I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   A d v a n c e s   i n   A p p l i e d   S c i e n c e s   ( I J A A S )   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 ,   p p .   6 2 ~ 6 6   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4 ,   D O I :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j a a s . v 9 . i 1 . p p 6 2 - 6 6             6 2       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i j a a s . i a e s c o r e . c o m   I n t r u s i o n s   d e t e c t i o n   u s i n g   o p t i m i z e d   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e       M e h d i   M o u k h a f i ,   K h a l i d   E l   Y a s s i n i ,   B r i   S e d d i k   D e p a r t m e n t   o f   M a t h e m a t i c s   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e s ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s ,   M o u l a y   I s m a i l   U n i v e r s i t y ,   M o r o c c o       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   M a y   3 ,   2 0 1 9   R e v i s e d   O c t   2 0 ,   2 0 1 9   A c c e p t e d   J a n   1 5 ,   2 0 2 0       C o m p u t e r   n e t w o r k   t e c h n o l o g i e s   a r e   e v o l v i n g   f a s t   a n d   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   i n t e r n e t   t e c h n o l o g y   i s   m o r e   q u i c k l y ,   p e o p l e   m o r e   a w a r e   o f   t h e   i m p o r t a n c e   o f   t h e   n e t w o r k   s e c u r i t y .   N e t w o r k   s e c u r i t y   i s   m a i n   i s s u e   o f   c o m p u t i n g   b e c a u s e   t h e   n u m b e r   a t t a c k s   a r e   c o n t i n u o u s l y   i n c r e a s i n g .   F o r   t h e s e   r e a s o n s ,   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t e m s   ( I D S s )   h a v e   e m e r g e d   a s   a   g r o u p   o f   m e t h o d s   t h a t   c o m b a t s   t h e   u n a u t h o r i z e d   u s e   o f   a   n e t w o r k ’ s   r e s o u r c e s .   R e c e n t   a d v a n c e s   i n   i n f o r m a t i o n   t e c h n o l o g y ,   s p e c i a l l y   i n   d a t a   m i n i n g ,   h a v e   p r o d u c e d   a   w i d e   v a r i e t y   o f   m a c h i n e   l e a r n i n g   m e t h o d s ,   w h i c h   c a n   b e   i n t e g r a t e d   i n t o   a n   I D S .   T h i s   s t u d y   p r o p o s e s   a   n e w   m e t h o d   o f   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   t h a t   u s e s   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   o p t i m i z i n g   o p t i m i z i n g   b y   a   g e n e t i c   a l g o r i t h m .   t o   i m p r o v e     t h e   e f f i c i e n c y   o f   d e t e c t i n g   k n o w n   a n d   u n k n o w n   a t t a c k s ,   w e   u s e d   a   P a r t i c l e   S w a r m   O p t i m i z a t i o n   a l g o r i t h m   t o   s e l e c t   t h e   m o s t   i n f l u e n t i a l   f e a t u r e s   f o r   l e a r n i n g   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   m o d e l .   K e y w o r d s :   G e n e t i c   a l g o r i t h m   I n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t e m   k d d 9 9   P a r t i c l e   s w a r m   o p t i m i z a t i o n   S u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   T h i s   i s   a n   o p e n   a c c e s s   a r t i c l e   u n d e r   t h e   C C   B Y - S A   l i c e n s e .     C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   M e h d i   M o u k h a f i ,     I n f o r m a t i c s   a n d   A p p l i c a t i o n s   L a b o r a t o r y   ( I A ) ,     D e p a r t m e n t   o f   M a t h e m a t i c s   a n d   C o m p u t e r   S c i e n c e s ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s ,   M o u l a y   I s m a i l   U n i v e r s i t y ,     M e k n e s ,   M o r o c c o .   E m a i l :   m e h d i . m o u k h a f i @ g m a i l . c o m       1 .   I N T R O D U C T I O N   D u e   t o   t h e   t r e m e n d o u s   g r o w t h   o f   t h e   I n t e r n e t   a n d   N e t w o r k   b a s e d   s e r v i c e s ,   t h e   s e v e r i t y   o   f   n e t w o r k   b a s e d   c o m p u t e r   a t t a c k s   h a v e   s i g n i f i c a n t l y   i n c r e a s e d .   T h u s ,   a n   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t e m   ( I D S )   p l a y   a   v i t a l   r o l e   i n   n e t w o r k   s e c u r i t y .   