I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b er   20 24 ,   p p .   7 1 6 9 ~ 7 1 7 7   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 14 i 6 . pp 7 1 6 9 - 7 1 7 7           7169       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Framewo rk  for d etec ti ng  and resis ting cy bera tt a cks   o n   cy ber - phy sica l sy stems i n int er net   of   t hin g s       J y o t i Met a n 1 ,   M a ha nte s h M a t ha pa t i 2 ,   P ra s a d  Ada g uru  Yo g eg o wda 3 ,     K urilin g a   Sa nn a lin g a pp a   A na nd a   K um a r 4   1 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   A t r i a   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   B e n g a l u r u ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   A mr u t a   I n st i t u t e   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   M a n a g e me n t   S c i e n c e s ,   B e n g a l u r u ,   I n d i a   3 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   S JB   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   B e n g a l u r u ,   I n d i a   4 D e p a r t me n t   o f   I n f o r mat i o n   a n d   S c i e n c e   E n g i n e e r i n g ,   A t r i a   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   B e n g a l u r u ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   1 3 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J u l 2 9 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Au g   6 ,   2 0 2 4       Cy b e r - p h y sic a l  s y ste m   (CP S )   is  a n   i n teg ra l  p a rt  o f  a n   i n tern e t   of   th in g s (Io T)   with   e sta b li s h e d   wi d e   sp re a d   a p p li c a ti o n s.  An   in c re a sin g   c o n c e rn   t o wa rd s  b e in g   h i g h ly   v u ln e ra b le  to   v a rio u s  fo rm s  o f   d y n a m ic  c y b e r - a tt a c k s   h a s  b e e n   in c re a sin g ly   e v o lv i n g .   A   re v i e w  o f  e x isti n g   re se a rc h   m e th o d o l o g y   sh o wc a se s  c o m p lex   so lu t io n s  th a t  c a n   o ffe r  su b - o p ti m a l  se c u rit y   stre n g t h   wh e n   e x p o se d   to   d y n a m ic  c y b e r - a tt a c k   fo rm s  wh il e   i n c re a sin g   th e   c o m p u tati o n a l  b u r d e n .   T h e re fo r e ,   th is  m a n u sc rip t   p re se n ts  a   n o v e l  y e t  sim p li fied   c o m p u tatio n a l  fra m e wo rk   c a p a b le  o f  d e term in in g   a n d   re sistin g   c rit ica l  a n o m a li e s  with i n   i n tern e t - of - c y b e r  p h y sic a l  sy ste m s  (Io CP S ).   T h e   p re se n ted   sc h e m e   c o n tri b u tes   t o wa rd s  p re p ro c e ss in g   fo l lo wi n g   a   d isti n c t   o v e rsa m p li n g   m e th o d   targ e ti n g   b a lan c in g   th e   d a ta.  A n   e n se m b l e   m a c h in e   lea rn in g   m o d e l   u si n g   a   d isc re te  v a rian t  o f   Ad a Bo o st  a n d   n e u ra l  d e c isio n   tree   (ND T)  h a s  b e e n   imp lem e n ted   to   o p ti m ize   th e   lea rn in g   p r o c e ss   a n d   imp r o v e   th e   th re a t  d e tec ti o n   e fficie n c y .   Th e   c o m p a ra ti v e   o u tco m e   o f  th e   p ro p o se d   stu d y   s h o wc a se s   th a t  it   o ffe rs  a p p ro x ima tely   7 . 2 %   in c re a se d   th re a t  d e tec ti o n   a c c u ra c y   a n d   a p p ro x ima tely   6 8 %   re d u c e d   re sp o n se   ti m e   c o m p a re d   to   fre q u e n tl y   a d o p ted   lea rn in g   m e c h a n ism s  to wa rd s   th re a t   d e tec ti o n   o v e r  a n   Io T  e n v iro n m e n t.   