پدافند الکترونیکی و سایبری

پدافند الکترونیکی و سایبری

تشخیص نفوذ در شبکه‌های کامپیوتری بر پایه شبکه عصبی چندلایه MLP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناسی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 کارشناسی ارشد، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
3 دکتری، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
4 دکتری ، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
چکیده
با پیشرفت چشمگیر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، سیستم‌های تشخیص نفوذ در شبکه‌های کامپیوتری دچار تحول اساسی شده‌اند. این فناوری‌ها با تحلیل حجم عظیمی از داده‌ها و شناسایی الگوهای غیرعادی، ابزاری مؤثر برای ارتقای امنیت سایبری فراهم کرده‌اند. با این حال، تشخیص حملات نادر و غیرمتعادل در حجم بالای داده‌های جریان شبکه همچنان یک چالش اساسی است که روش‌های سنتی در مواجهه با آن عملکرد ضعیفی دارند. در این مطالعه، از شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP) برای شناسایی نفوذ در داده‌های مجموعهCICIDS2017 استفاده شد که شامل بیش از ۵.۹ میلیون نمونه از ترافیک عادی و حملات متنوعی مانند DoS Hulk، PortScan، DDoS و Web Attack – XSS است. پس از حذف ویژگی‌های غیرضروری، ۷۸ ویژگی منتخب باقی ماند و برای رفع عدم تعادل داده‌ها، روشSMOTE به کار گرفته شد. داده‌ها به سه بخش آموزشی (۶۴ درصد)، اعتبارسنجی (۱۶درصد) و آزمون (۲۰درصد) تقسیم شدند. مدل طراحی‌شده شامل لایه ورودی ۱۰بعدی، لایه مخفی با ۱۲۸ نورون و مکانیزم‌های Batch Normalization و (5/0)Dropout بود و در ۴۰ دوره آموزشی آموزش یافت. نتایج ارزیابی نشان داد که مدل با دقت کلی ۸۸ درصد، میانگین موزون 90/0F1-Score = و مقدار 98/0AUC = عملکرد مطلوبی دارد. با این حال، در تشخیص حملات نادر مانند Web Attack – XSS عملکرد ضعیفی مشاهده شد که بیانگر بیش‌برازش خفیف و باقی‌ماندن عدم تعادل داده‌ها است. یافته‌ها بر ضرورت به‌کارگیری روش‌های تعادل‌سازی پیشرفته‌تر و معماری‌های یادگیری عمیق برای بهبود شناسایی حملات کم‌تکرار تأکید دارند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Intrusion detection in computer networks based on MLP multilayer neural network

نویسندگان English

Nastaran Zadehasan 1
Siavash Partonia 2
Kimia Shirini 3
Sina samadi gharehveran 4
1 Bachelor's Degree, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Master's Degree, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 PhD, University of Tabriz, Tabriz, Iran
4 PhD, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

With the remarkable advancements in artificial intelligence and machine learning, intrusion detection systems (IDS) in computer networks have undergone a fundamental transformation. These technologies provide an effective tool for enhancing cybersecurity by analyzing vast amounts of data and identifying anomalous patterns. However, detecting rare and imbalanced attacks within high-volume network traffic remains a significant challenge, where traditional methods often perform poorly. In this study, a multilayer perceptron (MLP) neural network was employed to detect intrusions in the CICIDS2017 dataset, which contains over 5.9 million samples of normal traffic and diverse attack types, including DoS Hulk, PortScan, DDoS, and Web Attack – XSS. After removing irrelevant features, 78 selected features remained, and the Synthetic Minority Over-sampling Technique (SMOTE) was applied to address data imbalance. The dataset was split into training (64%), validation (16%), and test (20%) subsets. The proposed model consisted of a 10-dimensional input layer, a hidden layer with 128 neurons, and incorporated Batch Normalization and a 0.5 Dropout mechanism, and it was trained over 40 epochs. Evaluation results demonstrated that the model achieved an overall accuracy of 88%, a weighted average F1-score of 0.90, and an AUC of 0.98, indicating satisfactory performance. Nevertheless, the model exhibited poor detection of rare attacks such as Web Attack – XSS, reflecting mild overfitting and residual data imbalance. These findings highlight the necessity of employing more advanced balancing techniques and deep learning architectures to improve the detection of infrequent attacks.

کلیدواژه‌ها English

: Deep learning
Multilayer Perceptron (MLP) network
Intrusion detection
Cybersecurity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 24 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 21 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 04 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 26 شهریور 1405