I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   21 ,   No .   1 J an u ar y   202 1 p p .   6 0 1 ~ 60 8   I SS N:  2 5 02 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 2 1 .i 1 .   pp 6 0 1 - 60 8          601       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Do a tt a c k s d etec tion in M Q TT   n e t w o rk s       D m it rii  Di k i i,  Serg ey   Arusta m o v ,   Ale ks ey   G ris hentsev   F a c u lt y   o f   S e c u re   In f o r m a ti o n   T e c h n o l o g ies ,   IT M O Un iv e rsit y ,   S P e ters b u rg ,   Ru ss ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   5 ,   2 0 20   R ev i s ed   A u g   9 ,   2 0 20   A cc ep ted   A u g   2 1 ,   2 0 20       T h e   p a p e c o n si d e rs  th e   p ro b l e m   o f   p ro tec ti n g   t h e   In tern e t   o f   th i n g in f ra stru c tu re   a g a in st  d e n ial - of - se rv ice   (Do S a tt a c k a th e   a p p li c a ti o n   lev e l.   T h e   a u th o rs  c o n sid e re d   p a ra m e ters   th a a ff e c th e   n e tw o rk   g a te wa y   w o rk lo a d m e ss a g e   f re q u e n c y ,   p a y lo a d   siz e ,   n u m b e o f   re c ip ien ts  a n d   so m e   o th e rs.  W e   p ro p o se d   a   m o d u l a stru c tu re   o f   th e   a tt a c k   d e te c ti o n   t o o l   p re se n ted   b y   th re e   c las si f iers   th a u se   th e   f o ll o w in g   a tt rib u tes u se rn a m e ,   d e v ice   ID,  a n d   IP - a d d re ss .   T h e   fo ll o w in g   ty p e s   o c las sif i e rs  h a v e   b e e n   th e   o b jec ts  f o t h e   re se a rc h m u lt il a y e p e rc e p tro n ,   ra n d o m   f o re st  a lg o rit h m ,   a n d   m o d if ic a ti o n s o f   th e   su p p o rt  v e c to m a c h in e .   S o m e   sc e n a rio f o th e   b e h a v io r   o f   n e t w o rk   d e v ic e h a v e   b e e n   si m u late d .   It  w a s   p ro v e d   th a f o th e   p ro p o se d   f e a tu re   v e c to o n   sim u late d   train in g   a n d   tes d a ta  s e ts,   th e   b e st  r e su lt h a v e   b e e n   sh o w n   b y   a   m u lt il a y e p e rc e p tro n   a n d   a   su p p o rt   v e c to m a c h in e   w it h   a   ra d ial  b a sis f u n c ti o n   o f   th e   k e rn e a n d   o p ti m iza ti o n   w it h   S M O alg o rit h m .   T h e   a u th o rs  a lso   d e term in e d   th e   c o n d it io n u n d e w h ich   th e   se lec ted   c las si f iers   h a v e   th e   b e st q u a li ty   o f   re c o g n izin g   a b n o rm a a n d   leg it im a te t ra ff i c   in   M QT n e tw o rk s.    K ey w o r d s :   A r ti f icial  n e u r al  n et w o r k   Do S a ttack   I n ter n et  o f   t h i n g s   MQ T T   n et w o r k s   Su p p o r t v ec to r   m ac h i n e   T h is  is  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   D m itrii  D ik i i   Facu lt y   o f   Sec u r I n f o r m atio n   T ec h n o lo g ies   I T MO   Un iv er s it y   St P eter s b u r g ,   R u s s ia   E m ail: d i m an d i k i y @ m ai l.r u       1.   I NT RO D UCT I O N   Du to   th r ap id   d ev elo p m e n o f   in f o r m atio n   tec h n o lo g ies,  i n f o r m atio n   s ec u r it y   i s s u es  ar b ec o m i n g   p ar ticu lar l y   r ele v an t.  C u r r e n tl y ,   th o n o f   t h m o s r ap id ly   p r o g r ess i n g   tech n o lo g y   in   I T   in d u s tr y   is   t h e   I n ter n et  o f   T h in g s   ( I o T ) .   T h e   b asis   o f   t h is   tech n o lo g y   is   tr an s m i s s io n   o f   i n f o r m atio n   b et w ee n   d ev ice s ,   an d ,   co n s eq u e n tl y ,   ass o ciate d   t h r ea ts   th at  m a y   b also   to p i ca f o r   o th er   n et w o r k   tec h n o lo g ies.  d is tin cti v f ea t u r e   o f   I o T   is   th u s a g o f   d ev ices  ( s en s o r s ,   ac tu ato r s )   t h at   h av q u ite  li m ited   r eso u r c es  s u c h   as  e n er g y   co n s u m p tio n ,   f o r   in s tan ce .   T h is   f ea t u r r esu lted   i n   th d e v elo p m e n o f   e n er g y - e f f icie n t   p r o to c o ls   th at  ca n   s u cc e s s f u ll y   tr a n s m it  i n f o r m atio n   o v er   lo n g   d is ta n ce s   ( L o R P r o to co l,  as  ex am p le) .   A p p licatio n - le v el  p r o to co ls   ten d   to   h av f e w er   s er v ice  in f o r m a tio n .   O n o f   th p r o to co ls   th at  ar s p ec if ical l y   d esi g n ed   f o r   I o T   n et w o r k s   is   th MQ T T ,   th p r o to co b ein g   r esear ch ed   i n   t h i s   p ap er .   T h is   p r o to co is   m o s ef f ec tiv e   w h e n   o n e   n ee d s   to   s en d   t h s a m e   i n f o r m atio n   f r o m   s i n g le   d ev ice  to   a   g r o u p   o f   r ec ip ien t s   s i m u lta n e o u s l y .   T o   r ea ch   th tar g et,   th p r o to co l i m p le m e n t s   th " p u b lis h - s u b s cr ib e"   p atter n .   W h en   a n a l y zi n g   i n f o r m atio n   s ec u r it y   t h r ea ts   ex is ti n g   i n   I o T   n et w o r k s ,   w e   n ee d   to   co n s i d er   all  th e   v ar iet y   o f   p o s s ib le  v u l n er ab ilit ies  an d   as s o ciate d   th r ea ts .   T h ex h au s ti n g   cla s s i f ica tio n   o f   th r ea ts   f o r   I o T   n et w o r k s ,   co n s id er i n g   a ll  le v els  o f   t h O SI  m o d el,   i n clu d es  th f o llo w i n g   d o m ai n s   [ 1 ] :   au t h en t icatio n   a n d   en cr y p tio n   [ 2 ,   3 ] ,   a cc ess   co n tr o l,  tr u s m an a g e m e n t,  s ec u r it y   p o licy   m a n a g e m e n t,  s o f t w ar s ec u r it y ,   s ec u r it y   o f   m o b ile   d ev ice s   r o a m i n g   b et w ee n   d i f f er en t   n e t w o r k s ,   h ar d w ar co m p atib ilit y   o f   d e v ices  [ 4 ] ,   p r o te ctio n   ag ain s Do attac k s ,   p r o tectio n   a g ai n s r ep ea ted   m es s ag e   att ac k s ,   p r o tectio n   ag ai n s e n er g y   d ep letio n   attac k s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   1 J an u ar y   2 0 2 1     6 0 1   -   60 8   602   o f   au to n o m o u s   d ev ices  a n d   s o f t w ar er r o r s   [ 5 ,   6 ] .   On o f   th ch al lan g i n g   t h r ea ts   to   I o T   n et w o r k s   i s   Do attac k   t h at  m a y   b al s o   p ar o f   m o r e x te n d ed   b o tn et  n et w o r k   attac k .   T h i m p le m e n ti n g   o f   Do attac k   u s i n g   th p o s s ib ilit ies  o f   M QT T   p r o to c o ca n   s er io u s l y   d am a g t h in f r astr u ct u r o f   th I o T   n et w o r k .   C o n s eq u en tl y ,   u s er s   w i ll  n o b ab le  to   s en d   an d   r ec eiv m es s ag e s .   