I n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t e m   t r i e s   t o   d e t e c t   c o m p u t e r   a t t a c k s   b y   e x a m i n i n g   v a r i o u s   d a t a   r e c o r d s .   t h e   I D S   w a s   p r e s e n t e d   f o r   t h e   f i r s t   t i m e   b y   A n d e r s o n   i n   1 9 8 0   [ 1 ] ,   a n d   l a t e r   f o r m a l i z e d   b y   D e n n i n g   [ 2 ] ,   c a n   b e   u s e d   i n   t h e   g l o b a l   s e c u r i t y   p o l i t i c s ,   w h i c h   i n c l u d e s   o t h e r   p r o t e c t i o n   t o o l s ,   s u c h   a s   f i r e w a l l s   a n d   a n t i - v i r u s   s o f t w a r e ;   T h u s ,   i t   i s   i m p o r t a n t   t o   t a k e   t h e   a d v a n t a g e   o f   t h e s e   t o o l s   c o l l a b o r a t i o n   a n d   c o m p l e m e n t a r i t y .   A c t u a l   I D S ’ s   b a s e d   o n   h e u r i s t i c   r u l e s ,   s u c h   a s   S n o r t   a r e   s i g n a t u r e   b a s e d   s y s t e m .     T h e   p r o b l e m   w i t h   s u c h   a   s y s t e m   i s   t h a t   i t   c a n n o t   d e t e c t   n o v e l   a t t a c k s   w h o s e   s i g n a t u r e   i s   n o t   a v a i l a b l e   a n d   h e n c e   g e n e r a t e s   a   h i g h   r a t e   o f   a l e r t s .   w h e r e   c o n s t a n t l y   t h e   e n v i r o n m e n t s   w e r e   c h a n g i n g ,   t h e   m a j o r   d r a w b a c k   o f   a p p r o a c h e s   b a s e d   s i g n a t u r e   i s   t h a t   t h e y   o n l y   d e t e c t   k n o w n   a t t a c k s ,   w h i c h   i m p l i e s   a   f r e q u e n t   u p d a t i n g   o f   t h e   r u l e s   d a t a b a s e   a n d   t h e   t i m e   f o r   t h e   i m p l e m e n t .   T o   o v e r c o m e   t h e   m e n t i o n e d   p r o b l e m   a b o v e ,   m a n y   d a t a   m i n i n g   t e c h n i q u e s   h a v e   b e e n   d e v e l o p e d   [ 3 ] .   T h e   d a t a   m i n i n g   t e c h n i q u e s   a r e   b e t t e r   a p p l i e d   e q u a l l y   f o r   a n   a n o m a l y   i n t r u s i o n s   d e t e c t i o n ,   a l s o   f o r   a   k n o w l e d g e - b a s e d   i n t r u s i o n s   d e t e c t i o n   [ 4 ] .   T h e   s t a t i s t i c a l   a n a l y s i s   o f   t h e   n o r m a l   s y s t e m   b e h a v i o r   i s   o n e   o f     t h e   f i r s t   a p p r o a c h e s   t o   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n .   T h e   s t a t i s t i c s   a r e   u s e d   m a t h e m a t i c a l l y   t o   d e s c r i b e   a n   o b s e r v e d   m e c h a n i s m .   G e n e r a l l y ,   t h e   o b s e r v a t i o n s   a l l o w   t o   g e t   a   r o u g h   d e s c r i p t i o n .   F o r   t h i s ,   t h e   v a l u e   o f   c e r t a i n   o b s e r v a t i o n s   i s   c o n s i d e r e d   r a n d o m   v a r i a b l e s .   F o r   e a c h   o f   i t s   c o m m e n t s ,   a   s t a t i s t i c a l   m o d e l   i s   u s e d   t o   d e s c r i b e   t h e   s e t   o f   t h e   c o r r e s p o n d i n g   r a n d o m   v a r i a b l e   d i s t r i b u t i o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   A d v   A p p l   S c i   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       I n t r u s i o n s   d e t e c t i o n   u s i n g   o p t i m i z e d   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   ( M e h d i   M o u k h a f i )   6 3 L e a r n i n g   a l g o r i t h m s   c a n   p l a y   a n   i m p o r t a n t   r o l e   i n   d e t e c t i n g   a t t a c k s   ( k n o w n   o r   u n k n o w n ) .   A d d i t i o n a l l y ,   t h e   I D S ’ s   p e r f o r m a n c e s   i s   c o n s i d e r a b l y   i m p r o v e d   a t   t h e   n e t w o r k   l e v e l .   S V M   o b t a i n s   a   g o o d   d e t e c t i o n   p e r f o r m a n c e   i n   t e r m s   o f   c l a s s i f y i n g   t h e   f l o w   o f   a   n e t w o r k   i n t o   n o r m a l   o r   a b n o r m a l   b e h a v i o r s .     F e n g   e t   a l .   [ 5 ]   i n t r o d u c e d   a n   a p p r o a c h   c o m b i n i n g   S V M   w i t h   s e l f - o r g a n i z e d   a n t   c o l o n y   n e t w o r k .   K u a n g   [ 6 ]   p r o p o s e   a   s o l u t i o n   b a s e d   o n   a   c o m b i n a t i o n   o f   t h e   S V M   m o d e l   w i t h   k e r n e l   p r i n c i p a l   c o m p o n e n t   a n a l y s i s   ( K P C A )   a n d   g e n e t i c   a l g o r i t h m .   