The growing scale and sophistication of cyberattacks pose critical challenges to network security, particularly in detecting diverse intrusion types within imbalanced datasets. Traditional intrusion detection systems (IDS) often struggle to maintain high accuracy across both frequent and rare attacks, leading to increased false negatives for minority classes. To address this, we propose a hybrid anomaly detection framework that integrates specialized deep learning models with an ensemble meta-classifier. Each model is trained to detect a specific attack category, enabling tailored learning of class-specific patterns, while their collective outputs are fused by a Random Forest meta-classifier to improve overall decision reliability. The framework is evaluated on the NSL-KDD benchmark, demonstrating superior performance in handling class imbalance compared to conventional monolithic models. Results show significant improvements in precision, recall, and F1-score across all attack categories, including rare classes such as User to Root (U2R). The proposed system achieves near-perfect detection rates with minimal false alarms, highlighting its robustness and generalizability. This work advances the design of intrusion detection systems by combining specialization with ensemble learning, providing an effective and scalable solution for safeguarding modern networks.


翻译:网络攻击规模的不断扩大和复杂性的日益提升对网络安全提出了严峻挑战,尤其是在处理不平衡数据集时检测多样化的入侵类型方面。传统的入侵检测系统(IDS)通常难以在频繁攻击和罕见攻击上同时保持高精度,导致少数类别的漏报率增加。为解决这一问题,我们提出了一种混合异常检测框架,该框架将专用深度学习模型与集成元分类器相结合。每个模型被训练用于检测特定的攻击类别,从而能够针对性地学习类别特有的模式,而它们的集体输出则通过随机森林元分类器进行融合,以提高整体决策的可靠性。该框架在NSL-KDD基准数据集上进行了评估,结果表明其在处理类别不平衡问题上优于传统的单一模型。结果显示,所有攻击类别(包括用户到根(U2R)等罕见类别)的精确率、召回率和F1分数均有显著提升。所提出的系统以极低的误报率实现了近乎完美的检测率,凸显了其鲁棒性和泛化能力。本研究通过将专用化与集成学习相结合,推进了入侵检测系统的设计,为保护现代网络提供了一种有效且可扩展的解决方案。

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