Optimization of Stealthwatch Network Security System for the Detection and Mitigation of Distributed Denial of Service (DDoS) Attack: Application to Smart Grid System

The Smart Grid is an enhancement of the traditional grid system and employs new technologies and sophisticated communication techniques for electrical power transmission and distribution. The Smart Grid’s communication network shares information about status of its several integrated IEDs (Intelligent Electronic Devices). However, the IEDs connected throughout the Smart Grid, open opportunities for attackers to interfere with the communications and utilities resources or take clients’ private data. This development has introduced new cyber-security challenges for the Smart Grid and is a very concerning issue because of emerging cyber-threats and security incidents that have occurred recently all over the world. The purpose of this research is to detect and mitigate Distributed Denial of Service [DDoS] with application to the Electrical Smart Grid System by deploying an optimized Stealthwatch Secure Network analytics tool. In this paper, the DDoS attack in the Smart Grid communication networks was modeled using Stealthwatch tool. The simulated network consisted of Secure Network Analytic tools virtual machines (VMs), electrical Grid network communication topology, attackers and Target VMs. Finally, the experiments and simulations were performed, and the research results showed that Stealthwatch analytic tool is very effective in detecting and mitigating DDoS attacks in the Smart Grid System without causing any blackout or shutdown of any internal systems as compared to other tools such as GNS3, NeSSi2, NISST Framework, OMNeT++, INET Framework, ReaSE, NS2, NS3, M5 Simulator, OPNET, PLC & TIA Portal management Software which do not have the capability to do so. Also, using Stealthwatch tool to create a security baseline for Smart Grid environment, contributes to risk mitigation and sound security hygiene.

基于多模态神经网络流量特征的网络应用层DDoS攻击检测方法

农业设备、传感器和监控系统与网络的连接日益紧密,给农村配电网带来了新的网络安全挑战。其中,分布式拒绝服务(DDoS)攻击是一种常见的网络威胁,对农村配电网的安全性构成了严重威胁。针对农村配电网的特殊需求,提出一种基于多模态神经网络流量特征的网络应用层DDoS攻击检测方法。通过制定网络应用层流量数据包捕获流程并构建多模态神经网络模型,成功提取并分析了网络应用层DDoS攻击流量的特征。在加载DDoS攻击背景下的异常流量特征后,计算相关系数并设计相应的DDoS攻击检测规则,以实现对DDoS攻击的有效检测。经试验分析,所提出的方法在提取DDoS攻击相关特征上表现出色,最大提取完整度可达95%,效果明显优于对比试验中基于EEMD-LSTM的检测方法和基于条件熵与决策树的检测方法。

面向边缘计算的TCA1C DDoS检测模型

边缘计算弥补了传统云计算数据传输开销大的不足,但边缘网络中存储和计算资源受限的特殊性限制了其部署复杂安全算法的能力,更易受到分布式拒绝服务(DDoS)攻击。针对目前边缘网络中DDoS攻击检测方法性能不高、未对卸载任务分类处理、对多属性的流量处理能力弱的问题,提出一种基于任务分类的Attention-1D-CNN DDoS检测模型TCA1C,对通信链路中的流量按不同的卸载任务进行分类,使单个任务受到攻击时不会影响整个链路中计算任务卸载的安全性,再对同一任务下的流量提取属性值并进行归一化处理。处理后的数据输入到Attention-1D-CNN,通道Attention和空间Attention学习数据特征对DDoS检测的贡献度,利用筛选函数剔除低于特征阈值的冗余信息,降低模型学习过程的复杂度,使模型快速收敛。仿真结果表明:TCA1C模型在缩短DDoS检测所用时间的情况下,检测准确率高达99.73%,检测性能优于DT、ELM、LSTM和CNN;当多个卸载任务在面临特定攻击概率时,卸载任务分类能有效降低不同任务的相互影响,使终端设备的计算任务在卸载过程中保持较高的安全性。