T h is   is   v er y   es s en t ial  in   m an y   cr itical   ar ea s   s u c h   as  m ed icin e,   li f s u p p o r t,  ag r icu ltu r an d   in d u s tr y .   T h p u r p o s o f   th is   s tu d y   is   to   cr ea te  m et h o d   f o r   d etec tin g   ab n o r m al  d ev ice  b eh av io r   th a ca n   lead   to   Do d ir ec tl y   at   th e   g ate w a y   o f   th e   I o T   n et w o r k .   T h m o s co m m o n   r e aso n   f o r   i n cr ea s in g   t h lo ad   o n   t h MQ T T   g ate w a y   is   th e   in cr ea s o f   n u m b er   p r o ce s s ed   m es s a g es  o f   p u b lis h   t y p ( P T   m es s ag es),   ac co r d in g   to   th MQ T T   p r o to co s p ec if icatio n   [ 7 ] .   Sin ce   t h MQ T T   p r o to co im p le m e n t s   t h " p u b lis h er - s u b s cr ib er p atter n ,   th e   a m o u n t   o f   i n f o r m atio n   cir c u lati n g   in   t h n et w o r k   s tr o n g l y   d ep en d s   o n   th e   n u m b er   o f   s en d er s   an d   r ec ip ien ts ,   as  w e ll  as  o n   th Qo v alu e.   Ma n y   r esear ch   g r o u p s   s tu d ied   th MQ T T   p r o to co as  test in g   ar ea   f o r   Do attac k s   r esear ch .   A   c o m p ar ati v an a l y s is   o f   th m eth o d s   u s ed   to   s i m u late  Do attac k s   i s   s h o w n   i n   T ab le  1 .         T ab le  1 .   T h co m p ar is o n   o f   r e lated   w o r k s   s t u d ies   P a r a me t e r s   N u mb e r   o f   d e v i c e s   TL S   M o d e l i n g   me t h o d   O S I   L a y e r   Ev a l u a t e d   p a r a me t e r   R e f e r e n c e   Q o S   1 , 2   2 0 0   p u b l i s h e r s,  1 2 0   s u b scri b e r s   -   C o mp u t e r   si m u l a t i o n   A p p l i c a t i o n   l a y e r   P r o c e ssi n g   t i me   [ 8 ]   T C P p a c k e t s   9   d e v i c e s   NA   R e a l   p h y si c a l   n e t w o r k   N e t w o r k   l a y e r   NA   [ 9 ]   -   5   d e v i c e s   NA   C o mp u t e r   si m u l a t i o n   N e t w o r k   l a y e r   NA   [ 1 0 ]   Q o S   0 ,   1 ,   2   1   d e v i c e   -   R e a l   p h y si c a l   n e t w o r k   A p p l i c a t i o n   l a y e r   P r o c e ssi n g   t i me   [ 1 1 ]   NA   NA   NA   R e a l   p h y si c a l   n e t w o r k   A p p l i c a t i o n   l a y e r   P r o c e ssi n g   t i me   [ 1 2 ]   Q o S   0 ,   1 ,   2   1   p u b l i s h e r ,   1 0 0   su b s c r i b e r s   +   C o mp u t e r   si m u l a t i o n   A p p l i c a t i o n   l a y e r   C P U   u s a g e   [ 1 3 ]   Q o S   0 ,   1 ,   2   1 0 0   p u b l i s h e r s   NA   C o mp u t e r   si m u l a t i o n   A p p l i c a t i o n   l a y e r   P r o c e ssi n g   t i me   [ 1 4 ]   Q o S   0 ,   1 ,   2   1 0   p u b l i sh e r s   -   C o mp u t e r   si m u l a t i o n   A p p l i c a t i o n   l a y e r   P r o c e ssi n g   t i me   [ 1 5 ]   4   M B   p a y l o a d   2 0 0 0   p u b l i s h e r s   NA   C o mp u t e r   si m u l a t i o n   N e t w o r k   l a y e r ,   A p p l i c a t i o n   l a y e r   C P U   u s a g e   [ 1 6 ]   10   K B   p a y l o a d   2 0 0 0   p u b l i s h e r s   NA   C o mp u t e r   si m u l a t i o n   N e t w o r k   l a y e r ,   A p p l i c a t i o n   l a y e r   P r o c e ssi n g   t i me ;   C P U   u s a g e   [ 1 7 ]       Un li k o th er   s t u d ies,  i n   o u r   r esear ch   Do attac k   d etec tio n   h as  th g lo b al  ef f ec o f   lar g er   n u m b er   o f   f ac to r s   co n tr ib u ti n g   to   an   in cr ea s o f   th w o r k lo ad   o n   th g ate w a y .   B ased   o n   th an al y s i s   o f   MQ T T   p r o to co l   an d   th r es u lts   o f   th e x p er i m en ts ,   w p r o p o s tr af f ic  f ea t u r v ec to r   th at  w i ll  b u s ed   to   d etec Do attac k s   in   r ea l I o T   n et w o r k s   w it h   m ac h in lear n i n g   m et h o d s   ap p lied .       2.   P RO P O SE M E T H O D   T h p r o ce s s   o f   tr a n s m it tin g   a   P T   m es s ag e   co n s is t s   o f   at   l e ast  t w o   s ta g es:   s e n d in g   a   m es s ag e   f r o m   th s e n d er   to   th g ate w a y ,   a n d   r elay i n g   t h m e s s a g as  m a n y   t i m e s   as  t h n u m b er   o f   r ec ip ien ts   a s   s h o w n   i n   Fig u r 1 .             Fig u r 1 .   T h p r o ce s s   o f   tr an s m itti n g   in f o r m a tio n   v ia  p u b lis h   m e s s a g o f   t h MQ T T   P r o to co l,  w h er i s   th n u m b er   o f   s u b s cr ib er s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Do S   a tta ck s   d etec tio n   i n   MQTT   n etw o r ks   ( Dmit r ii Dik i i )   603   T h m ai n   f ea tu r e s   o f   P T   m ess ag in cl u d th f o llo w i n g :   a)   th titl o f   th to p ic  m e s s a g e;   b)   th v al u o f   t h Qo S p ar a m ete r ;   c)   th e   p a y lo ad   s ize ;   d)   th v al u o f   t h d u p   f lag   ( r ep ea m es s ag e) .   I n   ad d itio n   to   th ese  p ar am ete r s ,   w c an   s p ec if y   th f o llo w in g   s er v ice  in f o r m at io n   f o r   th is   t y p o f   m es s ag e:   a)   th n et w o r k   ad d r ess   o f   th s en d er ;   b)   th u s er n a m o f   t h s e n d er ;   c)   th d ev ice  I o f   t h s e n d er ;   d)   th u s o f   cr y p to g r ap h ic  tr an s f o r m at io n s ;   e)   th n u m b er   o f   s u b s cr ib er s .   T h u s ,   m o d u lar   Do attac k   d etec tio n   s y s te m   is   p r o p o s ed   f o r   d etec tin g   s u s p icio u s   tr a f f i o v er   t h MQ T T   p r o to c o ( Fig u r e   2 ) .   T h is   s y s te m   co llects   an d   s to r es   in f o r m at io n   r elate d   to   m e s s ag e,   li n k s   tr af f ic   to   n et w o r k   ad d r ess es,  d ev ice  I D,   an d   u s er n a m e.   I n   m o s t c ases ,   s u p er v i s ed   alg o r it h m s   b ased   o n   m ac h i n lear n i n g   ar u s ed   as  an al y ze r ,   s o   th s y s te m   m u s h a v lear n in g   m o d u le  an d   s to r lear n in g   o u t co m e s .   T o   d ec r ea s th s ize  o f   t h d ata  w ar eh o u s e,   o n m u s t c lea n   it p er io d icall y   r em o v i n g   o b s o lete  in f o r m a tio n .   T h e   o p e r a t i o n   o f   th m o d u la r   a t t a ck   d et e c ti o n   s y s t em   ca n   b r e p r e s en t e d   in   th f o l l o w in g   w ay .   A th f i r s t   s t ag e ,   th e   a n aly z e r s   a r e   t r ai n e d   o n   an   ex is t in g   d a t a b as e   o f   l e g a l   an d   a b n o r m a l   t r a f f i c ,   w i th   a l l   th e   n e c es s a r y   f e at u r es   f o r   cl as s if i c a ti o n   b e in g   ex t r a c t e d .   