فصل پنجم (چهارچوب طرح پیشنهادی)

5-1- ارزیابی روشهای مبتنی بر ویولت ……………………………………………………………………… 45

5-1-1- پیشینه پژوهش ها در زمینه بکارگیری ویولت ……………………………………………… 45

5-1-2- استفاده از ضرایب تقریب ویولت و معیار انحراف استاندارد ………………………….. 48

5-1-3- استفاده از ضرایب ویولت و میانه برای پنجره های زمانی بطول 5 دقیقه ……….. 74

5-1-4- استفاده از ضرایب تقریب ویولت و معیار انحراف از میانگین ……………………….. 80

5-1-5- روش تشخیص مبتنی بر آستانه انتخابی ………………………………………………………. 81

5-2- استفاده از ابزارهای آنالیز داده اکتشافی …………………………………………………………… 82

5- 3- روش مبتنی بر شبکه عصبی ………………………………………………………………………….. 85

5-3-1- پیشینه پژوهش ها در زمینه استفاده از شبکه های عصبی………………………….. 86

5-3-2- روش تشخیص مبتنی بر آنالیز مولفه های اصلی و شبکه عصبی………………… 88

فصل ششم (ارزیابی تجربی و نتایج)6-1- نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………. 91

6-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………. 93

فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………….. 94

چکیده:

امروزه با پیشرفت چشمگیر زمینه ها در استفاده متبحرانه از شبکه های کامپیوتری (و خصوصاً اینترنت) لزوم برقراری امنیت و امکان تشخیص نفوذهای اخلال گرانه در آن بیش از گذشته مورد توجه قرار گرفته است. در همین راستا، رویکرد نظارت بر شبکه های کامپیوتری با استفاده از کنترل زمان حقیقی ترافیک در انواع مختلفی از سیستم های تشخیص نفوذ مبتنی بر شبکه و میزبان، ارزیابی و پیاده سازی می شود. این سیستم ها عموماً از تکنیکهای تطابق الگوها یا نشانه ها به عنوان هسته اولیه ساختار خود استفاده می کنند وبنابراین در شناسایی حملات ناشناخته ای که تاکنون الگویی برای تشخیص آنها وجود نداشته، عملکرد کارا و موثری ندارند.

در این پژوهش، ابتدا کارایی توابع ویولت نسل اول و دوم در سیستم تشخیص مبتنی بر تحلیل ویژگی ها و با استفاده از مجموعه داده DARPA1999 [6]، بررسی شده و در ادامه رویکرد دیگری از این سیستم ها با استفاده از شبکه های عصبی، مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این راستا، از تکنیک آنالیز مولفه های اصلی جهت کاهش ابعاد ویژگی ها استفاده شده است. مجموعه داده مورد استفاده در این سیستم تشخیص، KDD 99[4] بوده که مجموعه ای از اتصالات است که هر یک در قالب 41 ویژگی توصیف شده اند. مجموعه داده ی آموزش این سیستم شامل 22 نوع حمله می باشد که نوع آنها برچسب گذاری شده است. پس از اعمال PCA ، یک شبکه عصبی پرسپترون چندلایه ای براساس مجموعه ای از 45هزار اتصال آموزش داده می شود و سپس هر بار سه هزار اتصال بصورت تصادفی انتخاب شده و آزمایش می شود. نتایج حاصل از پیاده سازی نشان می دهد که استفاده از توابع ویولت نسل دوم در توسعه ی روشهای مشابه که پیشتر با استفاده از ویولت های نسل اول پیاده سازی شده بودند، تاثیر چشمگیری در بهبود عملکرد سیستم های تشخیص نفوذ نداشته اند. گرچه این دسته توابع را می توان به عنوان ابزاری برای پردازش داده ها جهت دستیابی به یک مدل مطلوب تر از داده های ورودی مورد توجه قرار داد. از سوی دیگر، ارزیابی روش مبتنی بر شبکه عصبی و PCA حاکی از عملکرد بسیار مطلوب این ساختار در سیستم های تشخیص نفوذ می باشد.

فصل اول

مقدمه:

بی شک با توجه به گسترش فراگیر تکنولوژی و رویکرد متنوع در استفاده از شبکه های کامپیوتری، بحث امنیت اطلاعات و تشخیص بموقع و درست حملات و نفوذها در آن از اهمیت روزافزونی برخوردار است.

1-1- تقسیم بندی سیستم های تشخیص نفوذ

عموماً تکنیکهای تشخیص به لحاظ ماهیت به دو گروه تقسیم می شوند: تشخیص سوء استفاده و تشخیص رفتار غیرعادی.

در روشهای مبتنی برتشخیص سوء استفاده، حملات در صورتی قابل شناسایی اند که بتوان اثرات آنها را با تحلیل رفتارهای ترافیک شبکه مشخص نمود. به عبارت دیگر، براساس مجموعه ای از الگوهای نفوذ و نیز تطابق رفتار مشاهده شده با یکی از مدل ها، امکان تشخیص نفوذ فراهم می گردد. اشکال عمده ی این روش در تشخیص حملات ناشناخته ای است که تاکنون الگویی برای آنها وجود نداشته و بنابراین با این سیستم قابل شناسایی نمی باشند. برای جبران این محدودیت، روش دیگری براساس تشخیص رفتارهای غیرعادی مطرح شد. در این رویکرد که برای نخستین بار در پژوهش دنینگ [1] مطرح شد، اساس سیستم تشخیص نفوذ مبتنی بر رفتارعادی سیستم بنا گذارده می شود. در نتیجه اکثر تکنیکهای تشخیص رفتار غیرعادی، همواره در تلاش برای ایجاد پروفایل های عملکرد نرمال با محاسبه و ارزیابی معیارهای گوناگون بوده اند. براین اساس یک حمله زمانی تشخیص داده می شود که رفتار سیستم در آن لحظه، از این پروفایل نرمال تخطی کند.

