With their widespread popularity, web services have become the main targets of various cyberattacks. Existing traffic anomaly detection approaches focus on flow-level attacks, yet fail to recognize behavior-level attacks, which appear benign in individual flows but reveal malicious purpose using multiple network flows. To transcend this limitation, we propose a novel unsupervised traffic anomaly detection system, BLADE, capable of detecting not only flow-level but also behavior-level attacks in web services. Our key observation is that application-layer operations of web services exhibit distinctive communication patterns at the network layer from a multi-flow perspective. BLADE first exploits a flow autoencoder to learn a latent feature representation and calculates its reconstruction losses per flow. Then, the latent representation is assigned a pseudo operation label using an unsupervised clustering method. Next, an anomaly score is computed based on the reconstruction losses. Finally, the triplets of timestamps, pseudo labels, and anomaly scores from multiple flows are aggregated and fed into a one-class classifier to characterize the behavior patterns of legitimate web operations, enabling the detection of flow-level and behavior-level anomalies. BLADE is extensively evaluated on both the custom dataset and the CIC-IDS2017 dataset. The experimental results demonstrate BLADE's superior performance, achieving high F1 scores of 0.9732 and 0.9801, respectively, on the two datasets, and outperforming traditional single-flow anomaly detection baselines.


翻译:随着Web服务的广泛普及,其已成为各类网络攻击的主要目标。现有的流量异常检测方法主要关注流级攻击,但无法识别行为级攻击,这类攻击在单个网络流中看似良性,却通过多个网络流展现出恶意意图。为突破这一局限,我们提出了一种新颖的无监督流量异常检测系统BLADE,该系统能够检测Web服务中的流级及行为级攻击。我们的核心观察是:从多流视角看,Web服务的应用层操作在网络层展现出独特的通信模式。BLADE首先利用流自编码器学习潜在特征表示,并计算每个流的重构损失;随后,通过无监督聚类方法为潜在特征分配伪操作标签;接着,基于重构损失计算异常分数;最后,将来自多个流的时间戳、伪标签和异常分数三元组进行聚合,输入至一类分类器以刻画合法Web操作的行为模式,从而实现流级和行为级异常的检测。我们在自定义数据集和CIC-IDS2017数据集上对BLADE进行了全面评估。实验结果表明,BLADE在两个数据集上分别取得了0.9732和0.9801的高F1分数,性能优于传统的单流异常检测基线方法,展现出卓越的检测能力。

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