K P C A   w a s   u s e d   t o   r e d u c e   t h e   d i m e n s i o n s   o f   f e a t u r e   v e c t o r s ,   w h e r e a s   G A   w a s   e m p l o y e d   t o   o p t i m i z e   t h e   S V M   p a r a m e t e r s .   A l - Y a s e e n   e t   a l .   [ 7 ]   P r o p o s e   a   s o l u t i o n   b a s e d   o n   h y b r i d   S V M   a n d   E x t r e m e   L e a r n i n g   M a c h i n e   m o d e l   L e a r n e d   w i t h   d a t a   s e t   b u i l t   b y   a   m o d i f i e d   K -   m e a n s     T h e   m o d i f i e d   K - m e a n s   i s   u s e d   t o   b u i l d   n e w   s m a l l   t r a i n i n g   d a t a s e t s   r e p r e s e n t i n g   t h e   e n t i r e   o r i g i n a l   t r a i n i n g   d a t a s e t .   T h e   r e s t   o f   t h i s   w o r k   i s   o r g a n i z e d   a s   f o l l o w s :   S e c t i o n   1   d e s c r i b e s   t h e   P S O ,   S V M   a n d   G A   m e t h o d s ,   s e c t i o n   2   p r o p o s e d   a r c h i t e c t u r e ,   s e c t i o n   3   s i m u l a t i o n   o f   r e s u l t s   a n d   e v a l u a t i o n   o f   t h e   a l g o r i t h m .   S e c t i o n   4   c o n c l u s i o n   a n d   f u t u r e   w o r k .       2 .   T H E   U S E D   M E T H O D S   2 . 1 .     P a r t i c l e   s w a r m   o p t i m i z a t i o n     P a r t i c l e   S w a r m   O p t i m i z a t i o n   ( P S O )   i s   a   s t o c h a s t i c   o p t i m i z a t i o n   m e t h o d ,   f o r   t h e   n o n l i n e a r   f u n c t i o n s ,   i n s p i r e d   b y   t h e   s o c i a l   b e h a v i o r   o f   i n s e c t   c o l o n i e s ,   b i r d   f l o c k s ,   f i s h   s c h o o l s   a n d   o t h e r   a n i m a l   s o c i e t i e s ,   P S O   w a s   i n v e n t e d   b y   R u s s e l l   E b e r h a r t   a n d   J a m e s   K e n n e d y   [ 8 ]   i n   1 9 9 5 .   O r i g i n a l l y ,   t h e   t w o   b e g a n   d e v e l o p i n g   s o f t w a r e   s i m u l a t i o n s   b i r d s   f l o c k i n g   a r o u n d   f o o d   s o u r c e s ,   l a t e r   a f t e r   r e a l i z i n g   t h a t   t h e i r   a l g o r i t h m   s o l v e   o p t i m i z a t i o n   p r o b l e m s ,   t h e y   p r e s e n t   [ 9 ]   a   d i s c r e t e   b i n a r y   P S O   a l g o r i t h m   d e v e l o p e d   f r o m   t h e   p r e v i o u s   P S O   a n d   o p e r a t i n g   i n   c o n t i n u o u s   v a r i a b l e s .   P S O   i s   a n   i t e r a t i v e   a l g o r i t h m   t o   f i n d   t h e   b e s t   s o l u t i o n   b a s e d   o n   a   p o p u l a t i o n   c o m p o s e d   o f   m a n y   p a r t i c l e s .   F o r   e x a m p l e ,   a   f l o c k   o f   b i r d s   ( p a r t i c l e s )   e n c i r c l i n g   a n   a r e a   w h e r e   t h e y   c a n   f e e l   a   h i d d e n   s o u r c e   o f   f o o d .   W h o e v e r   t h e   c l o s e s t   t o   f o o d   w a r n   o t h e r s   b i r d s   t o   m o v e   t o w a r d   i t s   d i r e c t i o n .   I f   a n y   o f   t h e   o t h e r   b i r d s   c i r c l i n g   c l o s e r   t o   t h e   t a r g e t   m o r e   t h a n   t h e   f i r s t ,   i t   w a r b l e s   s t r o n g e r   a n d     t h e   o t h e r s   m o v e   t o w a r d s   h i m .   T h i s   s c h e m e   c o n t i n u e s   u n t i l   o n e   o f   t h e   b i r d s   f i n d   f o o d .   A   p a r t i c l e   ( c a n d i d a t e   s o l u t i o n )   t h a t   m a y   m o v e   t o   t h e   o p t i m a l   p o s i t i o n   b y   u p d a t i n g   i t s   p o s i t i o n   a n d   i t s   s p e e d .   T h e   s p e e d   o f   m o v e m e n t   o f   a   p a r t i c l e   c a n   b e   u p d a t e d   b y   t h e   w e i g h t   o f   i n e r t i a ,   c o g n i t i v e   l e a r n i n g   f a c t o r ,   a n d   t h e   v a l u e s   o f   s o c i a l   l e a r n i n g   f a c t o r s .     2 . 2 .     S u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   S u p p o r t   V e c t o r   M a c h i n e   ( S V M )   i s   o n e   o f   t h e   m o s t   p o p u l a r   s u p e r v i s e d   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 i s   i s   a   c l a s s i f i c a t i o n   m o d e l   b y   e v a l u a t i n g   d a t a   a n d   i d e n t i f y   p a t t e r n s   t h a t   r e t a i n s   e x c e l l e n t   l o n g   g e n e r a l i z a t i o n   c a p a b i l i t i e s   w i t h   a n   i n t e g r a t e d   r e s i s t a n c e   t o   o v e r t r a i n i n g .   