Nghiên Cứu Khả Năng Chống Tấn Công Đối Kháng Của Hệ Thống Phát Hiện Xâm Nhập Dựa Trên Machine Learning

• Tác giả: Phan Thị Tuyết Lan
• Người hướng dẫn: ThS. Nghi Hoàng Khoa
• Trường học: Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Ngành An toàn Thông tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Chống Tấn Công Đối Kháng Của Hệ Thống Phát Hiện Xâm Nhập Dựa Trên Machine Learning
• Loại tài liệu: khóa luận
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Cấu trúc khóa luận tốt nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Intrusion Detection System
• 2.2. Machine Learning và Deep Learning
• 2.3. Các thuật toán thường được sử dụng
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
• 3.1. Tổng quan về mô hình
• 3.1.1. Phase 1: Probe Phase
• 3.1.2. Phase 2: Create adversarial traffic phase
• 3.1.3. Phase 3: Another adversarial traffic generation phase
• 3.1.4. Phase 4: Execute attack phase
• 3.1.5. Phase 5: Defense Adversarial Training
• 3.2. Bộ phân loại
• 3.2.1. Gaussian Naive Bayes - GNB
• 3.2.2. Decision Trees - DT
• 3.2.3. Logistic Regression - LR
• 3.2.4. Deep Neural Networks - DNN
• 3.2.5. Long Short Term Memory - LSTM
• 3.3. Mô hình của các thuật toán tấn công đối kháng
• 3.3.1. Fast Gradient Sign Method - FGSM
• 4. CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Thiết lập thí nghiệm
• 4.1.1. Môi trường cần thiết
• 4.1.2. Tiêu chí đánh giá
• 4.1.3. Tập dữ liệu
• 4.1.4. Adversarial Examples Attack
• 4.1.5. Phân chia dữ liệu
• 4.2. Triển khai kịch bản thí nghiệm
• 4.2.1. Hiệu suất của các Detector trước dữ liệu gốc
• 4.2.2. Tấn công đối kháng và Transferability
• 4.2.3. Attack Defense dùng Adversarial Training
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Khả Năng Chống Tấn Công Đối Kháng

Nghiên cứu khả năng chống tấn công đối kháng của hệ thống phát hiện xâm nhập (IDS) dựa trên machine learning đang trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực an ninh mạng. Các hệ thống IDS ngày càng được cải tiến để phát hiện các hành vi xâm nhập, nhưng sự xuất hiện của các cuộc tấn công đối kháng đã đặt ra nhiều thách thức mới. Việc hiểu rõ về khả năng chống lại các tấn công này là rất quan trọng để bảo vệ hệ thống khỏi những mối đe dọa ngày càng tinh vi.

1.1. Định Nghĩa Hệ Thống Phát Hiện Xâm Nhập

Hệ thống phát hiện xâm nhập (IDS) là công cụ quan trọng trong an ninh mạng, giúp giám sát và phát hiện các hoạt động bất thường. IDS có thể được phân loại thành nhiều loại, bao gồm NIDS và HIDS, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Machine Learning Trong An Ninh Mạng

Machine learning đã trở thành một phần không thể thiếu trong các hệ thống IDS hiện đại. Các mô hình học máy giúp cải thiện khả năng phát hiện các cuộc tấn công mạng, nhưng cũng đồng thời tạo ra những thách thức mới với các cuộc tấn công đối kháng.

II. Vấn Đề Tấn Công Đối Kháng Đối Với Hệ Thống IDS

Tấn công đối kháng là một trong những thách thức lớn nhất mà các hệ thống IDS phải đối mặt. Các cuộc tấn công này được thiết kế để đánh lừa các mô hình học máy, khiến chúng không thể phát hiện được các hành vi xâm nhập. Điều này không chỉ gây ra thiệt hại cho hệ thống mà còn làm giảm độ tin cậy của các giải pháp an ninh mạng.

2.1. Các Dạng Tấn Công Đối Kháng Phổ Biến

Có nhiều dạng tấn công đối kháng khác nhau, bao gồm FGSM, Deepfool và C&W. Mỗi dạng tấn công có cách thức hoạt động riêng, nhưng đều nhằm mục đích làm cho các mô hình học máy đưa ra kết quả sai lệch.

2.2. Hệ Quả Của Tấn Công Đối Kháng Đối Với An Ninh Mạng

Tấn công đối kháng có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, từ việc mất mát dữ liệu đến thiệt hại tài chính. Ví dụ, vụ tấn công vào Sony Pictures đã cho thấy sự nguy hiểm của các cuộc tấn công này.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Khả Năng Chống Tấn Công Đối Kháng

Để nghiên cứu khả năng chống tấn công đối kháng, nhóm nghiên cứu đã áp dụng mô hình Generative Adversarial Network (GAN) kết hợp với Multimodal Learning. Phương pháp này cho phép tạo ra các mẫu đối kháng nhằm đánh lừa các hệ thống IDS, từ đó đánh giá khả năng phòng thủ của chúng.

3.1. Sử Dụng Mô Hình GAN Để Tạo Mẫu Đối Kháng

Mô hình GAN được sử dụng để tạo ra các mẫu đối kháng, giúp đánh lừa các hệ thống IDS. Việc này không chỉ giúp kiểm tra khả năng phát hiện mà còn đánh giá tính chuyển giao của các mẫu đối kháng.

3.2. Đánh Giá Khả Năng Phòng Thủ Của Hệ Thống IDS

Khả năng phòng thủ của các hệ thống IDS được đánh giá thông qua việc sử dụng các mẫu đối kháng đã tạo ra. Các phương pháp như Adversarial Training cũng được áp dụng để cải thiện khả năng chống lại các cuộc tấn công.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu Về IDS

Nghiên cứu về khả năng chống tấn công đối kháng của hệ thống IDS có nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực an ninh mạng. Các kết quả nghiên cứu có thể giúp cải thiện các giải pháp bảo mật hiện có, đồng thời cung cấp thông tin quý giá cho các tổ chức trong việc bảo vệ hệ thống của họ.

4.1. Cải Thiện Các Giải Pháp Bảo Mật Hiện Tại

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải thiện các giải pháp bảo mật hiện tại, giúp các hệ thống IDS trở nên hiệu quả hơn trong việc phát hiện các cuộc tấn công.

4.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Mới

Nghiên cứu cũng mở ra các hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực an ninh mạng, từ việc phát triển các mô hình học máy mới đến việc cải thiện các phương pháp phòng thủ.

V. Kết Luận Về Khả Năng Chống Tấn Công Đối Kháng

Khả năng chống tấn công đối kháng của hệ thống IDS là một vấn đề quan trọng trong an ninh mạng. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các cuộc tấn công đối kháng mà còn cung cấp các giải pháp để cải thiện khả năng phòng thủ của các hệ thống IDS trong tương lai.

5.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng mô hình GAN kết hợp với các thuật toán tạo mẫu đối kháng có thể giúp đánh giá khả năng chống lại các cuộc tấn công đối kháng của hệ thống IDS.

5.2. Đề Xuất Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Các hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc cải thiện các mô hình học máy và phát triển các phương pháp phòng thủ mới để đối phó với các cuộc tấn công ngày càng tinh vi.