Método de detección de anomalías basado en modelos mejorados de aprendizaje profundo híbrido para clasificación binaria y multiclase de ataques en sistemas de detección de intrusiones de dos etapas
Autores: Kamal, Hesham; Mashaly, Maggie
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Método de detección de anomalías basado en modelos mejorados de aprendizaje profundo híbrido para clasificación binaria y multiclase de ataques en sistemas de detección de intrusiones de dos etapas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Software
Palabras clave
Amenazas de seguridad
Sistemas de detección de intrusiones
Modelos de aprendizaje profundo
Autoencoder-cnn
Transformer-dnn
Desequilibrio de clases
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
A medida que las amenazas de seguridad se vuelven más complejas, la necesidad de sistemas efectivos de detección de intrusiones (IDSs) ha crecido. Los métodos tradicionales de aprendizaje automático están limitados por la necesidad de una ingeniería de características extensa y un preprocesamiento de datos. Para superar esto, proponemos dos modelos mejorados híbridos de aprendizaje profundo, una red neuronal convolucional-autoencoder (Autoencoder-CNN) y una red neuronal profunda-transformer (Transformer-DNN). El Autoencoder remodela los datos de tráfico de red, abordando el desequilibrio de clases, y la CNN realiza una clasificación precisa. El componente transformer extrae características contextuales, que la DNN utiliza para una clasificación precisa. Nuestro enfoque utiliza un muestreo sintético adaptativo híbrido mejorado-técnica de sobre muestreo de minorías sintéticas (ADASYN-SMOTE) para clasificación binaria y SMOTE mejorado para clasificación multiclase, junto con vecinos más cercanos editados (ENN) para un mayor manejo del desequilibrio de clases. Los modelos fueron diseñados para minimizar falsos positivos y negativos, mejorar la detección en tiempo real e identificar ataques de día cero. Las evaluaciones basadas en el conjunto de datos CICIDS2017 mostraron un 99.90% de precisión para Autoencoder-CNN y un 99.92% para Transformer-DNN en clasificación binaria, y un 99.95% y un 99.96% en clasificación multiclase, respectivamente. En el conjunto de datos NF-BoT-IoT-v2, el Autoencoder-CNN logró un 99.98% en clasificación binaria y un 97.95% en clasificación multiclase, mientras que el Transformer-DNN alcanzó un 99.98% y un 97.90%, respectivamente. Estos resultados demuestran el rendimiento superior de los modelos propuestos en comparación con los métodos tradicionales para el manejo de diversos ataques de red.
Descripción
A medida que las amenazas de seguridad se vuelven más complejas, la necesidad de sistemas efectivos de detección de intrusiones (IDSs) ha crecido. Los métodos tradicionales de aprendizaje automático están limitados por la necesidad de una ingeniería de características extensa y un preprocesamiento de datos. Para superar esto, proponemos dos modelos mejorados híbridos de aprendizaje profundo, una red neuronal convolucional-autoencoder (Autoencoder-CNN) y una red neuronal profunda-transformer (Transformer-DNN). El Autoencoder remodela los datos de tráfico de red, abordando el desequilibrio de clases, y la CNN realiza una clasificación precisa. El componente transformer extrae características contextuales, que la DNN utiliza para una clasificación precisa. Nuestro enfoque utiliza un muestreo sintético adaptativo híbrido mejorado-técnica de sobre muestreo de minorías sintéticas (ADASYN-SMOTE) para clasificación binaria y SMOTE mejorado para clasificación multiclase, junto con vecinos más cercanos editados (ENN) para un mayor manejo del desequilibrio de clases. Los modelos fueron diseñados para minimizar falsos positivos y negativos, mejorar la detección en tiempo real e identificar ataques de día cero. Las evaluaciones basadas en el conjunto de datos CICIDS2017 mostraron un 99.90% de precisión para Autoencoder-CNN y un 99.92% para Transformer-DNN en clasificación binaria, y un 99.95% y un 99.96% en clasificación multiclase, respectivamente. En el conjunto de datos NF-BoT-IoT-v2, el Autoencoder-CNN logró un 99.98% en clasificación binaria y un 97.95% en clasificación multiclase, mientras que el Transformer-DNN alcanzó un 99.98% y un 97.90%, respectivamente. Estos resultados demuestran el rendimiento superior de los modelos propuestos en comparación con los métodos tradicionales para el manejo de diversos ataques de red.