T h i s   g e n e r a l i z a t i o n   i s   b a s e d   o n   s o l i d   t h e o r e t i c a l   f o u n d a t i o n s   i n t r o d u c e d   b y   V a p n i k   [ 1 0 ] .   A n   S V M   m o d e l   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   1   i s   a n   i l l u s t r a t i o n   o f   e x a m p l e s   o f   p o i n t s   i n   t w o - d i m e n s i o n a l   s p a c e ,   w h e r e   i n s t a n c e s   o f   d i f f e r e n t   g r o u p s   a r e   s e p a r a t e d   b y   a n   a r e a   c a l l e d   m a r g i n .           F i g u r e   1 .   C l a s s i c a l   e x a m p l e   o f   S V M   l i n e a r   c l a s s i f i e r       I n   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   o f   s u p p o r t   v e c t o r ,   t h e   s e p a r a t i o n   f u n c t i o n   i s   a   l i n e a r   c o m b i n a t i o n   o f   g r a i n s   a s   g i v e n   i n   ( 1 )   a n d   a r e   i n   c o n t a c t   w i t h   t h e   s u p p o r t   v e c t o r     f ( x ) = ∑ μ ∈ y x x + b   ( 1 )     w h e r e   μ   i s   a   L a g r a n g e   x i   f a c t o r   i s   t r a i n i n g   m o d e l s ,   y i   { +   1 ,   - 1 }   i s   t h e   c o r r e s p o n d i n g   c l a s s   l a b e l s   a n d   S   d e n o t e s   t h e   s e t   o f   s u p p o r t   v e c t o r s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t   J   A d v   A p p l   S c i ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 :     6 2   –   6 6   6 4 2 . 3 .     G e n e t i c   a l g o r i t h m     G e n e t i c   A l g o r i t h m   ( G A )   [ 1 1 ]   a   g e n e r a l   a d a p t i v e   o p t i m i z a t i o n   s e a r c h   m e t h o d o l o g y   b a s e d   o n   a   d i r e c t   a n a l o g y   t o   D a r w i n i a n ’ s   p r i n c i p l e   o f   e v o l u t i o n   a n d   s u r v i v a l   o f   f i t t e s t   t o   o p t i m i z e   a   p o p u l a t i o n   o f   c a n d i d a t e   s o l u t i o n s   t o w a r d s   a   p r e d e f i n e d   f i t n e s s .   T h e   p r o c e d u r e   f o r   a   g e n e t i c   a l g o r i t h m   i s :     I n i t i a l i z a t i o n :   C r e a t e   a n   i n i t i a l   p o p u l a t i o n .   T h i s   p o p u l a t i o n   i s   u s u a l l y   r a n d o m l y   g e n e r a t e d   o f   n   c h r o m o s o m e s   ( s u i t a b l e   s o l u t i o n s   f o r   t h e   p r o b l e m )     E v a l u a t i o n :   E a c h   c h r o m o s o m e   x   o f   t h e   p o p u l a t i o n   i s   t h e n   e v a l u a t e d   a n d   w e   c a l c u l a t e   a   ' f i t n e s s '   f o r     t h a t   i n d i v i d u a l .       S e l e c t i o n :   S e l e c t   t w o   p a r e n t   c h r o m o s o m e s   f r o m   a   p o p u l a t i o n ,   b a s e d   o n   t h e i r   f i t n e s s   ( t h e   b e t t e r   f i t n e s s ,   t h e   b i g g e r   c h a n c e   t o   b e   s e l e c t e d )     C r o s s o v e r :   c r e a t e   n e w   i n d i v i d u a l s   b y   c o m b i n i n g   a s p e c t s   o f   o u r   s e l e c t e d   p a r e n t .       M u t a t i o n :   T h e   a l g o r i t h m   c r e a t e s   m u t a t i o n   c h i l d r e n   b y   r a n d o m l y   c h a n g i n g   t h e   g e n e s   o f   i n d i v i d u a l   p a r e n t s .   M u t a t i o n   t y p i c a l l y   w o r k s   b y   m a k i n g   v e r y   s m a l l   c h a n g e s   a t   r a n d o m   t o   a n   i n d i v i d u a l   g e n o m e .     T e s t :   I f   t h e   e n d   c o n d i t i o n   i s   s a t i s f i e d ,   s t o p ,   a n d   r e t u r n   t h e   b e s t   s o l u t i o n   i n   c u r r e n t   p o p u l a t i o n ,   e l s e   r e t u r n   t o   s e l e c t i o n   s t e p .       3 .   P R O P O S E D   M O D E L   F O R   I N T R U S I O N   D E T E C T I O N   3 . 1 .     P S O   f e a t u r e s   s e l e c t i o n   F r o m   a n   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   p e r s p e c t i v e ,   c r e a t e   a   c l a s s i f i e r   m e a n s   c r e a t i n g   a   t e m p l a t e   f o r   d a t a ,   o r   p e r f e c t   f o r   a   m o d e l   i s   t o   b e   a s   s i m p l e   a s   p o s s i b l e .   R e d u c i n g   t h e   n u m b e r   o f   p a r a m e t e r s ,   t h e n   r e d u c e s     t h e   n u m b e r   o f   p a r a m e t e r s   n e c e s s a r y   f o r   t h e   d e s c r i p t i o n   o f   t h i s   m o d e l .     