Chương 1. Mục tiêu của dé tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.
Pham vi nghiên cứu. Controller Area Network - CAN. Tổng quan về mạng CAN. Các môi de dọa vê bảo mật.
Các mô hình học máy. Các mô hình học máy truyền thốn. Random Forest Classifier. Decision Tree Classifier.
Quadratic discriminant analysis 2. Gaussian Naive Bay€S. HH HH HH HH nh 10 2. Passive Aggressive Classifier.
Stochastic Gradient Descent Classifier. Các công cu hoc máy tự động. Auto SKÏ€arn.- ng TH nh ngờ 15 2. Các mô hình học sâu.
Convolutional Neural Network — CNN. Các mô hình học máy kết hop (hybrid mode]). CNN - Random FOT€SỂ. HH THẾ HH HH HH nh 17 2.
Phân loại một lớp cho dữ liệu không cân bằng. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN. Tổng quan về mô hình phát hiện tấn công. Phương thức thực hiện và đánh 914.
Môi trường thực nghiỆm. — Đánh gid các Im€fTICS. Các giai đoạn thực hiỆn. - --- G13 1*11 1193111111 119111 ng ng key 24 3.
Mô hình LSTM kết hợp CNN nhóm đề xuất. Thư viện CandatalOader. Các Function hỗ tỢ. Cách thức hoạt động.-- --- L1 S9 HH ng ng Hit 30 3.
Phương thức sử dụng.-- ship 30 Chương4. THỰC NGHIỆM VÀ DANH GIA. Các bộ dữ liệu về CAN Bus. SynCAN dataset - Synthetic CAN Bus data.
CAN Dataset for Intrusion detection (OTTIDS). Survival Analysis Dataset for Automobile IDS. Car hacking for Intrusion DefecfIOn. | Automotive CAN Bus Intrusion Dataset v2.
Real ORNL Automotive Dynamometer (ROAD) CAN Intrusion Dataset 37 4. Xử lí đữ liệu — Trích xuất đặc 011 -. Xử lí dữ liỆU.- QC HS Hy 37 4. Trích xuất đặc trưng — Features extraction.
Thực nghiệm bộ dữ liệu SynCAN với các mô hình học máy truyền thống và các công cụ tự đỘn.- --c k1 1111111191 n TH TH TH TH TH TH HH HH 40 4. Sklearn Random Forest CÏaSSITIT. | TPOT— Automated machine learning tOOÏ.G- SH ng ng 43 4. HH HH ri 45 4.
_ PyCaret— Automated machine learning tool. Decision Tree CÏaSSIÍI€T. Ăn HH ng rưệt 48 4. AutoSklearn— Automated machine learning tool.
Thực nghiệm phương pháp One-class classification áp dung cho 4 thuật toán SVM, Isolation forest, Minimum Covariance Determinant và Local outlier factor51 4. One-class classification cho SVM. One-class classification cho Isolation ÍOr€Sf. One-class classification cho Minimum Covariance Determinant.
One-class classification cho Local outlier faCtOr. Thực nghiệm với mô hình CNN kết hợp SVM. Mô hình LSTM kết hop CNN dé xuate. Thử nghiệm với các mô hình phô biên và so sánh kêt quả với mô hình đê xuat 63 4.
Quadratic Discriminant AnaÌyS1S. Gaussian Naive Baye©S. ch nHnnHHnHnHHnHnH kg 66 4. Passive Agressive CÏaSSIÍIGT.- SG HH ng kg 71 4.
Stochastic Gradient Descent CÏassIfIer. So sánh kết quả thực nghiệm với các nghiên cứu khác. | TONG KET VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÉN. St TT 1121121121111 11 1101121121111 11111 111gr g 78 5.