T h l e a r n in g   o u t c o m es   a r s av e d   t o   im p r o v e   k ey   o p e r a t i o n   in d i c a t o r s   i n   t h f u t u r e   ( th e   l e a r n i n g   p r o ce s s   i s   i n d i c a t e d   b y   d o t t e d   a r r o w s   in   F ig u r e   2 ) .   W h en   t h e   n e x PT  m e s s ag e   a r r iv es  a t   th e   s y s t em ' s   i n p u t ,   i ts   f e a tu r e   v e ct o r   i s   ex t r a c te d   a n d   s t o r ed   i n   th d a t a b as e .   T h en   th e   m es s ag e   d at a   is   s en t   to   t h e   in p u t   o f   th r e e   an aly ze r s   w i t h   p r e - l o a d e d   s et t in g s   o b t a in ed   a s   a n   o u tc o m e   o f   t r a in in g .   A t   t h e   o u t p u t   o f   t h a n a ly ze r s ,   a   d e ci s i o n   is   m a d o n   t h e   t r af f i c   le g i t im ac y .   I f   an   an o m a ly   i s   d e t e ct e d ,   th s o u r c c a n   b e   i d en tif i e d c o m p r o m i s e d   n e t w o r k   n o d e ,   a   c o m p r o m i s e d   u s e r   a c c o u n t ,   o r   a   c o m p r o m i s e d   d e v i c e .   I f   a   m es s ag e   h a s   p as s e d   a l c h e ck o u ts ,   i t   i s   s en t   t o   th e   g a t ew ay   an d   f u r th e r   t o   s u b s c r i b e r s .   T o   d e s i g n   a n   a tt a ck   d et e c ti o n   s y s t em ,   th e   f u tu r v e c t o r   t h a w i ll   b ev a lu a te d   b y   th an a ly z e r s   o f   m es s ag e ,   s h o u l d   b e   d e f in e d .   A l t h o u g h   in c r e as in g   th e   Q o S   v al u e   is   in s ig n if i c an t ,   i t   s ti l l   af f ec t s   th e   p e r f o r m a n c o f   th e   g at ew ay .   I n   a d d i t i o n ,   t h er e   i s   a n   o b v i o u s   r e l a ti o n s h i p   b etw e en   th e   n u m b e r   o f   s u b s c r i b er s   a n d   th e   s p e e d   o f   p r o c e s s in g   m e s s a g e s   at   th e   g a tew ay ,   w h i ch   w as   n o t   r ev e al e d   in   th e   p a p e r s   o f   o t h e r   r e s e a r c h   g r o u p s .   An o th er   i m p o r ta n p ar a m eter   o f   th is   m es s ag t y p i s   th s i ze   o f   th p ay lo ad .   A s   r u le,   th d ata  is   p r esen ted   eith er   in   p lain   f o r m   o r   in   J SON  f o r m at.   XM L   f o r m at  is   u s ed   l ess   f r eq u en t l y .   T h MQ T T   p r o to co l   s u p p o r ts   s e n d in g   m e s s a g es   u p   to   2 5 6   m eg ab y tes   i n   s ize.   T o   d eter m i n t h i m p ac o f   t h p ay lo ad   s ize  o n   t h e   o v er all  p er f o r m an ce   o f   t h g ate,   an   ex p er i m e n tal  s i m u lat i o n   h av b ee n   p er f o r m ed   in   t h s t u d y .   Me s s ag e s   w it h   f e w er   p ay lo ad ,   ar o u n d   8 0   b y tes,  w er s en to   t h g ate  s eq u en t iall y ,   a n d   th e n   m e s s a g es  w it h   h i g h   p ay lo ad ,   ab o u 8 0   K ilo b y tes,  w er s en i n   p ar allel  f r o m   o th er   d ev ices.  W m ea s u r ed   t h n u m b er   o f   m ess a g e s   p r o ce s s ed   b y   th g ate  p er   s ec o n d .   I n   th is   ca s e,   th Qo S   v a lu w as  eq u al  to   ze r o ,   w ith   th n u m b er   o f   s u b s cr ib er s   b ein g   t h s a m a n d   eq u al  to   o n e.   Af te r   an al y s is   o f   th te s r es u lt s   as  s h o w n   i n   Fi g u r 3   w e   o b s er v ed   s ig n i f ica n i m p ac o f   th m e s s a g p a y lo ad   s ize  o n   th g ate w a y   lo ad .   Star tin g   f r o m   t h f if th   s ec o n d   o f   tes tin g ,   w r ec ei v ed   s h ar p ,   ap p r o x i m atel y   4 - 5   ti m es,   d r o p d o w n   i n   th e   n u m b er   o f   m es s ag es   p r o ce s s ed   p er   s ec o n d .   Af ter   w s to p   s e n d in g   lar g m es s a g es,  th g ate  p er f o r m an ce   i s   q u ic k l y   r ec o v er ed .           Fig u r 2 .   A   b lo ck   d iag r a m   o f   t h d etec tio n   s y s te m   d en ial  o f   s er v ice  v ia  th MQ T T   p r o to co l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   1 J an u ar y   2 0 2 1     6 0 1   -   60 8   604   T h u s ,   in   tr af f ic  an a l y s is ,   ap ar f r o m   th n u m b er   o f   m es s ag es,  it  is   v er y   es s en t ial  to   co n s id er   th eir   s ize,   as   w ell   as   th e   n u m b er   o f   r ec ip ien ts .   Ho w e v er ,   u s i n g   s ta n d ar d   n et w o r k   m o n ito r in g   to o ls ,   t h er is   n o   w a y   to   g et   in f o r m atio n   ab o u th n u m b er   o f   r ec ip ien t s   w it h o u i m p le m e n ti n g   ch a n g e s   to   th g ate w a y   s o u r ce   co d e.   T h u s o f   cr y p to g r ap h ic  tr an s f o r m atio n s   f o r   m ess a g p a y lo ad   m a y   also   d r asti ca l l y   i m p ac t   th tr a f f ic  a n al y s i s   an d   o p er atio n   in d icato r s   o f   th e   n et w o r k .             Fig u r 3 .   T h co m p ar is o n   o f   g ate w a y   p er f o r m a n ce   w h en   p r o ce s s i n g   m es s a g es  w it h   s m all  a n d   lar g p a y lo ad   s izes a t t h s a m ti m e       T r af f ic  an al y s i s   is   u s u all y   p er f o r m ed   u s i n g   s tati s tical  m et h o d s   an d   m ac h i n lear n in g   m eth o d s .   I n   th i s   p ap er ,   w co n s id er   s u c h   a l g o r ith m s   a s   an   ar ti f icial  n eu r al  n e t w o r k   ( m u ltil a y er   p er ce p tr o n ) ,   th s u p p o r v ec to r   m ac h in e,   an d   t h e   r an d o m   f o r e s al g o r ith m .   T h ese   t h r ee   t y p e s   o f   al g o r ith m s   ar u s ed   to   cla s s i f y   a n   o b j ec b y   a   f i n ite  s et  o f   attr ib u te s .   T h m ain   tas k   o f   o u r   r esear ch   is   t o   r ev ea th m e th o d   th at  s h o w s   th b est  r esu lt s   o f   d etec tin g   ab n o r m al  b eh a v io r   o f   d ev ices b ased   o n   t h ch ar ac t er is tics   o f   t h MQ T T   p r o to c o l   tr af f ic.     2 . 1 .     Art if ici a l neura l net w o r k   T h is   m o d el  co n s i s ts   o f   n et wo r k   o f   n e u r o n s   t h at  ar d iv id e d   in to   la y er s   [ 1 8 ] .   L a y er s   ar d iv id ed   in to   in p u t,  h id d en ,   an d   o u tp u la y e r s .   T h n u m b er   o f   in p u f ea tu r es  o f   an   o b j ec d eter m in e s   th n u m b er   o f   n eu r o n s   in   t h f ir s t   la y er .   T h o u tp u t   l a y er   h a s   d i m e n s io n   eq u al   to   th n u m b er   o f   cla s s es.   Neu r o n s   o f   n ei g h b o r in g   la y er s   h a v co n n ec tio n s   w it h   ea ch   o th er ,   w h ic h   ar ca lled   weig h co ef f icie n ts .   