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SVM과 인공 신경망을 이용한 침입탐지 효과 비교 연구
A Comparative Study on the Performance of SVM and an Artificial Neural Network in Intrusion Detection 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.2, 2016년, pp.703 - 711  

조성래 (경상대학교 경영대학 경영정보학과) ,  성행남 (경상대학교 경영대학) ,  안병혁 (경상대학교 경영대학 경영정보학과)

초록
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침입탐지시스템은 네트워크 데이터 분석을 통해 네트워크 침입을 탐지하는 역할을 수행하고 침입탐지를 위해 높은 수치의 정확도와 탐지율, 그리고 낮은 수치의 오경보율이 요구된다. 또한 네트워크 데이터 분석을 위해서는 전문가 시스템, 데이터 마이닝, 상태전이 분석(state transition analysis) 등 다양한 기법이 이용된다. 본 연구의 목적은 데이터 마이닝을 이용한 네트워크 침입탐지기법인 두 기법의 탐지효과를 비교하는데 있다. 첫번째 기법은 기계학습 알고리즘인 SVM이고 두번째 알고리즘인공 신경망 모형 중의 하나인 FANN이다. 두 기법의 탐지효과를 비교하기 위해 침입 탐지에 많이 쓰이는 KDD Cup 99 훈련 및 테스트 데이터를 이용하여 탐지의 정확도, 탐지율, 오경보율을 계산하고 비교하였다. 정상적인 데이터를 침입으로 간주하는 오경보율의 경우 SVM보다 FANN이 약간 많은 오경보율을 보이나, 탐지의 정확도 및 침입을 찾아내는 탐지율에서 FANN은 SVM보다 월등한 탐지효과를 보여준다. 정상적인 데이터를 침입으로 간주했을 때의 위험보다는 실제 침입을 정상적인 데이터로 인식할 때의 위험도가 훨씬 큰 것을 감안하면 FANN이 SVM보다 침입탐지에 훨씬 효과적임을 보이고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

IDS (Intrusion Detection System) is used to detect network attacks through network data analysis. The system requires a high accuracy and detection rate, and low false alarm rate. In addition, the system uses a range of techniques, such as expert system, data mining, and state transition analysis to...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 훈련 및 테스트에는 침입탐지 분야에서 널리 이용되는 KDD Cup 99 데이터세트를 이용하였고 연구의 목적에 맞게 데이터 전처리, 표본 추출의 과정을 거쳐 실험 데이터를 구성하였다. 본 연구는 기존의 침입탐지 연구에 적용된 적이 없는 FANN 기법을 이용하여 실험을 진행한 점에 그 의미가 있다.
  • 본 연구는 데이터 마이닝 기법인 SVM(Support Vector Machine)과 인공 신경망의 하나인 FANN(Forward Additive Neural Network)을 이용하여 침입탐지에 대한 효과를 비교하는데 그 목적이 있다. SVM은 최근 다양한 분야에서 이용되고 있는 기계학습 알고리즘으로 우수한 성능을 보이는 것으로 알려져 있으며, FANN 기법은 역전파 알고리즘의 단점을 보완한 인공 신경망 기법으로 기존 침입탐지 연구에 적용된 적이 없는 기법이다.
  • 분류의 기법으로는 의사결정트리 기법의 알고리즘은 C5, CRT, CHAID, Quest를 이용하였다. 이 연구에서는 C5 알고리즘과 단계 모형을 적용할 경우 높은 탐지율을 나타내는 것으로 결과를 제시하였다[16].
  • 첫째 본 연구는 FANN 기법과 기존 연구에 사용된 기법 간 탐지 효과를 비교하는데 있었다. FANN 기법은 탐지의 정확도와 탐지율에서 SVM에 비해 높은 수치를 나타내었다.

가설 설정

  • N개의 데이터를 포함하는 훈련 표본이 있고 각 데이터는 p개의 속성을 가지며, 두 개의 클래스에 포함된다고 가정한다. 훈련 집합의 두 클래스가 선형으로 분리 가능한 경우라면 훈련 집합의 각 데이터는 p차원의 공간에서 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SVM는 어떤 문제를 다루는 기법인가? SVM(Support Vector Machine)은 Vapnik에 의해 개발된 기계학습 알고리즘으로 지도 학습(supervised learning)에 이용된다[17]. 기본적으로 두 개의 클래스를 분류하는 문제를 다루는 기법이고 이를 확장하여 세 개 이상의 클래스를 분류하는데 이용할 수 있다. 최근 SVM은 다양한 분야에서 널리 이용되고 있으며, 우수한 성능을 보이는 것으로 알려져 있다.
침입탐지시스템의 역할은? 침입탐지시스템은 네트워크 데이터 분석을 통해 네트워크 침입을 탐지하는 역할을 수행하고 침입탐지를 위해 높은 수치의 정확도와 탐지율, 그리고 낮은 수치의 오경보율이 요구된다. 또한 네트워크 데이터 분석을 위해서는 전문가 시스템, 데이터 마이닝, 상태전이 분석(state transition analysis) 등 다양한 기법이 이용된다.
네트워크 데이터 분석을 위해서는 어떤 기법들이 이용되는가? 침입탐지시스템은 네트워크 데이터 분석을 통해 네트워크 침입을 탐지하는 역할을 수행하고 침입탐지를 위해 높은 수치의 정확도와 탐지율, 그리고 낮은 수치의 오경보율이 요구된다. 또한 네트워크 데이터 분석을 위해서는 전문가 시스템, 데이터 마이닝, 상태전이 분석(state transition analysis) 등 다양한 기법이 이용된다. 본 연구의 목적은 데이터 마이닝을 이용한 네트워크 침입탐지기법인 두 기법의 탐지효과를 비교하는데 있다.
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참고문헌 (24)

  1. Dea-Woo Park, "Consideration for Hacking on National Cyber Security Policy," Review of KIISC, Vol. 21, No. 6, pp. 24-41, 2011. 

