9、基于人工智能技术的NF - BoT - IoT数据集入侵检测

基于人工智能技术的NF - BoT - IoT数据集入侵检测

1. 物联网安全背景与需求

物联网(IoT)是由相互连接的IoT节点组成的集合,这些节点可自主运行,通过互联网连接与其他节点收集和交换数据。随着其在自动化网络系统中的迅速发展,物联网节点的安全问题变得至关重要。在设计和实施过程的早期就需要考虑安全措施,因为大量数据在网络中传输,数据安全必须得到保障。

物联网面临的最重大安全问题之一是基于僵尸网络的攻击,如分布式拒绝服务(DDoS)、拒绝服务(DoS)等。攻击者会用恶意代码感染节点或使节点信息过载,从而影响性能。为应对这些困难,物联网节点需要专门的标准和通信协议。

常见的通信协议包括Constrained Application Protocol(CoAP)、Advanced Message Queuing Protocol(AMQP)、Message Queue Telemetry Transport(MQTT)和Extensible Messaging Presence Protocol(XMPP)等。其中,MQTT因其低带宽、低内存需求和低数据包丢失率而被广泛使用,它是一种基于发布/订阅的消息协议,包含客户端、代理、主题和消息四个关键部分。

多数应用中常用的传输协议是TCP和UDP,但物联网应用需要根据需求具备多种消息分发功能和兼容标准。大多数物联网节点使用基于TCP的MQTT通信协议在节点间收发数据。

为检测网络流量异常,物联网节点应采用更快速有效的安全措施,如防火墙、杀毒软件和入侵检测系统(IDS)等,这些措施可防御数据的主动和被动攻击。目前,研究集中在使用各种监督和无监督学习方法开发IDS。

2.
CIC-BoT-IoT数据集是加拿大网络安全研究所(CIC)发布的一个用于物联网IoT)环境下的网络流量分析和恶意行为检测的数据集。它涵盖了多种IoT设备的通信流量,并包含正常行为和恶意攻击行为(如DoS、DDoS、注入攻击等)的样本。为了有效使用该数据集进行机器学习或深度学习任务,通常需要进行一系列预处理步骤[^2]。 ### 数据集预处理技术与步骤 #### 1. 数据加载与格式转换 CIC-BoT-IoT数据集通常以CSV格式提供,可以使用Pandas等工具进行加载。部分数据可能需要进行格式转换,例如将字符串类型的字段转换为数值类型。 ```python import pandas as pd # 加载数据 data = pd.read_csv("CICBoT_IoT.csv") # 查看前几行数据 print(data.head()) ``` #### 2. 缺失值处理 检查数据集中是否存在缺失值,并根据情况进行处理。常见的处理方式包括删除缺失值所在的行或使用插值法进行填充。 ```python # 检查缺失值 print(data.isnull().sum()) # 删除缺失值 data = data.dropna() ``` #### 3. 特征选择 根据任务需求选择相关的特征列。CIC-BoT-IoT数据集中可能包含大量特征(如源IP、目的IP、协议类型、流量持续时间、字节数等),需要选择与网络攻击检测相关的特征。 ```python # 选择关键特征 selected_features = data[['Duration', 'Protocol Type', 'Bytes', 'Packets', 'Label']] ``` #### 4. 标签编码 将分类变量(如协议类型)转换为数值形式。可以使用`LabelEncoder`或`One-Hot Encoding`方法。 ```python from sklearn.preprocessing import LabelEncoder # 对协议类型进行标签编码 le = LabelEncoder() data['Protocol Type'] = le.fit_transform(data['Protocol Type']) ``` #### 5. 数据标准化 对数值型特征进行标准化处理,使其具有相同的量纲。常用的标准化方法包括Z-score标准化或Min-Max标准化。 ```python from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 标准化数值型特征 scaler = StandardScaler() numeric_features = ['Duration', 'Bytes', 'Packets'] data[numeric_features] = scaler.fit_transform(data[numeric_features]) ``` #### 6. 数据集划分 将数据集划分为训练集、验证集和测试集,以便进行模型训练和评估。 ```python from sklearn.model_selection import train_test_split # 划分训练集和测试集 X = data.drop('Label', axis=1) y = data['Label'] X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) ``` #### 7. 数据平衡 CIC-BoT-IoT数据集中可能存在类别不平衡问题(正常流量远多于攻击流量),可以使用过采样(如SMOTE)或欠采样方法进行处理。 ```python from imblearn.over_sampling import SMOTE # 使用SMOTE进行过采样 smote = SMOTE() X_res, y_res = smote.fit_resample(X_train, y_train) ``` #### 8. 数据格式转换 根据模型需求,将数据转换为适合的格式,例如转换为NumPy数组或TensorFlow张量。 ```python import numpy as np # 转换为NumPy数组 X_train_np = np.array(X_res) y_train_np = np.array(y_res) ``` ### 总结 CIC-BoT-IoT数据集的预处理流程包括数据加载、缺失值处理、特征选择、标签编码、数据标准化、数据集划分、数据平衡以及数据格式转换等步骤。这些步骤有助于提高模型的训练效率和检测性能。
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