بنا بر پژوهش اکسلسون[2]، نخستین سیستم های تشخیص رفتار غیر عادی مبنایی خودآموز داشتند. به این معنا که خودشان رفتار نرمال سیستم را تبیین می کردند. اگرچه تکنیکهای یادگیری ماشین نتایج خوبی دربرداشتند اما هنوز با محدودیت های قابل ملاحظه ای برای تشخیص حملات جدید مواجه بودند. بدین سبب تکنیکهای پردازش سیگنال به عنوان جایگزینی کارآمدتر برای روش های پیشین مطرح شدند.

از سوی دیگر، سیستم های تشخیص نفوذ را از نظر منبع مورد بررسی میتوان در دو گروه دسته بندی نمود[3]: تشخیص نفوذ براساس مدل میزبان و تشخیص نفوذ براساس ترافیک شبکه.

در روش مبتنی بر میزبان، مبنای تحلیل عملکرد بر روی یک سیستم منفرد است و معمولاً این روش براساس فعالیت های کاربر سیستم مثل فراخوانی های سیستمی می باشد. اما در تشخیص نفوذ براساس ترافیک شبکه، کل ساختار و یا هریک از میزبان ها می تواند به عنوان دامنه ی پیاده سازی تکنیکها مدنظر قرار گیرد.

1-2- تعریف پروژه

در این پژوهش، هر دو روش تشخیص سوء استفاده و تشخیص رفتار غیرعادی را در قالب دو راهکار مختلف مورد بررسی قرار می گیرد. در این راستا، از دو نوع داده، شامل مجموعه های DARPA1999 و KDD1999 استفاده شده است مجموعه داده DARPA1999 شامل پنج هفته ترافیک یک شبکه شبیه سازی شده، درقالب فایل های TCPDUMP می باشد که هفته اول و سوم، ترافیک نرمال و هفته دوم، چهارم و پنجم، حملات را نیز دربرمی گیرد. بعلاوه، بررسی ها نشان می دهد در بسیاری از پژوهش های پیشین، سیستم های تشخیص نفوذ از داده های جریان شبکه (مثل net flow، sflow و ipfix) استفاده می کنند. اما در این پژوهش، طی یک پروسه پیش پردازش، از فایل های TCPDUMP، گزارش جریان گرفته شده و براساس برخی ویژگی های این گزارشات، سیستم تشخیص فرموله سازی می گردد.

بعلاوه، پیش از این در مجموعه داده های تشخیص نفوذ 1999 KDD CUP [4]، لی و همکاران، داده های نفوذ[1] را در قالب سه دسته از ویژگی ها مشخصه سازی کرده اند: ویژگی های اولیه[2]، ویژگی های محتوا[3] و ویژگی های ترافیک[4] [5] آنها سپس ارتباطات شبکه را با استفاده از 41 ویژگی، توصیف کردند. البته این رویکرد، حملات را تا حد ممکن پوشش می دهد. ولی بررسی بسته های شبکه با حجم بالایی از ویژگی ها، تشخیص نفوذهای آنلاین را تقریباً غیرممکن می سازد. درواقع، هدف انتخاب ویژگی ها، دستیابی به توصیف کامل همه ی فعالیت های مخرب شبکه نیست. بلکه مقصود آن، تبیین تعداد محدودی از نشانه هایی است که با آن می توان یک تشخیص موثر و کارا انجام داد.

راهکاری که براساس داده های DARPA1999 ارائه می شود، روشی مبتنی بر اعمال آنالیز ویولت بر برخی ویژگی های حاصل از یک پروسه پیش پردازش روی داده هاست. براساس این ضرایب ویولت، رفتار ترافیک نرمال و رفتار حملات شناسایی می شود. در ادامه، تشخیص دو حمله ی satan و smurf در این مجموعه داده را براساس این رویکرد بررسی می کنیم.

بعلاوه کارایی شبکه های عصبی به عنوان یکی از موفقیت آمیزترین ابزارهای تشخیص نفوذ در سالهای اخیر، مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. پیاده سازی این طرح براساس مجموعه داده KDD1999 انجام شده است. جهت بهبود کارایی این سیستم، با استفاده از PCA ، ابعاد بردار ورودی از 41 ویژگی به 7 ویژگی کاهش یافته است. نتایج بدست آمده، حاکی از بهبود قابل قبولی درافزایش نرخ تشخیص و کاهش اخطارهای نادرست می باشد.

1-3-هدف تحقیقدر این پژوهش، مبنای کار براساس کاربرد نسل جدید توابع ویولت و بطور اخص ویولت های نسل دوم می باشد که پیش از این در موارد مشابه بکار گرفته نشده است. بیش از آن، قصد داریم به این سوال اساسی پاسخ دهیم که “آیا با بهره گیری از توابع ویولت به نتایج مطلوب تری در تشخیص نفوذها و حملات شبکه دست خواهیم یافت؟”. امید است با مقایسه نتایج بدست آمده براساس کاربرد هریک از انواع توابع ویولت ذکر شده، گامی بسوی بهینه سازی روشهای پیشین برداریم.