As the number of heterogenous IP-connected devices and traffic volume increase, so does the potential for security breaches. The undetected exploitation of these breaches can bring severe cybersecurity and privacy risks. In this paper, we present a practical unsupervised anomaly-based deep learning detection system called ARCADE (Adversarially Regularized Convolutional Autoencoder for unsupervised network anomaly DEtection). ARCADE exploits the property of 1D Convolutional Neural Networks (CNNs) and Generative Adversarial Networks (GAN) to automatically build a profile of the normal traffic based on a subset of raw bytes of a few initial packets of network flows so that potential network anomalies and intrusions can be effectively detected before they could cause any more damage to the network. A convolutional Autoencoder (AE) is proposed that suits online detection in resource-constrained environments, and can be easily improved for environments with higher computational capabilities. An adversarial training strategy is proposed to regularize and decrease the AE's capabilities to reconstruct network flows that are out of the normal distribution, and thereby improve its anomaly detection capabilities. The proposed approach is more effective than existing state-of-the-art deep learning approaches for network anomaly detection and significantly reduces detection time. The evaluation results show that the proposed approach is suitable for anomaly detection on resource-constrained hardware platforms such as Raspberry Pi.


翻译:随着不同类型IP连接的装置和交通量的增加,安全破坏的可能性也随之增加。未察觉到的利用这些违规事件可能会带来严重的网络安全和隐私风险。在本文件中,我们提出了一个实用的、不受监督的、基于异常的深层学习探测系统,名为ARCADE(ARCADE)(用于不受监管的网络异常运行的常规自动自动自动编码系统);ARCADE(AE) 开发了1D 革命神经网络(CNNs)和General Aversarial Networks(GAN)的特性,以自动建立正常交通状况的概况,其基础是少量网络流动的原始版本,从而能够在潜在的网络异常和入侵对网络造成更多破坏之前得到有效检测。 提议在资源紧张的环境中进行在线检测,而且对于计算能力较高的环境则容易改进。 提议的一项对抗性培训战略是规范并减少AE在重建网络流动方面的能力,这种网络的原始版本是正常的检测方法,从而大大降低其反常态检测能力。

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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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