T h v alu o f   n eu r o n   d ep en d s   o n   all  in co m in g   w ei g h ts   a n d   v alu es o f   t h p r ev io u s   la y er 's n eu r o n s   a n d   is   d ef i n ed   as:                                 ( 1 )     w h er x   v al u o f   i - t h   n eu r o n   o f   th p r e v io u s   la y er ,   w i s   th v alu w e ig h co n n ec ti n g   i - t h   n e u r o n   o f   t h p r ev io u s   la y er .   T h ac tiv atio n   f u n ctio n   o f   t h n e u r o n   y = f   ( x )   ca n   b r ep r esen ted   as  lin ea r ,   th r es h o ld ,   o r   s ig m o id al  f u n ct io n .   T h is   s t u d y   u s ed   m o d el  o f   a   m u lt il a y er   p er ce p tr o n   w it h   t h e   f u n ctio n   o f   ac ti v ati n g   n eu r o n s   i n   th f o r m   o f   s ig m o id :                             ( 2 )     T h m u ltil a y er   p er ce p tr o n   h as  to   b tr ain ed   to   f in d   th m o s ap p r o p r iate  v alu es  o f   w ei g h t   co ef f icie n t s .   T r ain in g   ca n   b ca r r ied   o u t u s in g   t h b ac k   p r o p ag atio n   al g o r ith m   o r   g e n etic  a l g o r ith m s .     2 . 2 .     T he  a lg o rit hm   o f   ra nd o m   f o re s t   T h r an d o m   f o r est  al g o r ith m   is   b ased   o n   t h ap p r o ac h   i m p le m e n ted   in   th d ec i s io n   tr ee   alg o r ith m .   T h co m p o s itio n   o f   th r a n d o m   f o r est  co n s i s ts   o f   m a n y   tr ee s   [ 1 9 ] .   E ac h   d ec is io n   tr ee   in   th f o r est  is   b ased   o n   s a m p le  o b tain ed   b y   t h b o o ts tr ap   m e th o d   [ 2 0 ] .   I is   i m p o r tan to   u n d er lin e   th a t h d ec is io n   tr ee   u s es   t h e   s a m n u m b er   o f   r an d o m   f ea t u r es  o f   t h tr ai n in g   s a m p le  t o   cr ea te  r an d o m   f o r est  co n s is ti n g   o f   d if f er e n t   d ec is io n   tr ee s .   T h d ec is io n   tr ee   is   b ased   o n   C A R T ,   I D3 ,   an d   C 4 . 5   alg o r ith m s   [ 2 1 ] .   T r ain in g   i s   p er f o r m ed   in   o r d er   to   g et  t w o   th e   m o s h o m o g en eo u s   s u b s a m p le s   f o r   ea ch   r o o t.  Dete r m i n in g   th h o m o g e n eit y   o f   s u b s a m p les  m a y   b p er f o r m ed   in   o n o f   t h f o llo w i n g   w a y s :   th ca lcu latio n   o f   t h e n tr o p y :             (     )                           ( 3 )     th ca lcu latio n   o f   t h Gi n i i n d ex :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Do S   a tta ck s   d etec tio n   i n   MQTT   n etw o r ks   ( Dmit r ii Dik i i )   605                                 ( 4 )     th ca lcu latio n   o f   t h f r eq u en c y   o f   er r o n eo u s   cla s s i f icat io n :                                ( 5 )     w h er P ( w j )   is   th p r o b ab ilit y   o f   f i n d in g   an   o b j ec t o f   class   wj   in   th s a m p le.   I n   o u r   r esear ch   w ap p l y   th e n tr o p y   ap p r o ac h   as th m o s t st r aig h t t h r o u g h   w a y   o f   ca lc u lat io n   ( 3 ) .     2 . 3 .     T he  s up po rt   v ec t o m a c hin e   T h s u p p o r v ec to r   m ac h in e   is   o f ten   u s ed   to   class i f y   o b j ec ts   w it h   lar g e - d i m e n s io n al  f ea t u r v ec to r .   T h is   m et h o d   i s   b ased   o n   co n s t r u ctin g   h y p er p lan i n   m u lt id i m en s io n a l sp ac in   s u c h   w a y   t h at  it sep ar ates   o b j ec ts   o f   d i f f er e n cla s s e s   as  b est  a s   p o s s ib le  [ 2 2 ] .   I n   th s i m p lest   ca s e,   t h eq u a tio n   o f   th e   d esire d   h y p er p lan ta k es t h f o r m :         ̅   ̅             ( 6 )     w h er   ̅   ar co ef f icie n t s   o f   h y p er p lan e,   is   co n s ta n t.   I f   th v al u is   les s   th a n   ze r o   ( y i<0 )   f o r   x i,  th en   t h o b j ec b elo n g s   to   o n class ,   o th er w i s to   an o th er .   T h task   o f   tr ain i n g   an d   o p tim izatio n   in   t h s u p p o r v ec t o r   m ac h in i s   to   co n s tr u ct  a   h y p er p lan th a is   eq u id is ta n f r o m   i n s ta n ce s   o f   all  class es.  T h o p tim al  h y p er p lan eq u atio n   is   b b ase d   o n   L an g r a n g ia n   f u n ctio n :                        ̅ ̅ ̅ ̅   ̅                     ( 7 )     w h er s =1 . . . k   ar th s u p p o r t v ec to r s ,   an d   ai  ar th L ag r a n g ian   m u ltip lier s .   T h e   s u p p o r t   v e c t o r s   a r e   t h e   n e a r e s t   s a m p l e   p o i n t s ,   w h i c h   l i e   o n   t h e   h y p e r p l a n e s       ̅   ̅               i f   a 0 0 .   T h e   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   u s e s   t h e   k e r n e l   f u n c t i o n .   I t   m ay   b e   l i n e a r   o r   n o n l i n e a r   ( t h e   k e r n e l   f u n c t i o n             ̅   ̅ )   i s   s u b s t i t u t e d   i n   t h e   e x p r e s s i o n   (       ̅   ̅ )   i n   e q u a t i o n   ( 7 ) ) ,   t h a t   s i g n i f i c a n t l y   a f f e c t s   t h e   s h a p e   o f   t h e   h y p e r p l a n e .   I n   t h i s   s t u d y   r a d i a l   b a s e d   k e r n e l   f u n c t i o n   ( R B F )   a n d   l i n e a r   k e r n e l   f u n c t i o n   w e r e   c o n s i d e r e d .   W e   n e e d   a l s o   s e p a r a t e l y   d i s t i n g u i s h   t h e   a l g o r i t h m   f o r   o p t i m i z i n g   t h e   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e     S V M   [ 2 3 ] .   On o f   t h m ai n   in d icato r s   o f   th e   clas s i f ier   t h at  w i ll  al lo w   u s   to   ev a lu ate   it s   e f f icien c y   a lo n g   w it h   ac cu r ac y   ( 8 )   is   th F1 - s co r [ 2 4 ] .   T h is   in d icato r   d ep en d s   o n   th class if icatio n   r es u lts   o f   t h test   d ataset:  T P -   n u m b er   o f   le g al  tr a f f ic   m es s ag es  co r r ec tl y   cla s s i f ied ,   T N -   n u m b er   o f   ab n o r m al  tr a f f ic  m es s ag e s   co r r ec tl y   class i f ied ,   FN -   n u m b er   o f   le g al  tr a f f ic  cla s s i f ied   as   ab n o r m al  o n es,  a n d   FP     n u m b er   o f   ab n o r m al   tr af f ic   m es s ag e s   clas s i f ied   as leg al  o n es.                                     ( 8 )     T o   ca lcu late  F1 - s co r e,   o n n ee d s   to   ca lcu late  th p r ec is io n   ( 9 )   an d   r ec all  ( 1 0 ) :                      ( 9 )                      ( 1 0 )     T h r eq u ir ed   v alu F1 - s co r is   d ef in ed   b y   f o r m u la  ( 1 1 ) :                           ( 1 1 )       3.   