I t   i m p r o v e s   t h e   c l a s s i f i c a t i o n   p e r f o r m a n c e :   l e a r n i n g   t i m e ,   h i s   s p e e d   a n d   p o w e r   o f   g e n e r a l i z a t i o n .     I t   i n c r e a s e s   t h e   c o m p r e h e n s i b i l i t y   o f   d a t a .   T h i s   d a t a   s e l e c t i o n   i s   t o   s e l e c t   a n   o p t i m u m   s u b s e t   o f   r e l e v a n t   v a r i a b l e s   f r o m   a   s e t   o f   o r i g i n a l   v a r i a b l e s .   T h e   K D D 9 9   h a s   4 1   v a r i a b l e s ,   i t   i s   r e l a t i v e l y   a   l a r g e   n u m b e r   t o   b e   p r o c e s s e d   b y   t h e   c l a s s i f i e r ,     t h e   l a t t e r   i n   t h e   l e a r n i n g   p h a s e   c a n n o t   c o m p l e t e   e x e c u t i o n   w i t h i n   a   r e a s o n a b l e   t i m e ,   t h e n   t h e   s e l e c t i o n   c a n   r e d u c e   t h e   f e a t u r e   s p a c e .   W e   u s e d   P S O   t o   s e l e c t   t h e   o p t i m u m   f e a t u r e s ,   t h a t   h a v e   t h e   m o s t   i m p a c t   o n     t h e   p r e d i c t i o n   o f   t h e   m o d e l ,   s o   w e   r e d u c e   t h e   n u m b e r   o f   f i e l d s   f r o m   4 1   t o   1 6   T a b l e   1 .     S e l e c t e d   f e a t u r e s :     2 ,   3 ,   4 ,   5 ,   6 ,   8 ,   1 1 ,   1 4 ,   2 3 ,   2 6 ,   2 9 ,   3 0 ,   3 5 ,   3 6 ,   3 7 ,   3 8       T a b l e   1 .   C o m p a r i s o n   o f   n u m b e r   o f   f e a t u r e s   b e t w e e n   t h e   d a t a   s e t   a n d   s u b s e t   D a t a   s e t   S u b s e t   0 ,   1 ,   1 8 ,   1 0 ,   4 9 1 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   2 ,   2 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   1 ,   0 ,   0 ,   1 5 0 ,   2 5 ,   0 . 1 7 ,   0 . 0 3 ,   0 . 1 7 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 . 0 5 ,   0 ,   n o r m a l   1 ,   1 8 ,   1 0 ,   4 9 1 ,   0 ,   0 ,   0 ,   0 ,   2 ,   0 ,   1 ,   0 ,   0 . 0 3 ,   0 . 1 7 ,   0 ,   0 ,   n o r m a l       3 . 2 .     A r c h i t e c t u r e   o f   p r o p o s e d   I D S   T o   i m p l e m e n t   o u r   p r o p o s e d   a p p r o a c h ,   t h e   R B F   k e r n e l   f u n c t i o n   i s   u s e d   f o r   t h e   S V M   c l a s s i f i e r   b e c a u s e   t h e   R B F   k e r n e l   f u n c t i o n   h a s   a n   e x c e l l e n t   p e r f o r m a n c e   f o r   t h e   m a n a g e m e n t   o f   h i g h e r - d i m e n s i o n a l   d a t a   a n d   r e q u i r e s   t h a t   o n l y   t w o   p a r a m e t e r s :       C   ( p e n a l t y   p a r a m e t e r ) :   T h i s   p a r a m e t e r ,   c o m m o n   t o   a l l   S V M   k e r n e l s ,   t r a d e s   o f f   m i s c l a s s i f i c a t i o n   o f   t r a i n i n g   e x a m p l e s   a g a i n s t   s i m p l i c i t y   o f   t h e   d e c i s i o n   s u r f a c e .       ( g a m m a   p a r a m e t e r ) :   I t   i s   a   s p e c i f i c   p a r a m e t e r   t o   R B F   k e r n e l   f u n c t i o n ,   g a m m a   d e f i n e s   h o w   m u c h   i n f l u e n c e   a   s i n g l e   t r a i n i n g   e x a m p l e   h a s .       T h e   p a r a m e t e r s   ( C   a n d   g )   u s e d   a s   i n p u t   a t t r i b u t e s   m u s t   b e   o p t i m i z e d   u s i n g   g e n e t i c   a l g o r i t h m .   T o   p r e c i s e l y   e s t a b l i s h   a   G A - S V M   b a s e d   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t e m ,   t h e   f o l l o w i n g   m a i n   s t e p s   ( a s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 )   m u s t   b e   p r o c e e d e d .   T h e   d e t a i l e d   e x p l a n a t i o n   i s   a s   f o l l o w s :       S t e p   1 :   F e a t u r e s   s e l e c t i o n   u s i n g   P S O   f o r   a   t r a i n i n g   d a t a   s e t   ( k d d 9 9 _ p )   S t e p   2 :   I n i t i a l i z a t i o n   o f   p o p u l a t i o n   b y   a   g e n e t i c   a l g o r i t h m   S t e p   3 :   G e n e t i c   a l g o r i t h m   p r o c e s s :   I n   t h i s   s t e p ,   t h e   s y s t e m   s e a r c h e s   f o r   b e t t e r   s o l u t i o n s   b y   g e n e t i c   o p e r a t i o n s ,   i n c l u d i n g   s e l e c t i o n ,   c r o s s o v e r ,   m u t a t i o n   ( D e s c r i b e d   i n   t h e   p r e v i o u s   s e s s i o n )     S t e p   4 :   T r a i n i n g   S V M   c l a s s i f i e r   u s i n g   o p t i m i z e d   p a r a m e t e r s     ( C , )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   A d v   A p p l   S c i   I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4       I n t r u s i o n s   d e t e c t i o n   u s i n g   o p t i m i z e d   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   ( M e h d i   M o u k h a f i )   6 5 S t e p   5 :   F i t n e s s e v a l u a t i o n .   