  2. Bace, R. and Mell, P., NIST Special Publication on Intrusion Detection Systems, BOOZ-ALLEN AND HAMILTON INC MCLEAN VA, 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.6028/NIST.SP.800-31 

  3. Hwan Seok Yang, "The Study on Rules for Performance Improvement of Intrusion Detection System," The Journal of KINGComputing, Vol. 5, No. 3, pp. 43-49, 2009. 

  4. Kyu Won Lee, Jae Won Ji, Hyun Woo Chun, Sang-jo Youk , Geuk Lee, "Traffic Analysis Technique for Intrusion Detectionin in Wireless Network," Journal of Security Engineering, Vol. 7, No. 6, pp. 599-607, 2010. 

  5. Abadeh, M. S., Habibi, J., and Lucas, C., "Intrusion Detection Using a Fuzzy Genetics-based Learning Algorithm," Journal of Network and Computer Applications, Vol. 30, No. 1, pp. 414-428, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jnca.2005.05.002 

  6. Zarrabi, A. and Zarrabi, A., "Internet Intrusion Detection System Service in a Cloud," International Journal of Computer Science Issues, Vol. 9, Issue 5, No. 2, pp. 308-315, 2012. 

  7. Fares, A. H., Sharawy, M. I., and Zayed, H. H., "Intrusion Detection: Supervised Machine Learning," Journal of Computing Science and Engineering, Vol. 5, No. 4, pp. 305-313, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.5626/JCSE.2011.5.4.305 

  8. Wu, S. and Yen, E., "Data Mining-based Intrusion Detectors," Expert Systems with Applications, Vol. 36, No. 3, pp. 5605-5612, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2008.06.138 

  9. Beigh, B. M. and Peer, M. A., "Intrusion Detection and Prevention System: Classification and Quick Review," ARPN Journal of Science and Technology, Vol. 2, No. 7, pp. 661-675, 2012. 

  10. Kumar, Y. and Dhawan, S., "A Review on Information Flow in Intrusion Detection System," International Journal of Computational Engineering and Management, Vol. 15, No. 1, pp. 91-96, 2012. 

  11. Singaraju, S. and Kalpana, P., "A Precise Survey on Intrusion Detection Systems," International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, Vol. 2, No. 9, pp. 243-247, 2012. 

  12. Denning, D. E., "An Intrusion-Detection Model," IEEE Transaction on Software Engineering, Vol. 13, No. 2, pp. 222-232, 1987. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TSE.1987.232894 

  13. Nguyen, H. A., and Choi. D., "Application of Data Mining to Network Intrusion Detection: Classifier Selection Model," Challenges for Next Generation Network Operations and Service Management -Lecture Notes in Computer Science, Vol. 5297, pp. 399-408, 2008. 

  14. Jalil, K. A., Kamarudin, M. H., and Masrek, M. N., "Comparison of Machine Learning Algorithms Performance in Detecting Network Intrusion," Networking and Information Technology 2010 International Conference, pp. 221-226, 2010. 

  15. Osareh, A. and Shadgar, B., "Intrusion Detection in Computer Networks Based on Machine Learning Algorithms," International Journal of Computer Science and Network Security, Vol. 8, No. 11, pp. 15-23, 2008. 

  16. Ibrahim, H. E., Badr, S. M., and Shaheen, M. A., "Phases vs. Levels using Decision Trees for Intrusion Detection Systems," International Journal of Computer Science and Information Security, Vol. 10, No. 8, pp. 1-7, 2012. 

  17. Vapnik, V. N., The Nature of Statistical Learning Theory, Springer, 1995. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4757-2440-0 

  18. McCulloch, Warren S., and Walter Pitts., "A logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity," The Bulletin of Mathematical Biophysics, Vol. 5, No. 4, pp. 115-133, 1943. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/BF02478259 

  19. Rosenblatt, F., Principle of Neuro Dynamics, Washington, D.C.:Spartan Books, 1962. 

  20. Minsky, M., and Papert, S., Perceptrons, Cambridge, MA : MIT Press, 1969. 

  21. Rumelhart, D. E., Hilton, G. E., and Williams, R. J., "Learning Internal Representation by Error Propagation," ICS Report, Institute for Cognitive Science, University of California, San Diego, 1986. 

  22. Ahn, B. H., "Forward Additive Neural Network Models," PhD dissertation, Kent State University, Kent, OH, USA, 1996. 

  23. Hansung Lee, Younghee Im, Jooyoung Park, Daihee Park, "Adaptive Intrusion Detection System Based on SVM and Clustering ," Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 13, No. 2, pp. 237-242, 2003. 

  24. Chang, C. C. and Lin, C. J., "LIBSVM: A Library for Support Vector Machine," ACM Transactions on Intelligent Systems and Technology, Vol. 2, No. 3, pp. 1-27, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1145/1961189.1961199 

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