RE S E ARCH   M E T H O D   T r a i n i n g   an d   t es t   t r af f i c   d a t a   s e t s   f o r   t h e   M Q T T   p r o t o c o l   h av e   b e en   a r r a n g e d   w ith   th e   s o f tw a r e   b a s e d   o n   th o p e n   s o u r c e   p r o je c t   M o q u e t te   [ 2 5 ] ,   f o r   th e   h a r d w a r e   p l a tf o r m   w h a v e   ch o s en   R as p b e r r y   PI   3   m o d e l   B   m i c r o c o m p u t e r .   T h e   s o f tw a r c o d e   o f   th e   g a tew ay   w a s   m o d if i e d   in   J A VA   a cc o r d i n g   t o   th d i ag r am   s h o w n   in   F ig u r e   2 .   T w o   p e r s o n a c o m p u t e r s   ( P C 1   an d   PC 2 )   h av b e en   u s e d   as   MQ T T   c l i e n ts .   T h PC 2   w as   r es p o n s i b l f o r   r e c e iv in g   m es s ag e s   an d   t h e   PC 1   w as   s e n d i n g   th em   as   s h o w n   in   Fi g u r e   4 .   T h e   o n e   h u n d r e d   c l i e n t s   o n   PC 2   h av e   b e en   la u n ch e d   s im u lt an e o u s ly   u s in g   t h "Pa h o - MQ T T l i b r a r y   s u p p o r t e d   b y   P y t h o n   p r o g r am m in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   1 J an u ar y   2 0 2 1     6 0 1   -   60 8   606   l a n g u ag e   [ 2 6 ] .   B e f o r e   s t a r ti n g   t h e   e x p e r im en t ,   e a ch   c l i en t   o f   t h e   PC 2   w as   a s s ig n e d   a n   I D   a c c o r d i n g   t o   t h s e q u e n c e   n u m b e r .   T h e   s e q u en ce   n u m b e r   c o r r e s p o n d s   t o   th e   n u m b e r   o f   t o p i cs   th e   cl i en t   is   s u b s c r i b e d   t o .           Fig u r 4 .   Diag r a m   o f   an   e x p er i m e n tal  s et u p   f o r   g e n er ati n g   tr ain i n g   a n d   test   d ata  s et       T h P C 1   g en er ated   leg al  an d   ab n o r m al  tr af f ic  o f   P T   m e s s a g es  w i th   s p ec i f ied   p ar am e ter s   o f   m e s s a g e   f r eq u en c y   an d   o t h er   p ar a m ete r s .   On ce   m es s ag e   is   r ec eiv e d   b y   t h g ate w a y ,   co r r esp o n d in g   f ea t u r v ec to r   is   ex tr ac ted .   W co n s id er ed   t h f o llo w i n g   tr a f f ic  p ar a m eter s th d ela y   b et w ee n   m e s s a g e s ,   th p a y lo ad   s ize,   an d   th n u m b er   o f   s u b s cr ib e r s   to   th to p ic.   T h f u ll   f ea tu r v ec to r   is   s h o w n   in   T ab le  2 .   A ll   m e s s a g e   p ar am eter s   ca n   b r etr iev ed   wh en   t h g a te w a y   s o f t w ar i s   m o d if ied .       T ab le  2 .   Featu r v ec to r   o f   m es s ag attr ib u tes  u s i n g   t h MQ T T   P r o t o co l   D e f i n i t i o n   P a r a me t e r   Ty p e   U se r n a me   U se r ` s n a me   S t r i n g   C l i e n t _ I D   D e v i c e   i d e n t i f i e r   S t r i n g   I P _ a d d r e ss   N e t w o r k   a d d r e ss o f   d e v i c e   S t r i n g   TL S _ e n a b l e   U sag e   o f   c r y p t o g r a p h i c   t r a n sf o r mat i o n s   B o o l e a n     Q o S   Q u a l i t y   o f   se r v i c e   0 ,   1   o r   2   T i me   T i me   w h e n   a   me ssag e   w a s re g i st e r e d   a t   t h e   g a t e w a y   Ms   P a y l o a d _ si z e   P a y l o a d   si z e   o f   me ssag r   B y t e   S u b s c r i b e r s_ N   N u mb e r   o f   su b scr i b e r s   U n i t s       T h u s ,   h av i n g   o n f ea t u r v ec t o r ,   all  th r ee   clas s if ier s   ca n   o p er ate  in   p ar allel,   as   s h o w n   i n   Fig u r 2 ,   u s i n g   th ap p r o p r iate  la b el  ( User n a m e,   C lie n t_ I D,   o r   I P _ ad d r ess ) .   I n   o r d er   to   r e d u ce   th n u m b er   o f   f a u lt  p o s itiv a n d   f a u lt  n e g ati v er r o r s ,   an   av er ag e   f ea tu r v ec to r   o f   m e s s a g es  r ec ei v ed   o v er   ti m in ter v al  w a s   s u b m itted   to   t h cla s s i f ier s .   T o   d ef in th m o s t a p p r o p r iate  ti m i n ter v al  w a s   o n o f   t h m ain   p r o b le m s   in   th is   r esear ch .   W s elec ted   th f o ll o w i n g   s et  o f   ti m in ter v al s   v a r y in g   i n   th r an g ( 2 0 2 0 0 0 0 )   MS:  2 0 ,   5 0 ,   1 0 0 ,   2 5 0 ,   5 0 0 ,   1 0 0 0 ,   1 5 0 0 ,   2 0 0 0 ,   5 0 0 0 ,   1 0 0 0 0 ,   1 5 0 0 0 ,   2 0 0 0 0 .     3. 1.     M o delin g   t est  a nd   t ra in ing   da t a   s et   W s i m u lated   n et w o r k   tr af f ic   b asi n g   o n   th e   f o llo w i n g   p ar am eter s :   m e s s a g f r eq u e n c y ,   p a y lo ad   s ize,   n u m b er   o f   s u b s cr ib er s ,   Qo S   v alu e,   a n d   u s o f   cr y p to g r ap h ic   tr an s f o r m a tio n s .   T w o   s ce n ar i o s   h a v co n s id er ed   f o r   leg al  tr af f ic.   I n   th f ir s o n e,   th d elay   i n ter v al  b et w ee n   m es s ag e s   b elo n g ed   to   r an g o f   ( 0 5 0 0 )   MS,   th s ize  o f   t h p a y lo ad   ( 1 8 0 )   B y te s ,   an d   t h n u m b er   o f   s u b s cr ib er s   ( 1 5 )   u n its .   T h s ec o n d   s ce n ar io   w as   in tr o d u ce d   w it h   a   lo n g   d ela y   t i m b et w ee n   m e s s a g es   ( 0 5 0 0 0 )   MS,   w ith   t h p a y lo ad   s ize   ( 0 8 0 0 )   B y tes,   an d   th n u m b er   o f   s u b s cr ib er s   in   t h r an g o f   ( 1 ; 1 0 ) .     A b n o r m al  tr a f f ic  w a s   p r ese n t ed   w i th   m i n i m u m   d ela y   b et w ee n   m es s a g es  ( 0   M S)  an d   / o r   lar g e   p ay lo ad   s ize  ( 6 0 8 0 )   K b y te s   an d /o r   m an y   s u b s cr ib er s   ( 7 5 1 0 0 ) .   T h u s ,   tr af f ic  w a s   r ec o g n ized   as  b ein g   ab n o r m al  if   at  least  o n p ar am eter   co r r esp o n d ed   to   th ab o v ch ar ac ter is tic s .   Fo r   ea ch   s ce n ar io   o f   leg iti m at e   tr af f ic  co r r esp o n d in g   ab n o r m al  tr a f f ic  h as  b ee n   s i m u lated .   T h test   d ata  s et  h as   b ee n   s i m u lated   in   s i m ilar   w a y   b u t ti m i n ter v a ls   f o r   p ar a m eter s   f l u ctu a tio n   f o r   leg al  a n d   ab n o r m al  tr af f ic  h av b ee n   ex ten d ed .       4.   RE SU L T S AN AN AL Y SI S   I n   o r d er   to   d eter m i n th m o s s u itab le  cla s s i f icatio n   m e th o d   o n   th s a m test   a n d   tr ain i n g   d ata,   w e   ca lcu lated   F1 - s co r v al u es  f o r   tr af f ic  e v al u atio n   at  d i f f er en ti m i n ter v al s .   Up o n   co m p let io n   o f   th e   ex p er i m e n t,  w e   o b tain ed   t h f o llo w i n g   r es u lts .   