SDN中基于统计与集成自编码器的DDoS攻击检测模型

软件定义网络(Software-defined Networking,SDN)是一种提供细颗粒集中网络管理服务的新型网络体系结构,主要有控制与转发分离、集中控制和开放接口基本特征。SDN由于控制层的集中管理逻辑,控制器被攻击者作为理想的分布式拒绝服务攻击(Distributed Denial-of-Service,DDoS)目标。然而,传统的基于统计的DDoS攻击检测算法常存在误报率高、阈值固定等问题;基于机器学习模型的检测算法常存在计算资源消耗大、泛化性差等问题。为此,文中提出了一种基于统计特征与集成自编码器的DDoS攻击双层检测模型。基于统计的方法提取Rényi熵特征,设置动态阈值判断可疑流量;基于集成自编码器算法对可疑流量进行更精确的DDoS攻击判断。双层检测模型不仅提升了检测效果,解决了误报率高的问题,同时还有效地缩短了检测时间,从而减少了计算资源的消耗。实验结果表明,该模型在不同网络环境下都有较高的准确率,不同数据集检测的F1值最低都达到了98.5%以上,表现出了很强的泛化性。

社交直播类App的DDoS防护策略研究

随着社交直播类手机应用(Application,App)软件的兴起,它们所面临的分布式拒绝服务(Distributed Denial of Service,DDoS)攻击威胁也日益严重。传统的高防服务器虽然能够抵御部分攻击,但存在严重的延迟和卡顿问题,容易误封正常用户,难以满足当下的安全需求。针对这些问题,文章提出了一种基于软件开发工具套件(Software Development Kit,SDK)的分布式云集群防护方案,通过部署大量分布式节点和SDK集成,实现了无上限防御DDoS和挑战黑洞(Challenge Collapsar,CC)攻击的能力,同时提升了用户的访问速度与体验。

基于机器学习的无线网络DDoS攻击检测方法

为提高分布式拒绝服务(Distributed Denial of Service,DDoS)攻击检出率,设计基于机器学习的无线网络DDoS攻击检测方法。首先,结合攻击时间序列构建无线网络DDoS攻击检测模型,利用深度学习设计无线网络DDoS攻击检测机制;其次,通过异常流量判断,对照相应的流表特征信息完成分类检测;最后,进行实验分析。实验结果表明,该方法的DDoS攻击检出率较低,优于对照组。

SDN环境中基于Bi-LSTM的DDoS攻击检测方案

针对5G物联网环境中海量接入设备带来的DDoS攻击威胁,同时考虑到软件定义网络SDN对5G物联网的适用性,提出了一种在SDN环境中利用长短期记忆LSTM网络检测DDoS攻击的方案,以提高对DDoS攻击检测的准确性。并采用分治算法思想,提出了一种轻量级分布式边缘计算架构OCM,在物联网中的空闲边缘节点部署基于Bi-LSTM的轻量级神经网络完成检测任务,在保证准确性的同时,增加了检测的灵活性。在ISCX2012数据集上评估了所提方案的有效性和可行性。实验结果表明,所提方案能够准确检测DDoS攻击并有效缓解DDoS攻击。

V2G网络中基于联邦学习和CNN-BiLSTM的DDoS攻击检测

DDoS攻击是V2G网络的重要威胁之一,它可以在短时间内耗尽服务器的通信资源。此前方法以集中式模型为主,将数据从边缘设备传输到中央服务器进行训练可能会将数据暴露给各种攻击。研究了一种基于联邦学习的入侵检测系统,首先,考虑到V2G网络数据的高维性和数据间的时间依赖性,将采集的数据通过改进的特征选择算法进行降维,减少冗余特征,再将处理后的数据传入到融合了卷积神经网络和双向长短时记忆网络的混合模型中,捕获数据中的时间依赖性,并引入批标准化防止神经网络训练过程中出现梯度消失问题;其次,为了防止隐私泄露,结合联邦学习的固有特性,允许数据留在本地用于神经网络模型的训练;为了解决联邦学习通信造成网络负载压力过大的问题,设计了一种通过设置动态通信阈值筛选参与更新最优边缘设备的方案以减轻网络负载压力。实验结果表明,该方法的准确率可以高达99.95%,单轮通信时间减少了1.7 s。

