F-NIDS: Sistema de Detecção de Intrusão baseado em Aprendizado Federado
Resumo
Nesta dissertação, abordamos os desafios de escalabilidade e segurança enfrentados por Sistemas de Detecção de Intrusão de Rede (NIDS) distribuídos em cenários de IoT, decorrentes de preocupações com privacidade. Para superar esses desafios, propomos o F-NIDS (Federated Network Intrusion Detection System), um sistema modelado com base no Federated Learning (FL), integrando técnicas de comunicação assíncrona e Privacidade Diferencial (DP). Além disso, foram desenvolvidas três estratégias para equilibrar desempenho e privacidade. Os resultados demonstram que o F-NIDS alcançou alta robustez e desempenho, com valores de detecção superiores em cenários distribuídos. A estratégia de ajuste de parâmetros permitiu identificar o nível ideal de ruído gaussiano, garantindo a preservação da privacidade sem comprometer a acurácia. Portanto, o F-NIDS representa um avanço no estado da arte, combinando escalabilidade, segurança e privacidade em sistemas distribuídos, ratificando sua eficácia e potencial para redefinir os padrões de detecção de intrusões em ambientes de IoT.
Referências
Bertino, E. and Islam, N. (2017). Botnets and internet of things security. Computer, 50(2):76–79.
Cabrero-Holgueras, J. and Pastrana, S. (2021). sok: Privacy-preserving computation techniques for deep learning. Proceedings on Privacy Enhancing Technologies, 2021(4):139–162.
Cavalcante, I. C., Meneguette, R. I., Torres, R. H., Mano, L. Y., Gonçalves, V. P., Ueyama, J., Pessin, G., Amvame Nze, G. D., and Rocha Filho, G. P. (2022). Federated system for transport mode detection. Energies, 15(23):9256.
Chaabouni, N., Mosbah, M., Zemmari, A., Sauvignac, C., and Faruki, P. (2019). Network intrusion detection for iot security based on learning techniques. IEEE Communications Surveys Tutorials, 21(3):2671–2701.
Chen, H., Hussain, S. U., Boemer, F., Stapf, E., Sadeghi, A. R., Koushanfar, F., and Cammarota, R. (2020). Developing privacy-preserving ai systems: The lessons learned. In 2020 57th ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), pages 1–4.
Fowler, M. (2002). Patterns of Enterprise Application Architecture. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., USA.
Fredrikson, M., Jha, S., and Ristenpart, T. (2015). Model inversion attacks that exploit confidence information and basic countermeasures. In Proceedings of the 22nd ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security, CCS ’15, page 1322–1333, New York, NY, USA. Association for Computing Machinery.
Hohpe, G. and Woolf, B. (2003). Enterprise Integration Patterns: Designing, Building, and Deploying Messaging Solutions. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., USA.
Myers, J., Frieden, T., Bherwani, K., and Henning, K. (2008). Ethics in public health research: Privacy and public health at risk: Public health confidentiality in the digital age. American journal of public health, 98:793–801.
Oliveira, J., Meneguette, R., Gonçalves, V., Jr., R. S., Guidoni, D., Oliveira, J., and Filho, G. R. (2023). F-nids – sistema de detecção de intrusão descentralizado com base em aprendizado federado. In Anais do XLI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos, pages 29–42, Porto Alegre, RS, Brasil. SBC.
Oliveira, J. A., Gonçalves, V. P., Meneguette, R. I., de Sousa, R. T., Guidoni, D. L., Oliveira, J. C., and Rocha Filho, G. P. (2023). F-nids — a network intrusion detection system based on federated learning. Computer Networks, 236:110010.
Pautasso, C., Zimmermann, O., and Leymann, F. (2008). Restful web services vs. ”big”’ web services: Making the right architectural decision. In Proceedings of the 17th International Conference on World Wide Web, WWW ’08, page 805–814, New York, NY, USA. Association for Computing Machinery.
Potiguara Carvalho, A., Potiguara Carvalho, F., Dias Canedo, E., and Potiguara Carvalho, P. H. (2020). Big data, anonymisation and governance to personal data protection. In The 21st Annual International Conference on Digital Government Research, dg.o ’20, page 185–195, New York, NY, USA. Association for Computing Machinery.
Rahman, M. A. and Asyhari, A. T. (2019). The emergence of internet of things (iot): Connecting anything, anywhere. Computers, 8(2).
Rahman, M. A., Asyhari, A. T., Leong, L., Satrya, G., Hai Tao, M., and Zolkipli, M. (2020). Scalable machine learning-based intrusion detection system for iot-enabled smart cities. Sustainable Cities and Society, 61:102324.
Roman, R., Zhou, J., and Lopez, J. (2013). On the features and challenges of security and privacy in distributed internet of things. Computer Networks, 57(10):2266–2279. Towards a Science of Cyber Security Security and Identity Architecture for the Future Internet.
Shi, J., Ge, B., Liu, Y., Yan, Y., and Li, S. (2021). Data privacy security guaranteed network intrusion detection system based on federated learning. In IEEE INFOCOM 2021 - IEEE Conference on Computer Communications Workshops (INFOCOM WKSHPS), pages 1–6.
Stallings, W. (2017). Network Security Essentials: Applications and Standards. Pearson.
Stergiou, C. L., Psannis, K. E., and Gupta, B. B. (2021). Infemo: Flexible big data management through a federated cloud system. ACM Trans. Internet Technol., 22(2).
Zhu, H., Zhang, H., and Jin, Y. (2021). From federated learning to federated neural architecture search: a survey. Complex & Intelligent Systems, 7.