Fo r   t h f ir s t   s ce n ar io   o f   le g al  tr a f f ic  a s   s h o w n   i n   Fi g u r 5 ( a)   i n   th ar ea   f r o m   5 0   MS  to   1 0 0 0   MS,   w m a n ag ed   to   ac h ie v v al u o f   F1 - s co r g r ea t er   th a n   0 . 8   f o r   al l   class i f ier s .   C o m p ar ed   clas s i f i er s   c an   b s p lit  i n to   t w o   g r o u p s .   T h f ir s g r o u p   i s   t h r an d o m   f o r est   alg o r it h m   an d   th s u p p o r v ec to r   m ac h i n w it h   R B F,  w h er t h v al u e   o f   th F1 - s co r b eg in s   to   d ec r ea s r ap id ly   w h en   th ti m i n ter v a in cr ea s es  b y   m o r t h a n   1 0 0 0   MS.   T h s ec o n d   g r o u p ,   co n s is t i n g   o f   t h r e m ai n in g   cla s s i f ier s ,   h ad   F1 - s co r v al u clo s to   0 . 9   w ith   t h s a m in ter v al  v al u es.  Fo r   s m all  in ter v al s   ( n o ex ce ed in g   1 0 0   MS) ,   th b est  r esu l ts   h a v b ee n   o b s er v ed   f o r   th s u p p o r v ec to r   m ac h in w it h   li n ea r   k er n el  f u n ct io n ,   th s u p p o r t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       Do S   a tta ck s   d etec tio n   i n   MQTT   n etw o r ks   ( Dmit r ii Dik i i )   607   v ec to m a ch i n e   w i th   t h e   R B F   a n d   SM O   o p t im iz a ti o n   f u n c ti o n ,   an d   th e   r an d o m   f o r es t   alg o r it h m .   T h e   m u lt i l ay e r   p e r c e p t r o n   s h o w e d   g o o d   r e s u lt s   at   in t e r v al s   l o n g e r   th an   5 0 0   M S .   T h u s ,   th e   g r a p h   o f   ch an g es   f o r   F 1 - s c o r e   o f   t im e   in t e r v a ls   d u r in g   w h i ch   t r af f i is   ev a lu at e d   c an   b d iv i d e d   i n t o   th r e p a r t s .   T h e   f i r s o n is   a   g r a d u a in c r e as i n   th e   v a lu e   o f   t h e   F 1 - s c o r e .   T h e   s e c o n d   p a r t   k e e p s   th e   v al u e   o f   th e   F 1 - s c o r e   at   t h e   s am e   l ev el   w i th   s m al d e v i at i o n s .   T h e   th i r d   p a r t   is   a   s h a r p   d r o p d o w n   o f   F 1 - s c o r e   v a l u e .   M o r e o v e r ,   th e   l o w est   d e cr e a s e   is   o b s e r v e d   in   t h e   m eth o d   o f   s u p p o r t   v e ct o r   m a c h in e   w i th   R B F   an d   S M O   o p tim i z a ti o n   an d   a   m u lt i lay e r   p e r ce p t r o n .     T h r esu lts   o f   s i m ilar   e x p er i m e n f o r   th s ec o n d   le g al  tr a f f ic  s ce n ar io   ar s h o w n   in   Fi g u r 5 ( b ) T h m o s s i g n i f ican d if f e r en ce   f r o m   t h f ir s s ce n ar io   i s   th c h an g o f   F1 - s co r f o r   th s u p p o r v ec to r   m ac h in w i th   l in ea r   k er n el  f u n ct io n .   Her e,   lo w   v al u es  o f   t h is   p ar a m e ter   ar lin k ed   to   b ig   n u m b er   o f   f al s n eg at iv e   d ec is io n s   o f   t h cla s s if ier .   As  i n   th e   f ir s s ce n ar io ,   o n e   o f   th e   w o r s r es u lt s   w a s   s h o w n   b y   s u p p o r t   v ec to r   m ac h i n w it h   R B F.  Fo r   th r an d o m   f o r est al g o r ith m ,   t h F1 - s co r b eh av io r   is   s i m ila r .   W ith   lar g er   ti m e   in ter v a th v al u o f   th F1 - s c o r b eg in s   to   d ec r ea s e.   I is   wo r th   n o ti n g   th at  th q u alit y   o f   class i f ica tio n   te n d s   to   d eter io r ate  w h e n   t h t i m e   i n ter v al   is   m o r t h an   th r ee   t i m es  o f   m es s a g d ela y   li m it  f o r   l eg al  tr a f f ic  f o r   b o th   s ce n ar io s .   T h s u p p o r t v ec to r   m ac h in w i th   R B F a n d   t h S MO   o p ti m izatio n   m et h o d ,   as w ell  a s   th m u ltil a y er   p er ce p tr o n ,   s h o w ed   t h b es r esu lt s .   W ith   i n ter v al  lo n g er   th an   5 0   MS,   th v al u o f   th e   F1 - s co r f o r   b o th   class i f ier s   h av n o t f al len   b elo w   t h lev e l o f   0 . 9 0 .           ( a)   ( b)     Fig u r 5 .   T h d e p en d en ce   o f   t h F1 - s co r v alu e s   ag ai n s t c h a n g e s   in   t h ti m i n ter v al  d u r in g   w h ich   t h esti m ated   tr af f ic  f o r : t h f ir s t s ce n ar io   ( a) ; th s ec o n d   s ce n ar io   ( b ) ; M L P     m u ltil a y er   p er ce p tr o n ,     R -   alg o r it h m   r a n d o m   f o r est,  SMO    s u p p o r t v ec to r   m ac h in w it h   R B F a n d   th SM O,   SV M_ L     s u p p o r v ec to r   m ac h in w i th   li n ea r   k er n el  f u n c tio n ,   SVM_ R     s u p p o r t v ec to r   m ac h in w i th   R B F .       T h u s ,   t o   d e t e c t   a   d e n i a l   o f   s e r v i c e   i n   t h e   M Q T T   p r o t o c o l   n e tw o r k s   w i t h   p r o p o s e d   f e a t u r e   v e c t o r   t h e   b e s t   s o l u t i o n   i s   t o   a p p l y   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   w i t h   R B F   a n d   o p t i m i z a t i o n   S M O   m e t h o d   o r   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e tw o r k   i n   t h e   f o r m   o f   m u l t i l a y e r   p e r c e p t r o n .   T h e s e   c l a s s i f i e r s   s h o w e d   a p p r o x i m a t e l y   t h e   s a m e   r e s u l t s ,   a n d   t h e   v a l u e   o f   t h e   F1 - s c o r e   d e c r e a s e s   m o r e   s l o w ly   t h a n   i n   o t h e r   a l g o r i t h m s   c o n s i d e r e d   w h e n   t h e   t r a f f i c   e s t i m a t i o n   i n t e r v a l   i n c r e a s e s .   O t h e r   c l a s s i f i e r s   i n   s o m e   p a r t s   o f   t h e   c h a r t s   a l s o   s h o w e d   g o o d   r e s u l t s ,   b u t ,   a s   t h e   s t u d y   r e v e a l e d ,   r e q u i r e   m o r e   c a r e f u l   c a l i b r a t i o n   o f   t h e   t i m e   i n t e r v a l   d u r i n g   w h i c h   t r a f f i c   i s   b e i n g   e v a l u a t e d .   I n   c o m p a r i s i n g   w i t h   s i m u l a r   w o r k s ,   o u r   a p p r o a c h   d e m o n s t r a t e s   t h e   b e t t e r   r e s u l t s   i n   D o S   a t t a c k   d e t e c t i o n   f o r   s o m e   i n d i c a t o r s   ( o p t i m a l   t i m e   i n t e r v a l   a n d   c l a s s i f i c a t i o n   m e t h o d ) .   F o r   i n s t a n c e ,   i n   o u r   r e s e a r c h   F 1 - s c o r e   v a l u e   r e a c h e d   t h e   v a l u e   o f   0 . 9 8   w h e r e a s   t h e   r e s u l t s   o f   [ 2 7 ]   s h o w s   o n l y   0 . 9 0   a n d   r e s e a r c h   r e s u l t s   o f   [ 2 8 ]   b e i n g   e q u a l   t o   0 . 