F o r     e a c h   c h r o m o s o m e   r e p r e s e n t i n g   C ,   ,   t r a i n i n g   d a t a s e t   i s   u s e d   t o   t r a i n     t h e   S V M   c l a s s i f i e r ,   e a c h   c h r o m o s o m e   i s   e v a l u a t e d   b y   f i t n e s s   f u n c t i o n   S t e p   6 :   T e r m i n a t i o n   c r i t e r i a   : W h e n   t h e   t e r m i n a t i o n   c r i t e r i a   a r e   s a t i s f i e d ,   w e   e v a l u a t e   a   m o d e l   u s i n g   a   f u l l   k d d 9 9   d a t a   s e t ;   o t h e r w i s e ,   r e t u r n   t o   s t e p   3 .           F i g u r e   2 .   P r o p o s e d   a l g o r i t h m       4 .   E X P E R I M E N T   S E T U P   A N D   P E R F O R M A N C E   E V A L U A T I O N   I n   t h i s   s e c t i o n ,   w e   e v a l u a t e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   m o d e l .   A l l   e x p e r i m e n t s   w e r e   c o n d u c t e d   o n   a   c a l c u l a t i o n   s t a t i o n   2 4   C P U   I n t e l   C o r e   2 . 1 3 G H z ,   4 8 G B   R A M ,   r u n n i n g   u n d e r   L i n u x   C e n t O S   7 .     T h e   i m p l e m e n t a t i o n   w a s   c o d e d   u s i n g   t h e   J a v a   l a n g u a g e .     4 . 1 .     D a t a   s e t   C y b e r   S y s t e m s   a n d   T e c h n o l o g y   G r o u p   o f   M I T   L i n c o l n   L a b o r a t o r y   [ 1 2 ]   s i m u l a t e d   L A N   U S   A i r   F o r c e   L A N   w i t h   m u l t i p l e   a t t a c k s   a n d   c a p t u r e d   n i n e   w e e k s   T C P d u m p   d a t a .   T h i s   d a t a b a s e   w a s   f i r s t   u s e d   f o r   c o m p e t i t i o n s   k d d 9 9 ,   b u t   s i n c e   i t   h a s   b e c o m e   t h e   d a t a b a s e   t e s t   t o   t h e   I D S ’ s   b a s e d   o n   a   b e h a v i o r a l   a p p r o a c h .   K D D   C u p   1 9 9 9   p r o v i d e d   b o t h   t h e   t r a i n i n g   d a t a s e t ,   i t   i s   c a l l e d   K D d 9 9 _ 1 0 p .     E a c h   c o n n e c t i o n   r e c o r d   c o n s i s t s   o f   a p p r o x i m a t e l y   1 0 0   b y t e s .   T h i s   w a s   c o n v e r t e d   i n t o   a b o u t   4 9   *   1 0 5   c o n n e c t i o n   v e c t o r s   e a c h   o n e   c o n t a i n s   4 1   f i e l d s .   T h i s   d a t a b a s e   i s   c o l l e c t e d   b y   s i m u l a t i n g   a t t a c k s   o n   d i f f e r e n t   p l a t f o r m s   s u c h   a s   W i n d o w s ,   U n i x ,   e t c   . . .   F o u r   g i g a b y t e s   o f   r a w   d a t a   c o m p r e s s e d   T C P   d u m p   i s   t r a n s f o r m e d   i n t o   f i v e   m i l l i o n   c o n n e c t i o n s   f i l e s .   T h e   a t t a c k s   a r e   d i v i d e d   i n t o   f o u r   m a i n   c a t e g o r i e s :   D e n i a l   o f   S e r v i c e   A t t a c k   ( D O S ) ,   P r o b i n g ,   U s e r   t o   R o o t   A t t a c k   ( U 2 R ) ,   R e m o t e   t o   L o c a l   A t t a c k   ( R 2 L ) .     4 . 2 .     A n o m a l y   d e t e c t i o n   r e s u l t s   T h i s   s e c t i o n   d e s c r i b e s   t h e   o b t a i n e d   r e s u l t s   f r o m   t h e   e x p e r i m e n t   b y   a p p l y i n g   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m s   o n   t h e   d a t a   s e t   k d d 9 9 .   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   o f   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   w a s   e v a l u a t e d   o n   a l l   K D D 9 9   d a t a   s e t ,   1 0 %   o f   t h e   K D D 9 9   d a t a   s e t   w e r e   u s e d   f o r   t r a i n i n g   t h e   G A - S V M   m o d e l   a f t e r   t h e   f e a t u r e s   s e l e c t i o n   b y   P S O .   T a b l e s   2   i l l u s t r a t e s   t h e   c o n f u s i o n   m a t r i x .   