OTIDS and Car Hacking. The anomaly detection performance of RX-ADS was compared against the state-of-the-art approaches on these datasets: HIDS and GIDS. The RX-ADS approach presented performance comparable to the HIDS approach (OTIDS dataset) and has outperformed HIDS and GIDS approaches (Car Hacking dataset). Further, the proposed approach was able to generate explanations for detected abnormal behaviors arising from various intrusions. These explanations were later validated by information used by domain experts to detect anomalies. Other advantages of RX-ADS include: 1) the method can be trained on unlabeled data; 2) explanations help experts in understanding anomalies and root course analysis, and also help with AI model debugging and diagnostics, ultimately improving user trust in AI systems.


翻译:最近一年,电动车辆及相关基础设施/通信取得了相当大的进步。入侵探测系统(IDS)被广泛用于在这类关键基础设施中探测异常现象。本文件介绍了用于在CAN协议通信中探测侵入现象的可解释异常探测系统(RX-ADS),贡献包括:(1)基于窗口的特征提取方法;(2)基于深度自动coder的异常探测方法;(3)基于对抗性机器学习的解释生成方法。在两个基准的CAN数据集(OTIDS和汽车洗劫)上测试了所提出的方法。RX-ADS的异常探测性能与这些数据集的最新方法(HIDS和GIDS)进行了比较。RX-ADS的方法展示了类似于HIDS方法(OIDS数据集)的性能,超过了HIDS和GIDS方法(Car Hacking数据集)的性能。此外,拟议的方法能够对各种入侵引起的异常行为作出解释。这些解释后来得到域专家用来检测异常现象的信息的验证:HX-ADS和GIA-A分析过程的其他优点是经过培训的,在IA-ADS分析中可以帮助改进的。

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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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