9 5 .       5.   CO NCLU SI O N   I n   t h i s   p a p e r ,   w e   c o n s i d e r e d   t h e   p r o b l em   o f   d e t e c t i n g   D o s   a t t a c k s   i n   n e tw o r k s   u s i n g   t h e   M Q T T   p r o t o c o l .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w e d   t h a t   t h e   w o r k l o a d   o f   t h e   g a t e w a y   i s   i m p a c t e d   b y   m a n y   f a c t o r s ,   s o m e   o f   w h i c h   w e r e   o v e r l o o k e d   i n   t h e   e a r l i e r   w o r k s   o f   t h e   r e s e a r c h   g r o u p s .   T h e   m a i n   p a r a m e t e r s   t h a t   a n   a d v e r s a r y   c a n   u s e   t o   o v e r l o a d   t h e   g a t e w a y   a r e   m e s s a g e   f r e q u e n c y ,   p a y l o a d   s i z e ,   a n d   n u m b e r   o f   r e c i p i e n t s .   T o   s o l v e   t h e   p r o b l e m   o f   d e t e c t i n g   a   D o S   a t t a c k   i n   M Q T T   n e t w o r k s ,   w e   p r o p o s e d   a   m e t h o d   b a s e d   o n   m a c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h m s .   T h e   p r o p o s e d   m e t h o d   s h o w e d   b e s t   q u a l i t y   o f   a t t a c k   d e t e c t i o n   a n d   p r o v e d   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   o u r   a p p r o a c h .   T h e   F 1 - s c o r e   v a l u e   o f   a t t a c k   d e t e c t i o n   i s   h i g h e r   o r   a t   t h e   s a m e   l e v e l   a s   o t h e r s   r e s e a r c h   g r o u p   r e s u l t s .   T h e   e x p e r i m e n t   s h o w e d   t h a t   f o r   e f f i c i e n t   t r a f f i c   a n a l y s i s ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   p r o c e s s   t r a f f i c   d u r i n g   t h e   t i m e   l o n g e r   t h a n   2 5 0   M S .   A t   t h i s   i n t e r v a l ,   t h e   m u l t i l a y e r   p e r c e p t r o n   a n d   t h e   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   w i t h   R B F   a n d   o p t im i z a t i o n   b a s e d   o n   S M O   a l g o r i t h m   s h o w e d   t h e   b e s t   r e s u l t s .   I t   i s   w o r t h   n o t i n g   t h a t   a n   e x c e s s i v e   i n c r e a s e   i n   t h e   i n t e r v a l   d u r i n g   w h i c h   t r a f f i c   i s   a n a l y z e d   l e a d s   n o t   o n l y   t o   a n   i n c r e a s e   i n   c o m p u t a t i o n a l   a n d   t i m c o s t s ,   b u t   a l s o   n e g a t i v e l y   a f f e c t s   t h e   q u a l i t y   o f   c l a s s i f i c a t i o n .   O u r   r e s e a r c h   c o n f i r m s   t h a t   m a c h i n e   l e a r n i n g   m e t h o d s   c a n   b e   u s e d   a s   a   t o o l   f o r   d e t e c t i n g   c y b e r   s e c u r i t y   a t t a c k s   i n   M Q T T   n e t w o r k s .   T h e   r e s u l t s   o f   t h i s   s t u d y   c a n   b e   a p p l i e d   i n   d e s i g n   o f   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t em s   f o r   I o T   e n v i r o n m e n t s   a n d   f u r t h e r   r e s e a r c h   i n t o   t h e   s e c u r i t y   o f   p u b l i s h e r - s u b s c r i b e r   n e t w o r k s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   1 J an u ar y   2 0 2 1     6 0 1   -   60 8   608   ACK NO WL E D G E M E NT S   T h r ep o r ted   s tu d y   w a s   f u n d e d   b y   R u s s ia n   Min is tr y   o f   Scie n ce   ( in f o r m atio n   s ec u r it y )   №1 1 /2 0 2 0 .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.  G r a n jal,   e a l. ,   S e c u rit y   f o th e   In tern e o f   T h in g s:  A   S u rv e y   o f   Ex isti n g   P ro to c o ls  a n d   Op e n   R e se a rc h   Iss u e s ,   IEE Co mm u n ica t io n S u r v e y &   T u to ria ls ,   v o l .   1 7 ,   n o .   3 ,   p p .   1 2 9 4 - 1 3 1 2 ,   2 0 1 5 .   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 1 1 0 9 /co m st.2 0 1 5 . 2 3 8 8 5 5 0 .   [2 ]   S .   S ica ri,   e a l . ,   S e c u rit y ,   p riv a c y   a n d   tru st   in   In tern e t   o f   T h in g s:  T h e   ro a d   a h e a d ,   C o mp u ter   Ne two rk s ,   v o l.   7 6 ,   p p .   1 4 6 - 1 6 4 ,   2 0 1 5 .   h tt p s:// d o i. o rg /1 0 . 1 0 1 6 /j . c o m n e t. 2 0 1 4 . 1 1 . 0 0 8 .     [3 ]   M .   Da u d ,   e a l . ,   De n ial  o f   se rv ice (Do S Im p a c o n   se n so rs” ,   2 0 1 8   4 th   I n ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   I n fo rm a ti o n   M a n a g e me n t   ( ICIM ) ,   2 0 1 8 ,   h tt p s: // d o i . o rg /1 0 . 1 1 0 9 /i n f o m a n . 2 0 1 8 . 8 3 9 2 8 4 8 .     [4 ]   E. N.  V e li c h k o , . e a l. ,   Im p ro v e m e n o f   f in it e   d iffere n c e   m e th o d   c o n v e rg e n c e   f o in c re a sin g   th e   e ff icie n c y   o m o d e li n g   in   c o m m u n ica ti o n s” ,   L e c tu re   No tes   in   Co mp u ter   S c ien c e ,   v o l .   8 6 3 8 ,   p p .   5 9 1 - 5 9 7 ,   2 0 1 4 .   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 1 0 0 7 /9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 1 0 3 5 3 - 2 _ 5 4 .     [5 ]   M . A .   Kh a n   a n d   K.   S a lah ,   Io T   s e c u rit y Re v ie w ,   b lo c k c h a in   so lu ti o n s,   a n d   o p e n   c h a ll e n g e s” ,   Fu t u re   Ge n e ra ti o n   Co mp u ter   S y ste ms ,   v o l.   8 2 ,   p p .   3 9 5 - 4 1 1 ,   2 0 1 8 ,   h tt p s:// d o i . o rg /1 0 . 1 0 1 6 /j . f u tu re . 2 0 1 7 . 1 1 . 0 2 2   [6 ]   M .   F re y ,   e a l. ,   S e c u rit y   f o th e   In d u strial  Io T T h e   Ca se   f o In fo rm a ti o n - Ce n tri c   Ne tw o rk in g ,   2 0 1 9   IEE 5 t h   W o rld   Fo r u m o n   I n ter n e o T h in g s ( W F - Io T ) ,   2 0 1 9 ,   h tt p s: // d o i. o rg /1 0 . 1 1 0 9 /wf - io t. 2 0 1 9 . 8 7 6 7 1 8 3 .     [ 7 ]   O f f i c i a l   s i t e   M Q T T .   U R L :   h t t p : / / d o c s . o a s i s - o p e n . o r g / m q t t / m q t t / v 3 . 1 . 1 / m q t t - v 3 . 1 . 1 . h t m l .   [ O n l i n e ;   a c c e s s e d   2 9 . 0 1 . 2 0 2 0 ]   [8 ]   B.   Ch if o r,   P a tri c i u   V . ,   M i ti g a ti n g   Do S   a tt a c k in   p u b l ish - su b s c rib e   Io T   n e tw o rk s” ,   2 0 1 7   I n   Pro c e e d in g o f   Co n fer e n c e El e c tro n ics ,   Co mp u ter a n d   Arti fi c i a In telli g e n c e .   In ter n a t io n a Co n fer e n c e   ( ECA I   2 0 1 7 ) ,   2 0 1 7 .   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 1 1 0 9 /E CA I. 2 0 1 7 . 8 1 6 6 4 6 3 .     [9 ]   Y.  