Due to the rise of Industrial Control Systems (ICSs) cyber-attacks in the recent decade, various security frameworks have been designed for anomaly detection. While advanced ICS attacks use sequential phases to launch their final attacks, existing anomaly detection methods can only monitor a single source of data. Therefore, analysis of multiple security data can provide comprehensive and system-wide anomaly detection in industrial networks. In this paper, we propose an anomaly detection framework for ICSs that consists of two stages: i) blockchain-based log management where the logs of ICS devices are collected in a secure and distributed manner, and ii) multi-source anomaly detection where the blockchain logs are analysed using multi-source deep learning which in turn provides a system wide anomaly detection method. We validated our framework using two ICS datasets: a factory automation dataset and a Secure Water Treatment (SWAT) dataset. These datasets contain physical and network level normal and abnormal traffic. The performance of our new framework is compared with single-source machine learning methods. The precision of our framework is 95% which is comparable with single-source anomaly detectors.


翻译:由于工业控制系统(ICS)网络攻击最近十年的兴起,设计了各种安全框架,以探测异常点;先进的ICS攻击使用连续阶段来发起最后攻击,而现有的异常点探测方法只能监测单一的数据源;因此,对多个安全数据的分析可以提供工业网络中全面和全系统的异常点探测;在本文件中,我们建议为ICS建立一个异常点探测框架,分为两个阶段:一) 以链式记录为基础,以安全和分布方式收集ICS装置的日志;二) 多源异常点探测,利用多源深层学习对块状链记录进行分析,从而提供系统范围的异常点探测方法。我们使用ICS的两个数据集,即工厂自动化数据集和安全水处理数据集(SWAT)验证了我们的框架。这些数据集包含物理和网络水平正常和异常流量。我们的新框架的性能与单一来源机器学习方法进行了比较。我们框架的精确度为95%,与单一来源异常点探测器相近。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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