Content delivery networks (CDNs) provide efficient content distribution over the Internet. CDNs improve the connectivity and efficiency of global communications, but their caching mechanisms may be breached by cyber-attackers. Among the security mechanisms, effective anomaly detection forms an important part of CDN security enhancement. In this work, we propose a multi-perspective unsupervised learning framework for anomaly detection in CDNs. In the proposed framework, a multi-perspective feature engineering approach, an optimized unsupervised anomaly detection model that utilizes an isolation forest and a Gaussian mixture model, and a multi-perspective validation method, are developed to detect abnormal behaviors in CDNs mainly from the client Internet Protocol (IP) and node perspectives, therefore to identify the denial of service (DoS) and cache pollution attack (CPA) patterns. Experimental results are presented based on the analytics of eight days of real-world CDN log data provided by a major CDN operator. Through experiments, the abnormal contents, compromised nodes, malicious IPs, as well as their corresponding attack types, are identified effectively by the proposed framework and validated by multiple cybersecurity experts. This shows the effectiveness of the proposed method when applied to real-world CDN data.


翻译:在安全机制中,有效的异常探测是增强CDN安全的一个重要部分。在这项工作中,我们建议为CDN的异常探测建立一个多视角、不受监督的多视角学习框架。在拟议的框架中,一个多视角特征工程学方法,一个利用孤立森林和高斯混合模型以及多视角验证方法的优化、不受监督的异常探测模型,以发现CDN的异常行为,主要来自客户互联网协议和节点视角,从而确定拒绝服务(DoS)和缓存污染攻击(CPA)模式。实验结果是根据一个主要的CDN运营商提供的8天真实世界CDN日志数据的分析结果提出的。通过实验,在拟议的框架和验证多全球网络安全数据时,发现异常内容、失密的节点、恶意IP及其相应的攻击类型。

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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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