K ey w o r d s :   An o m aly   C y b er   attac k s   C y b er - p h y s ical  s y s tem   I n ter n et   of   th in g s   Ma ch in e  lear n in g   T h is i s  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 :   J y o ti M etan   Dep ar tm en t o f   I n f o r m atio n   Scien ce   an d   E n g in ee r i n g ,   Atr ia  I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   ASKB   C am p u s ,   1 st   Ma in   R d ,   AGS  C o lo n y ,   An an d n ag ar ,   He b b al,   B en g alu r u - 5 6 0 0 2 4 ,   Kar n atak a,   I n d ia   E m ail:  jy o tim etan @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  r ap id   ad v a n ce m en t  o f   tec h n o lo g ies  y ea r   af ter   y ea r   h as  in tr o d u ce d   a  n ew  s y s tem   o f   i n ter r elate d   o b jects  k n o wn   as  th e  in ter n et  o f   th in g s   ( I o T ) .   I t  aim s   to   c o n n ec t  m u ltip le  elec tr o n ic  e q u ip m en t  an d   s m ar t   d ev ices  to   t h e  I n ter n et  t o   a u to m ate  th e   s y s tem   [ 1 ] .   Ho wev er ,   th e   lar g e - s ca le  c o n n ec tio n   o f   s u ch   elec tr o n ics   an d   s m ar t  d e v ices  r eq u i r es  m ass iv e  s to r ag e  s p ac e  an d   c o m p u tin g   p o wer   [ 2 ] .   T h er e f o r e,   th e  cy b er - p h y s ical   s y s tem   ( C P S)  cr ea tes  a  h u g e  s to r ag e  s p ac e  an d   h ig h   co m p u tin g   p o wer   th r o u g h   clo u d   co m p u tin g   tech n o lo g y   [ 3 ] .   C PS   r ef er s   to   an   in ter c o n n ec ted   en v ir o n m e n t  o f   co m m u n icatio n   with   t h eir   in ter ac tio n   with   th e  I o T   a n d   th e  clo u d   will  lead   to   f u tu r is tic  C PS ,   n am ely   th e  in ter n et  o f   cy b er - p h y s ical  th in g s   ( I o C PT) ,   wh ich   r ef e r s   to   an   ad v an ce d   s y s tem   o f   th e  s ea m less   in teg r atio n   o f   co m p u tatio n   em p o wer e d   b y   cl o u d   c o m p u tin g   an d   p h y s ical  co m p o n en ts   em p o wer e d   b y   I o T   [ 4 ] .   T h is   f u tu r is tic  tech n o lo g y   in ter ests   r esear ch   co m m u n ities   an d   in d u s tr ies  d u e  to   its   p o ten tial  b e n ef its   to   s o ciety ,   t h e  e n v ir o n m en t,   an d   th e  e co n o m y   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   An o m a lies   in   I o C PS   d ata   ca n   o cc u r   f o r   v ar io u s   r ea s o n s ,   in clu d in g   s y s tem   m alf u n ctio n s ,   cy b er - attac k s ,   o r   h u m an   er r o r .   An o m alies  in   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 6 9 - 7 1 7 7   7170   n etwo r k   r e f er   to   u n u s u al  o r   a b n o r m al  b e h av io r   th at  d e v iates  f r o m   th e   ex p ec te d   p atter n   o r   b eh av io r   [ 7 ] .   T h ese  an o m alies  ca n   h av e  s er io u s   co n s eq u en ce s ,   s u ch   as  d ec r ea s ed   ef f icien cy ,   in cr ea s ed   d o wn tim e,   an d   p o ten tial   s af ety   r is k s   [ 8 ] .   Attack er s   m ay   tar g et  th ese  s y s tem s   to   s teal  s en s itiv e  in f o r m atio n ,   alter   o r   d is r u p t  n o r m a l   o p er atio n s ,   o r   g ain   u n au th o r iz ed   co n tr o l.  I n   s o m e  ca s es,  an   attac k er   m ay   ex p l o it  a  v u ln er a b ilit y   in   th e  s y s tem   to   ca u s e  a   m alf u n cti o n   o r   f a ilu r e  [ 9 ] .   Similar ly ,   an   i n d u s tr ial  co n tr o l   s y s tem   an o m aly   co u ld   r esu lt  in   a  p r o d u ctio n   lin e  s h u td o wn ,   lea d in g   to   s ig n if ican t  f in an cial  lo s s es   an d   o p er atio n al  d is r u p tio n s   [ 1 0 ] .   T h er e f o r e,   it  is   ess en tia l  to   d etec t  an o m alies  in   th e  d ata  g en er ate d   b y   in tellig en t  s en s o r s   as  q u ick l y   an d   ac c u r ately   as  p o s s ib le.   An o m aly   d etec tio n   i d en tifie s   p atter n s   o r   b eh av io r s   in   d ata  th at  d ev iate  f r o m   s tan d ar d   p atter n s   in   r ea l   tim e.   