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    一種基于改進核心向量機數(shù)據(jù)融合的復合式入侵檢測方法技術

    技術編號:8656121 閱讀:180 留言:0更新日期:2013-05-01 23:49
    本發(fā)明專利技術公開了一種網(wǎng)絡安全技術領域中基于改進核心向量機數(shù)據(jù)融合的復合式入侵檢測方法。本發(fā)明專利技術從目標網(wǎng)絡的網(wǎng)絡安全設備日志中提取誤用入侵檢測和異常入侵檢測所需要的各時間監(jiān)測點的特征數(shù)據(jù);將特征數(shù)據(jù)分別構(gòu)造為黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集;對黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集進行訓練,分別得到初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型;通過D-S證據(jù)理論實現(xiàn)初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型的數(shù)據(jù)融合,從而得到復合入侵檢測模型以及該檢測模型的聯(lián)合置信區(qū)間;得到最終檢測結(jié)果。本發(fā)明專利技術在提高入侵檢測系統(tǒng)實時性,降低入侵檢測系統(tǒng)漏報率和誤報率方面,以及提高入侵檢測系統(tǒng)泛化能力方面,均有較好的性能。

    【技術實現(xiàn)步驟摘要】

    本專利技術屬于網(wǎng)絡信息安全
    ,尤其涉及。
    技術介紹
    隨著網(wǎng)絡入侵和攻擊行為正朝著分布化、規(guī)模化、復雜化、間接化等趨勢發(fā)展,當前對安全產(chǎn)品技術提出更高的要求,急需一種高效的網(wǎng)絡安全告警技術來提升安全產(chǎn)品的性能。入侵檢測是對入侵行為的檢測,入侵檢測系統(tǒng)通過收集網(wǎng)絡及計算機系統(tǒng)內(nèi)所有關鍵節(jié)點的信息,檢查網(wǎng)絡或系統(tǒng)中是否存在違反安全策略行為及被攻擊跡象。入侵檢測的數(shù)據(jù)來源是各種網(wǎng)絡安全設備(如防火墻、IDS、IPS等)的日志,這些設備會實時的記錄每個時間監(jiān)測點目標網(wǎng)絡的活動情況以便分析目標網(wǎng)絡的運行情況。從理論來源分析入侵檢測技術屬于模式識別中分類問題,將各種網(wǎng)絡攻擊抽象成一個已知類別,將網(wǎng)絡安全設備的歷史運行日志做為訓練樣本集使用人工智能算法通過訓練學習得到多分類模型,即入侵檢測系統(tǒng)。目前入侵檢測的解決方案,主要是利用神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機等單學習機方法,而這些單分類器方法均為不穩(wěn)定分類算法,所謂不穩(wěn)定分類算法就是指訓練樣本集發(fā)生一個微小的變化,分類器的分類結(jié)果就會產(chǎn)生巨大變化。雖然經(jīng)多年研究,通過各種群智能優(yōu)化算法已使單分類器的穩(wěn)定性有所提高,但單學習機的方法誤差相對較大、運算速度偏慢、入侵檢測系統(tǒng)的泛化能力低。泛化能力是指,若某個模型只針對某類問題具有較好的效果,對于其他類別問題性能較弱,則其泛化能力有限;反之,某個模型對于多個類別問題均有較好性能,則其泛化能力較好。當前主要有兩大類入侵檢測技術,分別是基于誤用技術、基于異常技術。基于誤用技術是指,假設所有可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡攻擊類別(“DoS”、“信息收集類攻擊”、“信息欺騙類攻擊”、“利用類攻擊”)均已知,將待測記錄來匹配這些已知網(wǎng)絡攻擊類別。基于誤用技術的優(yōu)勢在于誤報率較低、對于已知類別的網(wǎng)絡攻擊判斷迅速,缺點是對于未知種類網(wǎng)絡攻擊的辯識率低下。基于異常技術是指,事先根據(jù)規(guī)則定義好“正常”網(wǎng)絡行為的特征,將待測記錄來匹配該特征,凡是不匹配的網(wǎng)絡行為均認定為網(wǎng)絡攻擊。