融合特征选择的随机森林DDoS攻击检测

现有基于机器学习的分布式拒绝服务(DDoS)攻击检测方法在面对愈发复杂的网络流量、不断升维的数据结构时,检测难度和成本不断上升。针对这些问题,提出一种融合特征选择的随机森林DDoS攻击检测方法。该方法选用基于基尼系数的平均不纯度算法作为特征选择算法,对DDoS异常流量样本进行降维,以降低训练成本、提高训练精度;同时将特征选择算法嵌入随机森林的单个基学习器,将特征子集搜索范围由全部特征缩小到单个基学习器对应特征,在提高两种算法耦合性的同时提高了模型精度。实验结果表明,融合特征选择的随机森林DDoS攻击检测方法训练所得到的模型,在限制决策树棵数和训练样本数量的前提下,召回率相较于改进前提升21.8个百分点,F1-score值提升12.0个百分点,均优于传统的随机森林检测方案。

SDN环境下DDoS攻击检测和缓解系统

分布式拒绝服务攻击(distributed denial of service,DDoS)是网络安全领域的一大威胁.作为新型网络架构,软件定义网络(software defined networking,SDN)的逻辑集中和可编程性为抵御DDoS攻击提供了新的思路.本文设计并实现了一个轻量级的SDN环境下的DDoS攻击检测和缓解系统.该系统使用熵值检测方法,并通过动态阈值进行异常判断.若异常,系统将使用更精确的决策树模型进行检测.最后,控制器通过计算流的包对称率确定攻击源,并下发阻塞流表项.实验结果表明,该系统能够及时响应DDoS攻击,具有较高的检测成功率,并能够有效遏制攻击.

基于网络安全芯片的DDoS攻击识别IP核设计

分布式拒绝攻击(distributed denial of service,DDoS)作为一种传统的网络攻击方式,依旧对网络安全存在着较大的威胁.本文研究基于高性能网络安全芯片SoC+IP的构建模式,针对网络层DDoS攻击,提出了一种从硬件层面实现的DDoS攻击识别方法.根据硬件协议栈设计原理,利用逻辑电路门处理网络数据包进行拆解分析,随后对拆解后的信息进行攻击判定,将认定为攻击的数据包信息记录在攻击池中,等待主机随时读取.并通过硬件逻辑电路实现了基于该方法的DDoS攻击识别IP核(intellectual property core),IP核采用AHB总线配置寄存器的方式进行控制.在基于SV/UVM的仿真验证平台进行综合和功能性测试.实验表明,IP核满足设计要求,可实时进行DDoS攻击识别检测,有效提高高性能网络安全芯片的安全防护功能.

Detecting and Mitigating DDOS Attacks in SDNs Using Deep Neural Network

Distributed denial of service(DDoS)attack is the most common attack that obstructs a network and makes it unavailable for a legitimate user.We proposed a deep neural network(DNN)model for the detection of DDoS attacks in the Software-Defined Networking(SDN)paradigm.SDN centralizes the control plane and separates it from the data plane.It simplifies a network and eliminates vendor specification of a device.Because of this open nature and centralized control,SDN can easily become a victim of DDoS attacks.We proposed a supervised Developed Deep Neural Network(DDNN)model that can classify the DDoS attack traffic and legitimate traffic.Our Developed Deep Neural Network(DDNN)model takes a large number of feature values as compared to previously proposed Machine Learning(ML)models.The proposed DNN model scans the data to find the correlated features and delivers high-quality results.The model enhances the security of SDN and has better accuracy as compared to previously proposed models.We choose the latest state-of-the-art dataset which consists of many novel attacks and overcomes all the shortcomings and limitations of the existing datasets.Our model results in a high accuracy rate of 99.76%with a low false-positive rate and 0.065%low loss rate.The accuracy increases to 99.80%as we increase the number of epochs to 100 rounds.Our proposed model classifies anomalous and normal traffic more accurately as compared to the previously proposed models.It can handle a huge amount of structured and unstructured data and can easily solve complex problems.

The History, Trend, Types, and Mitigation of Distributed Denial of Service Attacks

Over time, the world has transformed digitally and there is total dependence on the internet. Many more gadgets are continuously interconnected in the internet ecosystem. This fact has made the Internet a global information source for every being. Despite all this, attacker knowledge by cybercriminals has advanced and resulted in different attack methodologies on the internet and its data stores. This paper will discuss the origin and significance of Denial of Service (DoS) and Distributed Denial of Service (DDoS). These kinds of attacks remain the most effective methods used by the bad guys to cause substantial damage in terms of operational, reputational, and financial damage to organizations globally. These kinds of attacks have hindered network performance and availability. The victim’s network is flooded with massive illegal traffic hence, denying genuine traffic from passing through for authorized users. The paper will explore detection mechanisms, and mitigation techniques for this network threat.