M e id a n ,   e a l. , N - Ba Io T Ne tw o rk - b a se d   De te c ti o n   o f   Io T   Bo tn e A tt a c k U sin g   De e p   A u to e n c o d e rs” ,   IEE E   Per v a siv e   c o mp u ti n g ,   v o l .   1 3 ,   n o .   9 ,   p p .   1 - 8 ,   2 0 1 8 .   h t tp s:// d o i . o rg /1 0 . 1 1 0 9 /M P R V.2 0 1 8 . 0 3 3 6 7 7 3 1 .     [1 0 ]   N.  Ko ro n i o ti s,  e a l. ,   T o w a rd t h e   d e v e lo p m e n o f   r e a li stic  b o tn e d a tas e in   th e   in tern e o f   th in g f o n e tw o rk   f o re n sic   a n a l y ti c s:   Bo t - Io T   d a tas e t”,  Fu tu re   Ge n e ra ti o n   Co mp u ter   S y ste ms   1 0 0 ,   p p .   7 7 9 - 7 9 6 ,   2 0 1 9 .   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 1 0 1 6 /j . f u tu re . 2 0 1 9 . 0 5 . 0 4 1 .     [1 1 ]   V - D.  P h a m ,   e a l. ,   Re s e a rc h   o f   P r o to c o ls  o f   In tera c ti o n   o f   th e   In tern e o f   T h in g o n   th e   Ba sis  o f   th e   L a b o ra to ry   Be n c h ,   T e lec o m IT ,   v o l.   4 ,   n o .   1   p p .   5 5 - 6 7 ,   2 0 1 6   (i n   R u ss ian ).     [1 2 ]   R.   Do lg u sh e v ,   e a l. ,   A n   Ov e rv ie w   o f   P o ss ib le T e stin g   Ty p e s an d   M e th o d s f o th e   In tern e o f   T h in g s” ,   T e lec o m IT v o l.   4 ,   n o .   2   p p .   1 - 1 1 ,   2 0 1 6   (in   Ru ss ian ).     [1 3 ]   P .   F e h re n b a c h ,   M e ss a g in g   Qu e u e in   t h e   Io T   u n d e p re ss u re ,   Co mp u ta t io n a l   S c ien c e   a n d   Its   Ap p li c a ti o n   ICCS A .   2 0 1 8 .   p p .   1 - 9 .   URL h tt p s:// b lo g . it - se c u rit y g u a rd . c o m / w p - c o n ten t/ u p lo a d s/ 2 0 1 7 / 1 0 /IOT _ M o sq u i tt o _ P f e h re n b a c h . p d f   [ O n li n e a c c e ss e d   1 8 . 0 6 . 2 0 2 0 ] .     [1 4 ]   B.   M ish ra ,   P e rf o rm a n c e   Ev a lu a ti o n   o f   M QT T   Bro k e S e rv e rs” ,   L e c tu re   No tes   in   C o mp u ter   S c ie n ce ,   v o 1 0 9 6 3 ,   p p .   5 9 9 - 6 0 9 ,   2 0 1 8 .   h tt p s:// d o i. o rg /1 0 . 1 0 0 7 /9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 9 5 1 7 1 - 3 _ 4 7   [1 5 ]   M .   Ha n d o sa ,   D.  G ra c a n in ,   P e rf o rm a n c e   e v a lu a ti o n   o f   m q tt - b a se d   in tern e o f   th in g s y ste m s” ,   In   Pro c e e d in g o f   th e   2 0 1 7   W in ter   S imu l a ti o n   C o n f e re n c e ,   p p .   4 5 4 4 - 4 5 4 5 ,   2 0 1 7 .   h tt p s :/ /d o i . o rg /1 0 . 1 1 0 9 /W S C. 2 0 1 7 . 8 2 4 8 1 9 6   [1 6 ]   S . N.  F ird o u s,   e a l. ,   M o d e ll in g   a n d   Ev a lu a ti o n   o f   M a li c io u s   A tt a c k a g a in st  th e   Io T   M QT T   P ro to c o l”,   I n   Pro c e e d in g 2 0 1 7   IEE In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   In ter n e o T h in g ( iT h in g s)  a n d   IE EE   Gr e e n   Co mp u t in g   a n d   Co mm u n ica ti o n ( Gr e e n Co m)  a n d   IEE Cy b e r,  P h y sic a a n d   S o c i a Co mp u ti n g   ( CPS Co m)  a n d   IE EE   S ma rt  Da t a   ( S ma rtDa ta ) ,   p p .   7 4 8 - 7 5 5 ,   2 0 1 7 .   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 1 1 0 9 /i T h in g s - Gre e n Co m - CP S Co m - S m a rtDa ta.2 0 1 7 . 1 1 5 .     [1 7 ]   C.   Ba o ,   e t   a l. ,   A   T o o f o De n ia o f   S e rv ice   A tt a c k   T e stin g   in   Io T ,   In   Pro c e e d in g 8 t h   I n ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   I n fo rm a ti o n   T e c h n o l o g y   in   M e d icin e   a n d   Ed u c a ti o n   ( IT M E) ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 6 .     [1 8 ]   F .   Ro se n b latt ,   T h e   p e rc e p tro n - a   p e rc e iv in g   a n d   re c o g n izin g   a u to m a to n ,   T e c h n ica Rep o rt   8 5 - 4 6 0 - 1   C o rn e ll   Aer o n a u ti c a l   L a b o r a to ry ,   1 9 5 7 .     [1 9 ]   S . P .   C h isti a k o v ,   Ra n d o m   f o re st s:  a n   o v e rv iew ,   T ra n sa c ti o n o th e   K a re li a n   Res e a rc h   Ce n tre   o t h e   Ru ss i a n   Aca d e my   o S c ien c e s ,   v o l.   1 ,   p p .   1 1 7 - 1 3 6 ,   2 0 1 3   (in   Ru ss ian ).     [2 0 ]   B.   Ef ro n ,   Bo o tstra p   M e th o d s:  A n o t h e L o o k   a th e   Ja c k k n if e ,   A n n a ls   o S ta t isti c s v o l.   7 ,   n o .   1 ,   p p .   1 - 2 6 ,   1 9 7 9 .   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 1 2 1 4 /ao s/1 1 7 6 3 4 4 5 5 2   [2 1 ]   I.   D.  M ien y e , e a l. , P re d icti o n   p e rf o r m a n c e   o f   i m p ro v e d   d e c isio n   tree - b a se d   a lg o rit h m s:  a   re v iew ,   Pro c e d ia   M a n u f a c tu ri n g ,   v o l.   3 5 ,   p p .   6 9 8 - 7 0 3 ,   2 0 1 9 ,   h tt p s:/ /d o i. o rg /1 0 . 1 0 1 6 / j. p ro m f g . 2 0 1 9 . 0 6 . 0 1 1   [ 2 2 ]   V . V .   V ' j u g i n ,   M a t h e m a t i c a l   f o u n d a t i o n s   o f   t h e   t h e o r y   o f   m a c h i n e   l e a r n i n g   a n d   f o r e c a s t i n g ,   p p .   3 8 7 ,   2 0 1 3 .   ( i n   R u s s i a n )   [2 3 ]   J.  P latt,   S e q u e n t ial  M i n im a Op ti m iz a ti o n A   F a st A lg o rit h m   f o Train in g   S u p p o rt  V e c to r   M a c h i n e s” ,   1 9 9 8 .     [2 4 ]   S . V.  Vo lo sh in ,   e a l. ,   A n a l y sis   o f   th e   q u a li t y   o f   b in a r y   c l a ss i f ica ti o n   w e b   p a g e u sin g   th e   su p p o rt  v e c to m e th o d ,   Ne ws o Al t a S ta te U n ive rs it y ,   v o l.   9 6 ,   n o .   4 ,   p p .   84 - 8 8 ,   2 0 1 7 .   (i n   R u ss ian )   [2 5 ]   Off icia site M o q u e tt e .   URL h tt p s:// p ro jec ts. e c li p se . o rg /p ro jec ts/i o t. m o q u e tt e .   [ On li n e a c c e ss e d   2 9 . 0 1 . 2 0 2 0 ]   [2 6 ]   Off icia site P a h o - M QT T   p ro jec t.   URL h tt p s:// p y p i. o rg /p ro jec t/ p a h o - m q tt / .   [ O n li n e a c c e ss e d   2 9 . 0 1 . 2 0 2 0 ]   [2 7 ]   A .   P .   Ha rip ri y a ,   Ku lo t h u n g a n   K,  S e c u re - M QTT :   a n   e ff icie n f u z z y   lo g ic - b a se d   a p p ro a c h   to   d e tec Do S   a tt a c k   in   M QT T   p ro to c o f o r   in ter n e o f   t h in g s” .   EURA S IP   J o u rn a o n   W ire les Co mm u n ica ti o n a n d   Ne two r k in g ,   p p .   1 - 1 5 ,   2 0 1 9 .   h tt p s:// d o i. o rg /1 0 . 1 1 8 6 /s1 3 6 3 8 - 0 1 9 - 1 4 0 2 - 8   [2 8 ]   H .   A laiz - M o re to n ,   e t   a l. ,   M u lt i c las Clas si f ica ti o n   P ro c e d u re   f o De tec ti n g   A tt a c k o n   M QT T - Io T   P r o t o c o l”,   Co mp lex it y ,   p p .   1 - 1 1 ,   2 0 1 9 .   h tt p s: // d o i . o rg /d o i: 1 0 . 1 1 5 5 /2 0 1 9 /6 5 1 6 2 5 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.