基于異常技術的優(yōu)勢在于漏報率較低、對于未知類別網(wǎng)絡攻擊的判斷迅速,缺點是誤報率偏高。“漏報”是指將本是攻擊的網(wǎng)絡行為認定為正常,“誤報”是指將本是正常的網(wǎng)絡行為認定為攻擊。由此可見,入侵檢測系統(tǒng)的核心性能要求是準確性和實時性,目前基于單學習機的解決方案在這兩方面均有不足。為了改善入侵檢測系統(tǒng)的準確性,本專利技術采用D-S數(shù)據(jù)融合方式集成多個基于粒子群算法優(yōu)化的核心向量機設計入侵檢測系統(tǒng),該算法的最大優(yōu)勢在于針對某待測網(wǎng)絡行為,通過D-S數(shù)據(jù)融合方式綜合判斷多個初級入侵檢測模型的初步判斷結(jié)果推出最終推論,從而得到高精度的分類模型,并且為了降低誤報率和漏報率,設計了復合式入侵檢測模型,即由多個改進核心向量機并行工作來同時完成誤用入侵檢測和異常入侵檢測。為了改善入侵檢測系統(tǒng)的實時性,本專利技術選擇核心向量機作為入侵檢測的核心算法,從而使得在盡量不降低精度的情況下提高入侵檢測系統(tǒng)的速度。
    技術實現(xiàn)思路
    針對上述
    技術介紹
    中提到的目前基于單分類器的入侵檢技術、僅僅依靠誤用技術或異常技術的入侵檢測實施方案中普遍存在的入侵檢測精度低、實時型差、漏報率和誤報率偏高、泛化能力差等缺陷,本專利技術提出了。本專利技術的技術方案是通過如下技術方案實現(xiàn)的:,包含如下步驟:步驟1:從目標網(wǎng)絡一段連續(xù)時間的網(wǎng)絡安全設備日志中提取誤用入侵檢測和異常入侵檢測所需要的各時間監(jiān)測點的特征數(shù)據(jù),并將所述特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矩陣形式的特征向量集合;所述網(wǎng)絡安全設備日志的歷史記錄中包括下述特征數(shù)據(jù):時間監(jiān)測點、Xl,X2,…,Xn屬性的監(jiān)測數(shù)據(jù)和已知入侵檢·測結(jié)果的已知網(wǎng)絡行為;步驟2:將所述歷史記錄中的特征數(shù)據(jù)分別構(gòu)造為黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集;步驟3:對黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集進行訓練,分別得到初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型,并計算出兩種檢測模型的精度;步驟4:通過D-S證據(jù)理論結(jié)合步驟3中所述兩種檢測模型的精度,實現(xiàn)初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型的數(shù)據(jù)融合,從而得到復合入侵檢測模型以及該檢測模型的聯(lián)合置信區(qū)間;步驟5:先通過所述初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型判斷出待測網(wǎng)絡行為的類別標號,再根據(jù)所述復合入侵檢測模型判斷出最終檢測結(jié)果。進一步地,所述步驟I中特征向量集合的列數(shù)為n+2,行數(shù)為歷史記錄的條數(shù)。進一步地,所述步驟2包括如下步驟:步驟2.1:設定各樣本子集中每條樣本均包括n+2個特征屬性,其中第一條特征屬性為該樣本的時間監(jiān)測點,第2至第n+1條特征屬性分別對應該時間監(jiān)測點的Xl,X2,…,Xn屬性的監(jiān)測數(shù)據(jù),第n+2條特征屬性對應目標網(wǎng)絡當時的已知網(wǎng)絡行為;步驟2.2:將步驟2.1中各屬性Xl,X2,…,Xn的監(jiān)測數(shù)據(jù)按照各自的取值范圍全部歸一化到[O, I]區(qū)間;步驟2.3:將誤用入侵檢測和異常入侵檢測中所有的已知網(wǎng)絡行為分別設定為數(shù)值型類別標號;步驟2.4:以步驟2.2歸一化以后的各類特征X1, X2,…,為改進核心向量機的輸入量,以步驟2.3誤用入侵檢測的類別標號作為改進核心向量機的輸出量,構(gòu)造成黑名單數(shù)據(jù)樣本子集;步驟2.5:以步驟2.2歸一化以后的各類特征X1, X2,…,Xn作為改進核心向量機的輸入量,以步驟2.3異常入侵檢測的類別標號作為改進核心向量機的輸出量,構(gòu)造成白名單數(shù)據(jù)樣本子集。