基于深度强化学习的DDoS攻击检测方法研究

当前的分布式拒绝服务(Distributed Denial of Service,DDoS)攻击检测矩阵多为单向的,攻击检测的范围会受到限制。为此,提出基于深度强化学习的DDoS攻击检测方法。首先,根据实际的攻击检测需求及标准,提取初始DDoS攻击特征;其次,打破攻击检测范围的限制,设计多阶深度检测矩阵;最后,构建深度强化学习DDoS攻击检测模型,采用自适应判别的方法实现DDoS攻击检测处理。测试结果表明,最终得出的DDoS攻击检测F1值均可以达到0.5以上。

Web服务中心DDoS攻击的防范机制研究

在互联网时代,应用层的分布式拒绝服务(Distributed Denial of Service,DDoS)攻击已经成为公共网络的一大威胁,导致许多服务器无法提供服务并遭受严重破坏。为了应对这类攻击,提出一种综合防范策略。分析攻击行为的原理和方式,了解用户行为的差异性,设计流量监控系统,实时监测网络流量,并在检测到异常流量时及时警示管理员采取应对措施。此外,通过维护Web服务器的黑名单和使用数据过滤等技术,有效屏蔽不必要的流量。通过综合运用这些策略,可以有效防范应用层的分布式拒绝服务攻击,确保服务器的正常运行。

基于BP神经网络的DDoS攻击自主检测方法

分布式拒绝服务(Distributed Denial of Service,DDoS)攻击在网络中较为常见,但普通的DDos攻击检测方法难以对其追踪和防范,无法充分地考虑算法误差调整参数,导致检测精度较低。为此,提出基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的DDos攻击自主检测方法,分析DDos攻击特点,采用信源地址、目标地址、包协议等数据包信息,提取DDoS攻击网络特征。采用误差BP算法进行参数训练,采用梯度下降法对各参数进行更新,利用BP神经网络进行DDos攻击自主检测。实验结果表明,通过对DDoS攻击的检测,该方法的检测准确率达到93.87%,并且具有良好的泛化性能。

一种基于流量统计的DDoS攻击检测方法

介绍的方法可使网络设备检测出并消除DDOS攻击。通过进出受害者或攻击者数据包流量显著的不平衡特性,网络设备可以检测 出DDOS攻击。采用此方法的网络设备维护一个针对在线数据包的多层树,通过它监视数据包的流量特性。

DDoS攻击检测综述

结合DDoS攻击检测方法的最新研究情况,对DDoS攻击检测技术进行系统分析和研究,对不同检测方法进行比较,讨论了当前该领域存在的问题及今后研究的方向。

对DDoS攻击防范策略的研究及若干实现

DDoS(分布式拒绝服务攻击 )是攻击网络系统的一种先进方法。详细介绍了这种攻击方法的原理、类型 ,并以对Trinoo攻击的检测与防范为例 。

基于大偏差统计模型的Http-Flood DDoS检测机制及性能分析

针对Http洪泛Web DDoS(distributed denial of service)攻击,提出了一种检测机制.该机制首先采用型方法量化处理用户访问的网页序列,以得到用户访问不同网页的实际点击概率分布;然后,利用大偏差统计模型分析了用户访问行为的实际点击概率分布与网站先验概率分布的偏差;最后,依据大偏差概率检测恶意DDoS攻击.对该机制的性能进行仿真,结果表明,正常用户的大偏差概率大于恶意攻击者,并且大部分正常用户的大偏差概率大于10 36,而大部分恶意攻击者的大偏差概率则小于1040.由此,该机制能够有效地检测Http洪泛Web DDoS攻击,当检测门限设置为1060时,其有效检测率可达97.5%,而误检率仅为0.6%.另外,将该机制与基于网页转移概率的检测方法进行性能比较,结果表明,该检测机制的检测率优于基于网页专业概率的检测机制,并且在误检率小于5%的情况下,该机制的检测率比现有检测机制提高0.6%.