شماره ركورد
34578
پديد آورنده
مصطفي الزبيدى
عنوان
يادگيري فدرال براي تشخيص تهديد توزيعشده در شبكههاي نرمافزاري تعريفشده با استفاده از مجموعه داده TON-IOT
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
شبكه هاي كامپيوتر
سال تحصيل
1404
تاريخ دفاع
1404/11/18
استاد راهنما
دكتر ناصر مزيني
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده مهندسي كامپيوتر
چكيده
چكيده
اين پاياننامه يك سيستم تشخيص نفوذ توزيع شده مبتني بر يادگيري فدرال (FL-DIDS) را براي شبكههاي نرمافزارمحور (SDN) پيشنهاد ميكند كه به چالش اساسي ميان حاكميت متمركز و امنيت غيرمتمركزِ حفظكننده حريم خصوصي ميپردازد. سيستمهاي تشخيص نفوذ استاندارد در SDN از تجميع دادههاي متمركز استفاده ميكنند كه منجر به كندي ارتباطات، افزايش هزينهها و بالا رفتن مخاطرات حريم خصوصي ميشود. از سوي ديگر، سيستمهاي كاملاً توزيع شده، ديد كلي (Global Visibility) كنترلر را از دست ميدهند. معماري پيشنهادي FL-SDN سلسلهمراتبي، با اجازه دادن به تجهيزات صفحه داده (Data-plane) براي آموزش مدلهاي محلي بر روي ترافيك خود و انجام تجميع سراسري توسط كنترلر SDN، اين مشكلات را برطرف ميكند.
در اين پژوهش، از يك مدل پرسپترون چندلايه (MLP) سبكوزن و الگوريتم FedProx براي پايدارتر كردن همگرايي در شرايط دادههاي غير IID (كه در شبكههايي با تجهيزات متنوع رايج است) استفاده شده است. براي آزمايش در سناريوهاي دنياي واقعي، از مجموعه داده TON-IoT استفاده شد كه نشاندهنده تهديدات چندبرداره مبتني بر اينترنت اشيا (IoT) مانند حملات DDoS، باجافزارها و حملات درِ پشتي (Backdoor) است. سيستم FL-DIDS پيشنهادي به امتياز F1 معادل 0.9582 در مجموعه داده آزمون دست يافت كه تنها 2.56٪ كمتر از مدل مرجع (Baseline) كاملاً متمركز است.
اين دستاورد يك بهبود بزرگ نسبت به نسخههاي پيشين محسوب ميشود كه هزينه ارتباطي بسيار بالايي داشتند و دادهها را در يك مكان متمركز ميكردند. تحليل همگرايي نشان داد كه سيستم به سرعت و در ظرف 9 دور ارتباطي به پايداري رسيده و بهترين عملكرد در هزينه ارتباطي كل حدود 1.5 مگابايت حاصل شده است. اين يافتهها، امكانسنجي يادگيري فدرال سلسلهمراتبي را به عنوان راهكاري مقياسپذير و منطبق بر استانداردهاي حريم خصوصي براي سيستمهاي SDN-IoT تأييد ميكند. بدين ترتيب، اين پاياننامه يك چارچوب معماري تأييد شده ارائه ميدهد كه امنيت شبكههاي توزيع شده را از طريق هوش مشاركتي ارتقا بخشيده و همزمان از حريم خصوصي كاربران محافظت ميكند.
كلمات كليدي: شبكههاي نرمافزارمحور (SDN)، يادگيري فدرال (FL)، سيستم تشخيص نفوذ توزيع شده (DIDS)، دادههاي غير IID، مجموعه داده TON-IoT.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/06
عنوان به انگليسي
FEDERATED LEARNING FOR DISTRIBUTED THREAT DETECTION IN SOFTWARE-DEFINED NETWORKS USING THE TON-IOT DATASET
تاريخ بهره برداري
2/7/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مصطفي الزبيدي
چكيده به لاتين
This thesis aims to address the pressing issue of security and privacy in SDN networks by introducing a Federated Learning-based Distributed Intrusion Detection System (FL-DIDS) for Software Defined Networks (SDN), addressing the inherent trade-off between central management and decentralized security. In traditional SDN-based intrusion detection systems, data aggregation is done in a centralized fashion, making communication slower and more expensive, while also being risky to the privacy of the system. On the other hand, a completely decentralized system would negate the global knowledge of the SDN controller. Though there has been some research done on FL-based IDS (Intrusion Detection Systems) in the past, the existing solutions have difficulty handling data that is not Independent and Identically Distributed and have not been validated using IoT data sets. The proposed Hierarchical FL-based SDN architecture would overcome these problems by allowing data plane devices to perform local model training and the SDN controller to perform global aggregation.
A lightweight MLP model and the FedProx algorithm were employed to ensure the convergence of the model even in the presence of a non-IID data distribution, which is common in networks due to the presence of different devices. The TON-IoT dataset was used for testing the practicality of the model. This showed the practicality of IoT-based multi-vector attacks like DDoS, ransomware, and backdoor attacks. The performance of the proposed Federated Learning framework is shown to achieve a high F1-score of 0.9582 on the test set. This is a high performance for the model, showing a reduction of merely 2.56% compared to a completely centralized approach.
Moreover, the convergence analysis showed that the model was able to converge in a matter of nine communication rounds. It was also found that the best performance was achieved at a communication cost of 1.5 MB. This shows the practicality of the Hierarchical Federated Learning approach for the SDN-IoT architecture. This thesis thus proves the architectural framework for the improvement of the field of distributed network security while ensuring the privacy of users. Moreover, the privacy of users is ensured due to the local processing of the data and the use of the Hierarchical Federated Learning approach.
كليدواژه هاي فارسي
شبكههاي نرمافزارمحور (SDN) , يادگيري فدرال (FL) , سيستم تشخيص نفوذ توزيع شده (DIDS)،
كليدواژه هاي لاتين
Software-Defined Networking (SDN) , Federated Learning (FL) , Distributed Intrusion Detection System (DIDS)
Author
MUSTAFA ALZUABIDI
SuperVisor
Dr. Naser Mozayani