Hướng phat trin.211 crxe 79 TÀI LIEU THAM KHẢO.- 5-56 SE SE‡EEEESEESEEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkEEkrkrrkrkrrvee 80 DANH MỤC HÌNH Hình 2-1: Cơ chế hoạt động của Random TFOT€S. - s5 S5 + ++vvseeereeeerseees 6 Hình 2-2: Cơ chế hoạt động của K-Neighbor Classifier.-- ¿5-5 s2 s+cs+£zzs27 Hình 2-3: Cơ chế hoạt động của Decision “TT€€.-- - --- - + tk tre9 Hình 2-4: Công thức phân phối Gaussian Naive Bayes.--- 2 2+ sccccsz 11 Hình 2-5: Bài toán Perceptron. ce eeeescecssceessecescecesceeeeeesaeesseecseeeseeesaecesaeeeneeseaes 12 Hình 2-6: Cơ chế của thuật toán Passive Aggressive .---:-©5c©ccccccccerecres 13 Hình 2-7: Cơ chế hoạt động của TPOTT. ¿2-2 E+EE+EE+E£+E£E£Eerkerxerkersrree 14 Hình 2-8: Cơ chế hoạt động của CNN.- -- c H HH HS HH HH ng krưưn 16 Hình 3-1: Mô hình phát hiện tan công .----¿- 2: +¿©2+++¿+Ex+2E++Ex+erxezrxrrreeree 19 Hình 3-2: Tinh Accuracy trên SKÏ€aT7Tn.- G5 + 1111 1 1 ng ng 21 Hình 3-3: Confusion matrix .c- 2 2c 0112308951901 910 191v vn nh nh rn 22 Hình 3-4: Luồng hoạt động của thư viện CANDataloader.----:--s¿2=5+ 29 Hình 4-1: Quy trình xử lí các bộ dữ liệu.-- -- ¿+25 +2 +E+seerseeeeeerereers 38 Hình 4-2: Quy trình xử lí bộ dữ liệu Automotive CANBus Intrusion Dataset v2.39 Hình 4-3: Sơ đồ luồng hoạt động của Random Foresi.----: 2 s¿cszs+c++ 41 Hình 4-4: So đồ luồng hoạt động của TPPOTT.-- 2-2 2+ £+++£E+£E++Es+rxerxezez 42 Hình 4-5: Sơ đồ luồng hoạt động của KNeighbors.----- 2-2 252 x+cxzs+zsz +2 43 Hình 4-6: Sơ đồ luồng hoạt động của TabÌNet.-- 2-5 2 22££+E+Ee£Eerxerxersree 45 Hình 4-7: Sơ đồ luồng hoạt động của PyCaret .------- 2 z+cz+xecxerxerxerxersrree 47 Hình 4-8: Sơ đồ luồng hoạt động của Decision Tree Classifier.------- 48 Hình 4-9: Sơ đồ luồng hoạt động của Auto Sklearn.------s:©s¿©csz+cs+cs+sc+z 50 Hình 4-10: Sơ đồ mô hình CNN kết hợp SVM.--2-©2¿©22 ++xvzEczrxerxerxcrex 58 Hình 4-11: Sơ đồ mô hình LSTM kết hợp CNN.----¿- 2: 22 ©5z+cx2zxvcxesree 60 Hình 4-12: Sơ đồ hoạt động của Quadratic Discriminant Analysis.---- 64 Hinh 4-13: So dé hoat động của Gaussian Naive Bayes.
se 67 Hình 4-14: Sơ đồ hoạt động của thuật toán Perceptron.-----s sex 69 Hình 4-15: Sơ đồ hoạt động của Passive Aggressive Classifier.---- 71 Hình 4-16: So đồ hoạt động của Stochastic Gradient Descent.-- --‹-- 74 DANH MỤC BANG Bảng 3-1: Các giai đoạn thực hiỆn. -- óc 3c 1321139111 9111111 11 811 re 25 Bang 3-2: Các layer của mô hình dé xuất .-- - 2 2 s2 +2 +2 E£+E+Ee£Eerxerxerszxee 27 Bảng 4-1: Tổng hợp số lượng tin nhắn trong bộ dữ liệu Survival Analysis Dataset for Automobile [IDS.- - + s1 vn ng TH Hư 34 Bảng 4-2: Tổng hợp số lượng tin nhắn trong bộ Car hacking for Intrusion Detection. 35 Bang 4-3: Kết quả thu được khi thử nghiệm SynCAN và Random Forest. 42 Bang 4-4: Kết quả thu được khi thử nghiệm SynCAN và KNeighbors.
44 Bảng 4-5: Kết quả thu được khi thử nghiệm SynCAN và TabNet. 46 Bảng 4-6: Kết quả thu được khi thử nghiệm SynCAN va Decision Tree. 49 Bảng 4-7: Kết quả thu được khi thử nghiệm SynCAN và AutoSklearn. 51 Bang 4-8: Kết quả thu được khi thử nghiệm One-class SVM.------- 54 Bang 4-9: Kết quả thu được khi thử nghiệm One-class isolation forest.- 55 Bang 4-10: Kết quả thu được khi thử nghiệm Minimum Covariance Determinant .56 Bảng 4-11: Kết quả thu được khi thử nghiệm Local Outlier Fator.57 Bảng 4-12: Kết quả thu được khi thực hiện thử nghiệm với mô hình CNN — SVM60 Bảng 4-13: Kết quả thu được khi thực hiện thử nghiệm mô hình CNN — LSTM.63 Bảng 4-14: Kết quả thu được khi thực hiện thử nghiệm Quadratic Discriminant 15100 HH -:.