t h i s   s y s t e m   a c h i e v e s   a   t o p   p e r f o r m a n c e   o f   u p   t o   9 6 , 0 1 %   w i t h   a   r e a s o n a b l e   f a l s e   a l a r m   r a t e   o f   0 , 0 2 %   a n d   a   d e t e c t i o n   r a t e   o f   9 6 , 3 8 % .       T a b l e   2 .   C o n f u s i o n   m a t r i x   A c t u a l   C l a s s   C l a s s i f i e d   C l a s s   N o r m a l   D O S   P r o b e   R 2 L   U 2 R   N o r m a l   7 1 3 6 8 0   1 0 6 7 6 1   2 6 7 6 7   3 0 8 1 1   1 5 7 6 2   D O S   5 8 0   3 8 7 8 9 8 6   3 7 8 4   6   1 4   P r o b e   5 1 9   6 6 4 6   3 3 7 9 7   3   1 3 7   R 2 L   4   0   1 7   9 2 3   1 8 2   U 2 R   0   0   0   2 1   3 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t   J   A d v   A p p l   S c i ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   M a r c h   2 0 2 0 :     6 2   –   6 6   6 6 F i g u r e   3   s h o w s   t h e   d e t e c t i o n   r a t e   c l a s s i f i e d   b y   a t t a c k ,   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   h a s   d e t e c t e d   9 9 , 8 9 %   o f   D O S   a t t a c k s   w h o m   a r e   t h e   m o s t   u s e d   b y   h a c k e r s .   F o r   P r o b e   a t t a c k s   a   r a t e   o f   8 2 , 2 3 %   i s   c o r r e c t l y   c l a s s i f i e d ,   8 1 , 9 7 %   f o r   R 2 L   a t t a c k s   a n d   5 9 , 6 2 %   f o r   U 2 R ,   t h e   l o w   r a t e   o f   d e t e c t i o n   U 2 R   a t t a c k s   c a n   b e   e x p l a i n e d   b y   t h e   i n s u f f i c i e n t   n u m b e r   o f   d a t a   r e c o r d - l e a r n i n g .   T o   c o m p a r e   a   d e t e c t i o n   r a t e ,   F i g u r e   4   c o m p a r e s   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   w i t h   a p p r o a c h e s   t h a t   u s e   o n l y   t h e   e n t i r e   K D D   C u p   1 9 9 9   d a t a s e t   a s   a   t e s t i n g   d a t a s e t   b e c a u s e   s e v e r a l   r e s e a r c h e r s   u s e d   o n l y   p a r t   o f   t h e   K D D   C u p   1 9 9 9 .   T h e   a b o v e   r e s u l t s   s h o w   t h a t   o u r   a p p r o a c h   e n h a n c e s   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   I D S .   G A - S V M   w i t h   P S O   s e l e c t i o n   f e a t u r e s   i s   m o r e   r e l i a b l e   t h a n   s t a t e -   o f -   t h e - a r t   m e t h o d s .   T h e   s t r e n g t h s   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   a r e   t h e   h i g h l y   i m p r o v e d   d e t e c t i o n   a c c u r a c y   c o m p a r e d   w i t h   o t h e r   m e t h o d s   b e c a u s e   o f   t h e   h i g h   r e d u c t i o n   o f   o r i g i n a l   t r a i n i n g   d a t a s e t   s i z e   w h i c h   s i m p l i f i e d     t h e   l e a r n i n g   p h a s e   o f   t h e   c l a s s i f i e r   a n d   t h e   S V M   p a r a m e t e r s   o p t i m i s a t i o n   b y   G A .               F i g u r e   3 .   T h e   a c c u r a c y   r a t e s   p e r   a t t a c k   F i g u r e   4 .   C o m p a r i s o n   o f   p r o p o s e d   m o d e l   w i t h   o t h e r   m e t h o d s   b y   d e t e c t i o n   r a t e       5 .   C O N C L U S I O N   I n   t h i s   p a p e r ,   a   N o v e l   h y b r i d   G A - S V M   w i t h   P S O   f e a t u r e   s e l e c t i o n – b a s e d   i s   p r o p o s e d   f o r   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n .   T h e   p r o p o s e d   m o d e l   i s   m a r k e d   b y   a   s i g n i f i c a n t l y   b e t t e r   p e r f o r m a n c e .   R B F   k e r n e l   f u n c t i o n   i s   u s e d   f o r   i m p r o v e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   S V M   c l a s s i f i c a t i o n   m o d e l ,   G A   i s   u s e d   t o   s e l e c t   s u i t a b l e   p a r a m e t e r s   f o r   S V M   c l a s s i f i e r   a n d   P S O   i s   d e s i g n a t e d   t o   s e l e c t   a   f e a t u r e s   o f   t h e   t r a i n i n g   d a t a s e t   a n d   p r o v i d e   n e w   h i g h - q u a l i t y   t r a i n i n g   d a t a s e t s   t h a t   c a n   i m p r o v e   t h e   o v e r a l l   p e r f o r m a n c e   o f   G A - S V M .   W e   a l s o   c a r r i e d   o u t   c o m p a r i s o n s   o f   o u r   m e t h o d   a g a i n s t   o t h e r   m e t h o d s ,   a n d   h a v e   s h o w n   a   n o t i c e a b l e   p e r f o r m a n c e .   