Recent advancements in Intrusion Detection Systems (IDS), integrating Explainable AI (XAI) methodologies, have led to notable improvements in system performance via precise feature selection. However, a thorough understanding of cyber-attacks requires inherently explainable decision-making processes within IDS. In this paper, we present the Interpretable Generalization Mechanism (IG), poised to revolutionize IDS capabilities. IG discerns coherent patterns, making it interpretable in distinguishing between normal and anomalous network traffic. Further, the synthesis of coherent patterns sheds light on intricate intrusion pathways, providing essential insights for cybersecurity forensics. By experiments with real-world datasets NSL-KDD, UNSW-NB15, and UKM-IDS20, IG is accurate even at a low ratio of training-to-test. With 10%-to-90%, IG achieves Precision (PRE)=0.93, Recall (REC)=0.94, and Area Under Curve (AUC)=0.94 in NSL-KDD; PRE=0.98, REC=0.99, and AUC=0.99 in UNSW-NB15; and PRE=0.98, REC=0.98, and AUC=0.99 in UKM-IDS20. Notably, in UNSW-NB15, IG achieves REC=1.0 and at least PRE=0.98 since 40%-to-60%; in UKM-IDS20, IG achieves REC=1.0 and at least PRE=0.88 since 20%-to-80%. Importantly, in UKM-IDS20, IG successfully identifies all three anomalous instances without prior exposure, demonstrating its generalization capabilities. These results and inferences are reproducible. In sum, IG showcases superior generalization by consistently performing well across diverse datasets and training-to-test ratios (from 10%-to-90% to 90%-to-10%), and excels in identifying novel anomalies without prior exposure. Its interpretability is enhanced by coherent evidence that accurately distinguishes both normal and anomalous activities, significantly improving detection accuracy and reducing false alarms, thereby strengthening IDS reliability and trustworthiness.


翻译:近期,入侵检测系统(IDS)通过整合可解释人工智能(XAI)方法,借助精确的特征选择实现了系统性能的显著提升。然而,要深入理解网络攻击,需要IDS内部具备本质可解释的决策过程。本文提出了一种可解释泛化机制(IG),有望彻底革新IDS的能力。IG能够识别连贯模式,使其在区分正常与异常网络流量时具备可解释性。此外,对连贯模式的综合揭示了复杂的入侵路径,为网络安全取证提供了关键洞见。通过在真实数据集NSL-KDD、UNSW-NB15和UKM-IDS20上的实验,IG即使在较低的训练-测试比例下仍能保持高精度。在10%-90%的比例下,IG在NSL-KDD上实现了精确率(PRE)=0.93、召回率(REC)=0.94和曲线下面积(AUC)=0.94;在UNSW-NB15上实现了PRE=0.98、REC=0.99和AUC=0.99;在UKM-IDS20上实现了PRE=0.98、REC=0.98和AUC=0.99。值得注意的是,在UNSW-NB15中,自40%-60%比例起,IG实现了REC=1.0且至少PRE=0.98;在UKM-IDS20中,自20%-80%比例起,IG实现了REC=1.0且至少PRE=0.88。重要的是,在UKM-IDS20中,IG成功识别了所有三个先前未接触过的异常实例,证明了其泛化能力。这些结果与推论均可复现。总之,IG通过在不同数据集和训练-测试比例(从10%-90%到90%-10%)下持续表现优异,展示了卓越的泛化性能,并在识别先前未接触过的新型异常方面表现突出。其可解释性通过能够准确区分正常与异常活动的连贯证据得到增强,显著提高了检测精度并降低了误报,从而增强了IDS的可靠性与可信度。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员