66 Bang 4-15: Kết quả thu được khi thực hiện thử nghiệm Gaussian Naive Bayes.68 Bảng 4-16: Kết quả thu được khi thực hiện thử nghiệm thuật toán Perceptron. 71 Bảng 4-17: Kết quả thu được khi thực hiện thử nghiệm Passive Aggressive Classifier. 73 Bảng 4-18: Kết quả thu được khi thực hiện thử nghiệm Stochastic Gradient Descent Bang 4-19: Bảng so sánh các chỉ số trên bộ dit liệu Car Hacking. ----77 DANH MỤC TU VIET TAT TU NOI DUNG DIEN GIAI Giao thức truyền thông nỗi tiếp hỗ CAN Controller Area Network trợ những hệ thống điều khién thời gian thực AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo CNN Convolutional Neural Network Mang no ron tich chap IDS Intrusion Detection System Hệ thống phát hiện xâm nhập SVM Support Vector Machine May véc tơ hỗ trợ QDA Quadratic Discriminant Analysis Phân tích phân biệt Thuật toán Stochastic Gradient SGD Stochastic Gradient Descent Descent TÓM TẮT KHÓA LUẬN Sự phát triển nhanh chóng của xe tự lái va xe thông minh trong thời gian qua khiến cho chúng trở thành mục tiêu mới cho các hacker trên mỗi hành trình.
Cốt lõi của xe tự lái, mạng CAN Bus, là một hệ thống liên kết các thiết bị điện tử trong ô tô, cho phép truyền thông tin và điều khiển các thành phần khác nhau dé vận hành phương tiện. Chính vì vậy, việc bảo vệ hệ thông mạng CAN Bus khỏi các tan công từ bên ngoài trở nên cực kỳ quan trọng. Các tấn công như tấn công tu chối dịch vụ (DoS), chèn tin nhắn giả mạo,. có thể trực tiếp gây ảnh hưởng, thay đổi hành vi của phương tiện, gây nguy hiểm trực tiếp đến người dùng trong mỗi chuyến đi.
Trong quá trình thực hiện, chúng tôi đã tiến hành thu thập, phân tích, xử lí và tổng hợp các bộ dữ liệu liên quan đến các cuộc tấn công vào mạng CAN Bus, đồng thời nghiên cứu và áp dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo vào việc phân tích tin nhắn dé phát hiện các tân công một cách có hiệu quả nhât. Thông qua đề tài khóa luận này, chúng tôi mong muốn sẽ mang lại được một thư viện chuyên cung cấp dữ liệu về CAN Bus, và đề xuất được một mô hình trí tuệ nhân tạo có hiệu suat tot, đóng góp vào các nghiên cứu vê hệ thông mạng CAN Bus về sau. Tên đề tài XÂY DUNG HỆ THONG PHAT HIỆN TAN CONG CHO HE THONG MANG CAN BUS (Building an Intrusion Detection System for Controller Area Network (CAN) Bus System) 1. Đặt van đề Hệ thống mang CAN Bus đã trở thành một phan quan trọng trong lĩnh vực 6 tô và điện tử.
Với khả năng truyền thông tin nhanh chóng và đáng tin cậy, CAN Bus cho phép các thành phần điện tử trong một phương tiện giao tiếp với nhau một cách hiệu quả. Tuy nhiên, với sự gia tăng đáng ké về sự phức tạp và tính năng của các hệ thống ô tô hiện đại, cùng với sự phát triển của các công nghệ kết nối thông minh và xe tự lái, các vấn đề liên quan đến an ninh và an toàn của hệ thống mạng CAN Bus đã trở thành một mối quan tâm đáng kể. Một loại tan công phô biến trên hệ thống mang CAN Bus là tan công giả mao tin nhăn. Trong tan công này, kẻ tan công can thiệp vào giao tiếp trên mạng CAN Bus và gửi các tin nhăn giả mạo đến các thành phần điện tử trong phương tiện.
Giả sử có một hệ thong 6 tô được trang bi mạng CAN Bus, trong đó các thành phần điện tử như động cơ, hệ thông điều khiển phanh và hệ thống giảm xóc đều giao tiếp với nhau qua mạng CAN Bus. Kẻ tấn công đã tìm cách truy cập và can thiệp vào hệ thống này và gửi một tin nhắn giả mạo cho hệ thống điều khiển phanh trên mạng CAN Bus, với nội dung tốc độ của xe đã vượt quá giới hạn an toàn. Hệ thống điều khiển phanh, nhận được tin nhắn giả mạo này, sẽ tin răng tốc độ của xe quá cao và thực hiện các biện pháp phanh khan cấp. Điều này có thé dẫn đến việc xe bị phanh gấp đột ngột, gây hư hại các bộ phận của phương tiện và nguy hiểm trực tiếp cho người lái và hành khách.
Tóm lại, vấn đề cần giải quyết là xây dựng một Hệ thống Phát hiện xâm nhập (Intrusion Detection System - IDS) hiệu qua cho hệ thong CAN Bus. Su thiéu hụt các cơ chế bảo mật vững chắc trong giao thức CAN tạo ra một thách thức lớn, vì nó cho phép những kẻ tan công tiềm năng can thiệp hoặc làm gián đoạn các chức năng quan trọng của phương tiện, gây ra nguy cơ về an toàn và riêng tư nghiêm trọng.