With the increasing prevalence of encrypted network traffic, cyber security analysts have been turning to machine learning (ML) techniques to elucidate the traffic on their networks. However, ML models can become stale as known traffic features can shift between networks and as new traffic emerges that is outside of the distribution of the training set. In order to reliably adapt in this dynamic environment, ML models must additionally provide contextualized uncertainty quantification to their predictions, which has received little attention in the cyber security domain. Uncertainty quantification is necessary both to signal when the model is uncertain about which class to choose in its label assignment and when the traffic is not likely to belong to any pre-trained classes. We present a new, public dataset of network traffic that includes labeled, Virtual Private Network (VPN)-encrypted network traffic generated by 10 applications and corresponding to 5 application categories. We also present an ML framework that is designed to rapidly train with modest data requirements and provide both calibrated, predictive probabilities as well as an interpretable ``out-of-distribution'' (OOD) score to flag novel traffic samples. We describe how to compute a calibrated OOD score from p-values of the so-called relative Mahalanobis distance. We demonstrate that our framework achieves an F1 score of 0.98 on our dataset and that it can extend to an enterprise network by testing the model: (1) on data from similar applications, (2) on dissimilar application traffic from an existing category, and (3) on application traffic from a new category. The model correctly flags uncertain traffic and, upon retraining, accurately incorporates the new data. We additionally demonstrate good performance (F1 score of 0.97) when packet sizes are made to be uniform, as occurs for certain encryption protocols.


翻译:随着加密网络流量的日益普遍,网络安全分析人员一直在转向机器学习(ML)技术,以阐明其网络上的交通流量。然而,ML模型可能会变得老化,因为已知的交通特征在网络之间会发生变化,而新的交通流量在培训成套材料的分布之外会出现。为了可靠地适应这种动态环境,ML模型还必须为其预测提供背景化的不确定性量化,这种预测在网络安全领域很少受到注意。不确定的量化对于在模型不确定时,就表示在标签任务中选择哪一类,而交通可能不属于任何预先训练的类别。我们展示一个新的公开的网络流量数据集,其中包括标签化的、虚拟专用网络(VPNPN)的加密网络流量。为了可靠地适应这种动态环境,ML模型必须为其预测提供背景化的不确定性量化,而这种预测在网络安全领域很少受到注意。当模型的校准、预测性概率以及可解释的“OOOOD”的准确性、从新的运输量评分到新版的交通流量样本。我们描述如何在马哈比亚的远程数据测试中进行新的数据评分。

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