進一步地,所述已知網(wǎng)絡行為包括“正常”、“拒絕服務類攻擊”、“利用類攻擊”、“信息收集類攻擊”、“信息欺騙類攻擊”和“未知種類網(wǎng)絡攻擊”,將上述六種已知網(wǎng)絡行為的類別標號設定為_2、-1、0、+1、+2、+3。進一步地,所述步驟3包括如下步驟:步驟3.1:設定改進核心向量機的訓練參數(shù),所述訓練參數(shù)包括核函數(shù)類型、粒子群算法最大迭代次數(shù)、粒子群算法種群規(guī)模和粒子群算法的適應度函數(shù);步驟3.2:分別將黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集輸入到改進核心向量機中進行訓練以得到初級誤用入侵檢測模型和初級異常入侵檢測模型;步驟3.3:在得到初級誤用入侵檢測模型和和初級異常入侵檢測模型的同時,通過粒子群算法動態(tài)搜索出改進核心向量機的其他訓練參數(shù),所述其他訓練參數(shù)包括懲罰因子C、核函數(shù)的核寬參數(shù)σ和損失函數(shù)參數(shù)ε ;步驟3.7:將所述初級誤用入侵檢測模型和初級異常入侵檢測模型的類別標號與所述網(wǎng)絡安全設備日志歷史記錄中的已知網(wǎng)絡行為的類別標號進行比對,以得到初級誤用入侵檢測模型和初級異常入侵檢測模型的精度;進一步地,所述步驟3.2和步驟3.5中,分別采用最小包含球算法進行訓練。進一步地,所述步驟4包括如下步驟:步驟4.1:構(gòu)造基于D-S證據(jù)理論識別框架的復合入侵檢測模型,所述識別框架為初級誤用入侵檢測模型和初級異常入侵檢測模型的精度并集;步驟4.2:將每個初級誤用入侵檢測模型和初級異常入侵檢測模型的輸出作為一個獨立的證據(jù)體;步驟4.3:確定各證據(jù)體的基本概率分配函數(shù);步驟4.4:利用基本概率分配函數(shù)計算各證據(jù)體對識別框架中所有已知網(wǎng)絡行為的信度函數(shù)和似真函數(shù);步驟4.5:利用D-S證據(jù)融合法則計算上述證據(jù)體聯(lián)合作用下的信度函數(shù)Bel和似真函數(shù)P ;步驟4.6:通過信度函數(shù)Bel和似真函數(shù)P,得到證據(jù)體對識別框架中所有已知網(wǎng)絡行為的聯(lián)合置信區(qū)間[Bel,pi]。進一步地,所述步驟5包括如下步驟:步驟5.1:通過初級誤用入侵檢測模型和初級異常入侵檢測模型辨本文檔來自技高網(wǎng)
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    【技術保護點】
    一種基于改進核心向量機數(shù)據(jù)融合的復合式入侵檢測方法,其特征在于,該方法包含如下步驟:步驟1:從目標網(wǎng)絡的網(wǎng)絡安全設備日志中提取誤用入侵檢測和異常入侵檢測所需要的各時間監(jiān)測點的特征數(shù)據(jù),并將所述特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矩陣形式的特征向量集合;所述網(wǎng)絡安全設備日志的歷史記錄中包括下述特征數(shù)據(jù):時間監(jiān)測點、x1,x2,…,xn屬性的監(jiān)測數(shù)據(jù)和已知入侵檢測結(jié)果的已知網(wǎng)絡行為;步驟2:將所述歷史記錄中的特征數(shù)據(jù)分別構(gòu)造為黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集;步驟3:對黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集進行訓練,分別得到初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型,并計算出兩種檢測模型的精度;步驟4:通過D?S證據(jù)理論結(jié)合步驟3中所述兩種檢測模型的精度,實現(xiàn)初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型的數(shù)據(jù)融合,從而得到復合入侵檢測模型以及該檢測模型的聯(lián)合置信區(qū)間;步驟5:先通過所述初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型判斷出待測網(wǎng)絡行為的類別標號,再根據(jù)所述復合入侵檢測模型判斷出最終檢測結(jié)果。