F o r   f u t u r e   w o r k ,   w e   w a n t   t o   d e v e l o p   m o r e   a p p r o a c h e s   t o   c o m b i n e   s e v e r a l   m a c h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s   i n t o   o n e   p r e d i c t i v e   m o d e l ,   u s i n g   m e t a - a l g o r i t h m s ,   t o   i n c r e a s e   t h e   r a t e   o f   d e t e c t i o n   o f   a t t a c k s .       R E F E R E N C E S   [ 1 ]   J . P .   A n d e r s o n ,   C o m p u t e r   s e c u r i t y   t h r e a t   m o n i t o r i n g   a n d   s u r v e i l l a n c e .   T e c h n i c a l   R e p o r t ,   F o r t   W a s h i n g t o n ,   P A ,   U S A ,   1 9 8 0 .   [ 2 ]   D .   E .   D e n n i n g ,   “ A n   I n t r u s i o n - D e t e c t i o n   M o d e l , ”   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   S o f t w a r e   E n g i n e e r i n g ,   V o l .   1 3 ,   N o .   2 ,     p p .   2 2 2 – 2 3 2 ,   1 9 8 7 .   [ 3 ]   S .   F o r r e s t ,   S . A .   H o f m e y r ,   A .   S o m a y a j i ,   a n d   T . A .   L o n g s t a f f ,   “ A   s e n s e   o f   s e l f   f o r   U n i x   p r o c e s s e s , ”   P r o c e e d i n g s   o f   I E E E   S y m p o s i u m   o n   S e c u r i t y   a n d   P r i v a c y ,   W a s h i n g t o n ,   p p .   1 2 0 - 1 2 8 ,   1 9 9 6 .   [ 4 ]   W . L . W .   L e e ,   S J ,   a n d   M o k   K W . ,   “ A   d a t a   m i n i n g   f r a m e w o r k   f o r   b u i l d i n g   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   m o d e l s , ”   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   1 9 9 9   I E E E   S y m p o s i u m   o n   S e c u r i t y   a n d   P r i v a c y ,   C a l i f o r n i a ,   p p .   1 2 0 – 1 3 2 ,   1 9 9 9 .   [ 5 ]   W .   F e n g ,   Q .   Z h a n g ,   G .   H u ,   a n d   J . X .   H u a n g ,   “ M i n i n g   n e t w o r k   d a t a   f o r   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   t h r o u g h   c o m b i n i n g   S V M s   w i t h   a n t   c o l o n y   n e t w o r k s , ”   F u t u r e   G e n e r a t i o n   C o m p u t e r   S y s t e m s ,   V o l .   3 7 ,   p p .   1 2 7 – 1 4 0 ,   2 0 1 4 .   [ 6 ]   F .   K u a n g ,   W .   X u ,   a n d   S .   Z h a n g ,   “ A   n o v e l   h y b r i d   K P C A   a n d   S V M   w i t h   G A   m o d e l   f o r   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n , ”   A p p l i e d   S o f t   C o m p u t i n g   J o u r n a l ,   V o l .   1 8 ,   p p .   1 7 8 – 1 8 4 ,   2 0 1 4 .   [ 7 ]   W . L .   A l - Y a s e e n ,   Z . A .   O t h m a n ,   a n d   M . Z . A .   N a z r i ,   “ M u l t i - l e v e l   h y b r i d   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e   a n d   e x t r e m e   l e a r n i n g   m a c h i n e   b a s e d   o n   m o d i f i e d   K - m e a n s   f o r   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y s t e m , ”   E x p e r t   S y s t e m s   w i t h   A p p l i c a t i o n s ,   V o l .   6 7 ,   p p .   2 9 6 – 3 0 3 ,   2 0 1 7 .   [ 8 ]   J .   K e n n e d y   a n d   R .   E b e r h a r t ,   “ P a r t i c l e   s w a r m   o p t i m i z a t i o n , ”   P r o c e e d i n g s   o f   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e , V o l .   4 ,   p p .   1 9 4 2 – 1 9 4 8 ,   1 9 9 5 .   [ 9 ]   J .   K e n n e d y   a n d   R .   M e n d e s ,   “ P o p u l a t i o n   s t r u c t u r e   a n d   p a r t i c l e   s w a r m   p e r f o r m a n c e , ”   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   2 0 0 2   C o n g r e s s   o n   E v o l u t i o n a r y   C o m p u t a t i o n ,   V o l .   2 ,   p p .   1 6 7 1 – 1 6 7 6 ,   2 0 0 2 .   [ 1 0 ]   C .   C o r t e s   a n d   V .   V a p n i k ,   “ S u p p o r t   V e c t o r   N e t w o r k s , ”   M a c h i n e   L e a r n i n g ,   V o l .   2 0 ,   N o .   3 ,   p p .   2 7 3 – 2 9 7 ,   1 9 9 5 .   [ 1 1 ]   O .   K r a m e r ,   G e n e t i c   A l g o r i t h m   E s s e n t i a l s .   C h a m :   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i s h i n g ,   2 0 1 7 .   [ 1 2 ]   M .   T a v a l l a e e ,   E .   B a g h e r i ,   W .   L u ,   a n d   A . A .   G h o r b a n i ,   “ A   d e t a i l e d   a n a l y s i s   o f   t h e   K D D   C U P   9 9   d a t a   s e t , ”   i n   E E E   S y m p o s i u m   o n   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e   f o r   S e c u r i t y   a n d   D e f e n s e   A p p l i c a t i o n s ,   p p .   1 – 6 ,   2 0 0 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.