    【技術特征摘要】
    1.一種基于改進核心向量機數(shù)據(jù)融合的復合式入侵檢測方法,其特征在于,該方法包含如下步驟: 步驟1:從目標網(wǎng)絡的網(wǎng)絡安全設備日志中提取誤用入侵檢測和異常入侵檢測所需要的各時間監(jiān)測點的特征數(shù)據(jù),并將所述特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矩陣形式的特征向量集合;所述網(wǎng)絡安全設備日志的歷史記錄中包括下述特征數(shù)據(jù):時間監(jiān)測點、Xl,X2,…,Xn屬性的監(jiān)測數(shù)據(jù)和已知入侵檢測結(jié)果的已知網(wǎng)絡行為; 步驟2:將所述歷史記錄中的特征數(shù)據(jù)分別構(gòu)造為黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集; 步驟3:對黑、白名單數(shù)據(jù)樣本子集進行訓練,分別得到初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型,并計算出兩種檢測模型的精度; 步驟4:通過D-S證據(jù)理論結(jié)合步驟3中所述兩種檢測模型的精度,實現(xiàn)初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型的數(shù)據(jù)融合,從而得到復合入侵檢測模型以及該檢測模型的聯(lián)合置信區(qū)間; 步驟5:先通過所述初級誤用入侵檢測模型和初級異常檢測模型判斷出待測網(wǎng)絡行為的類別標號,再根據(jù)所述復合入侵檢測模型判斷出最終檢測結(jié)果。2.根據(jù)權利要求1所述的復合式入侵檢測方法,其特征在于,所述步驟I中特征向量集合的列數(shù)為n+2,行數(shù)為歷史記錄的條數(shù)。3.根據(jù)權利要求1所述的復合式入侵檢測方法,其特征在于,所述步驟2包括如下步 驟: 步驟2.1:設定各樣本子集中每條樣本均包括n+2個特征屬性,其中第一條特征屬性為該樣本的時間監(jiān)測點,第2至第n+1條特征屬性分別對應該時間監(jiān)測點的Xl,X2,…,Xn屬性的監(jiān)測數(shù)據(jù),第n+2條特征屬性對應目標網(wǎng)絡當時的已知網(wǎng)絡行為; 步驟2.2:將步驟2.1中各屬性Xl,X2,…,Xn的監(jiān)測數(shù)據(jù)按照各自的取值范圍全部歸一化到[O, I]區(qū)間; 步驟2.3:將誤用入侵檢測和異常入侵檢測中所有的已知網(wǎng)絡行為分別設定為數(shù)值型類別標號; 步驟2.4:以步驟2.2歸一化以后的各類特征X1, X2,…,Xn作為改進核心向量機的輸入量,以步驟2.3誤用入侵檢測的類別標號作為改進核心向量機的輸出量,構(gòu)造成黑名單數(shù)據(jù)樣本子集; 步驟2.5:以步驟2.2歸一化以后的各類特征X1, X2,…,Xn作為改進核心向量機的輸入量,以步驟2.3異常入侵檢測的類別標號作為改進核心向量機的輸出量,構(gòu)造成白名單數(shù)據(jù)樣本子集。4.根據(jù)權利要求3的復合式入侵檢測方法,其特征在于,所述已知網(wǎng)絡行為包括“正常”、“拒絕服務類攻擊”、“利用類攻擊”、“信息收集類攻擊”、“信息欺騙類攻擊”和“未知種類網(wǎng)絡攻擊”,將上述六種已知網(wǎng)絡行為的類別標號設定為_2、-1、0、+1、+2、+3。5.根據(jù)...

    【專利技術屬性】
    技術研發(fā)人員:王宇飛鄭曉崑徐志博梁瀟王志皓白云
    申請(專利權)人:中國電力科學研究院國家電網(wǎng)公司
    類型:發(fā)明
    國別省市:

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