Var io u s   liter atu r e  d is cu s s es  ap p r o ac h es  to   d etec t  in t r u s io n s   an d   an o m alies  in   th ese   s y s tem s ,   in clu d in g   r u le - b ased   s y s tem s ,   s ig n atu r e - b ased   s y s tem s   [ 1 1 ]   an d   m ac h in e  lear n in g - b ased   s y s tem s   [ 1 2 ] .   Ma ch in e   lear n in g - b ased   s y s tem s   ef f ec tiv ely   d etec t  n ew  ty p es  o f   attac k s   an d   an o m alies,  b u t  th e y   ca n   b e  co m p le x   an d   tim e - co n s u m in g   to   im p lem e n t  [ 1 3 ] .   T h e  r elate d   wo r k   in   th is   d ir ec tio n   f o llo ws:   J in   et  a l.   [ 1 4 ]   p r esen ted   a  m u ltil ay er   lear n in g   m o d el  to   d etec t  an o m alies  in   p o wer   s y s tem s   u s in g   a   co n v o lu tio n   n eu r al  n etwo r k   ( C NN)   to   le ar n   th e   ty p ical  d ata   p atter n s   an d   d etec t  an o m alies  in   r ea l  tim e.   T h e   r esu lt  s u g g ests   th at  th is   s ch em e  p e r f o r m s   b etter   th a n   co n v en tio n al  m et h o d s ,   s u ch   a s   Kalm an   f ilter in g   a n d   s u p p o r t  v ec to r   m ac h i n e  ( SVM) .   C h e n   et  a l.   [ 1 5 ]   u s ed   a   d ee p   lear n i n g - b ased   ap p r o ac h   to   d etec t  an o m alies  in   s m ar t  g r id   d ata.   T h is   s ch em e  a d o p te d   a  r ec u r r en t   n eu r a l   n etwo r k   ( R NN)   m o d el  to   ca p tu r e  th e  tem p o r al  r elatio n s h ip s   b etwe en   d ata  p o in ts   an d   d etec t  r ea l - tim e  an o m alies.  T h e  o u tco m e  d em o n s tr ates  th at  th e  p r esen ted   a p p r o ac h   is   p r ac tical  o v er   c o n v en tio n al  m eth o d s ,   s u ch   as  B ay esian   n etwo r k s   a n d   d ec is io n   tr ee s .   Gu   et  a l.   [ 1 6 ]   p r esen ted   a   r u le - b ased   s y s tem   f o r   in tr u s io n   d etec tio n   in   C PS .   T h e  s y s tem   was  b ased   o n   a  s et  o f   p r ed e f in ed   r u les  an d   p o licies  th at  w er e  u s ed   to   d etec t  p o ten tial  in tr u s io n s .   T h e  a u th o r s   ev alu ated   th e  s y s tem   u s i n g   r ea l - wo r l d   C PS   d ata  an d   f o u n d   it  ef f ec tiv ely   d etec ted   in tr u s io n s   with   h ig h   ac cu r ac y .   Ho wev e r ,   th is   s y s tem   is   lim i ted   in   co u n ter in g   n ew  attac k s   an d   an o m alies.  B ao   et   a l.   [ 1 7 ]   s u g g ested   a  s y s tem   b ased   o n   p r ed ef in ed   p atter n s   to   d etec t  i n tr u s io n s   an d   an o m alies  in   I o T   d ata.   R ea l - wo r ld   I o T   d ata  is   u s ed   in   th e   ev alu atio n ,   a n d   r esu lts   in d icate   th at   it  ef f ec tiv ely   d etec ted   o n l y   k n o wn   in tr u s io n s   an d   an o m al ies.  I n g r e   et  a l.   [ 1 8 ]   a  d ec is io n   tr ee - b ased   s y s tem   was  p r o p o s ed ,   ef f ec tiv el y   d etec tin g   in tr u s io n s   a n d   a n o m alies  in   C PS   d ata.   T h e  s im u latio n   o u tco m e  s h o ws   th at  th is   m eth o d   o u tp er f o r m ed   o th er   tr ad itio n al   lear n in g   alg o r ith m s   r eg ar d in g   ac cu r ac y   an d   s p ee d .   L iu   et  a l.   [ 1 9 ]   em p lo y ed   a   r an d o m   f o r est  f o r   in tr u s io n   d etec tio n   in   I o T   s y s tem s .   T h e  r esu lt  s h o ws  th at  th e  s y s tem   ef f ec tiv ely   d etec ts   in tr u s io n s   an d   an o m alies  in   I o T   d ata  a n d   o u t p er f o r m s   o th e r   t r ad itio n al  m ac h in e   lear n in g   al g o r ith m s   r eg ar d i n g   ac cu r ac y   an d   s p ee d .   L i  et  a l.   [ 2 0 ]   h a v e  d escr ib ed   th e  ef f ec ti v en ess   o f   d ee p   lear n in g - b ased   in tr u s io n   d etec tio n   C PS .   Ao u ed i  et  a l.   [ 2 1 ]   d esig n ed   a   d ee p   b elief   n etwo r k ,   a n d   Der h a b   et  a l.   [ 2 2 ]   d e v elo p e d   a  m u ltil ay er   d ee p   n eu r al  n etwo r k   ( DNN)   to   d et ec t  an o m alies  in   I o T   n etwo r k   d ata  an d   ev al u ate  th e  m o d el' s   p er f o r m an ce   u s in g   r ea l - wo r ld   I o T   n etwo r k   d ata.   Alth o b aiti  et  a l.   [ 2 3 ]   ad o p ted   DNN  to   id en tif y   in t r u s io n   p at ter n s   in   C PS   d ata.   Awo tu n d e  et  a l.   [ 2 4 ]   h av e   d e v elo p ed   p r o to c o l - in d e p en d e n t   in d ep en d en t  I DS  u s in g   d ee p   lear n in g   to   d etec t  d y n am ic   attac k s   s u ch   as   b lack h o le,   d is tr ib u ted   d en ial  o f   s er v ice  ( DDo S),   o p p o r tu n is tic  s er v ice ,   Sin k h o le,   a n d   W o r m h o le  attac k s .   T u s h k a n o v a  et   a l.   [ 2 5 ]   e x p lo r e d   e x is tin g   ap p r o ac h es,  s u g g ested   d ev elo p in g   th r ea t  d etec tio n   b ased   o n   th e  b eh av i o r   an aly s es,  a n d   a d o p ted   an   u n s u p er v is ed   lear n in g   ap p r o ac h .   T an g   et  a l.   [ 2 6 ]   p r esen ted   a  th r ea t  d etec tio n   b ased   o n   a  d if f u s io n   m o d el  f o r   in d u s tr ial  C PS .   A  d if f u s io n   m o d el  is   ad o p te d   to   b alan ce   th e   d ataset,   an d   th en   bi - d ir ec tio n al  lo n g - s h o r t - ter m - m em o r y   ( B iLST M)   is   ad o p ted   to   class if y   th e  an o m aly .   Ka n d h r o   et  a l.   [ 2 7 ]   ad o p ted   a  jo in t  ap p r o ac h   o f   u n s u p er v is ed   lea r n in g   an d   g e n er ativ e  ad v e r s ar ial   n etwo r k   to   d etec t  p o ten tial   cy b er - attac k s   in   I o T - d r iv e n   cy b er   in f r astru ctu r e .   T h e   r esu lt  s h o ws  th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r esen te d   s ch em e  i n   th at   it  o u tp er f o r m s   an o th er   s im ilar   m o d el  in   ter m s   o f   ac cu r ac y ,   r eliab ilit y ,   an d   d etec tio n   ef f ici en cy .     T h e  co r e  r esear ch   p r o b lem s   id en tifie d   f r o m   a  liter atu r e  r e v ie w  ar e:  i)   d eg r ad ed   s ca lab ilit y ,   ii)  h ig h er   f alse  p o s itiv e  o u tco m e  an d   iii)   d ata  im b alan ce   f ac t o r   ass o ciate d   with   th e  n etwo r k   d ataset.   I o T   an d   C PS   s y s tem s   o f ten   in v o lv e  m an y   c o n n ec ted   d e v ices,  an d   it  ca n   b e  ch allen g in g   to   a p p ly   co m p lex   an d   s p ec if ically   d esig n ed   d ee p   lear n in g   tech n i q u es  in   a  s ca lab le  m an n er   to   d etec t  an o m alies  in   h ig h   v o lu m es  o f   s tr ea m in g   n etwo r k   d ata.   Ap ar t  f r o m   th i s   th ese  s y s tem s   o f ten   ex p er ien ce   im b alan ce d   d ata  d is tr ib u t io n s ,   with   a  s m all  n u m b er   o f   an o m alies  o r   in tr u s io n s   am o n g   a  lar g e  am o u n t  o f   s tan d ar d   d ata.   T h is   ca n   m a k e  it  d if f icu lt  f o r   d ee p   lear n in g   m o d els to   id en tify   an o m alies a cc u r ately .   T h er e f o r e,   th e  r esear ch   wo r k   r ep o r ted   in   th is   p ap er   s u g g ests   an   o p tim al  s ec u r ity   s y s tem   b y   co m b in in g   th e  s tr en g th s   o f   m u ltip le  o p tim ized   class if ier s   f o llo wed   b y   a n   ef f ec tiv e  d ata  m o d ellin g   s ch e m e  to   ac h iev e  h ig h   ac cu r ac y ,   f aster   r esp o n s e  tim e  an d   r o b u s tn ess   in   d etec tin g   d y n am ic  s ec u r ity   th r ea ts .   I n   r esp o n s e  to   th e  s tu d ies  m e n tio n ed   ab o v e,   th is   m an u s cr i p t' s   co n tr ib u tio n   is   a n   ef f ec tiv e  s ec u r ity   s o lu tio n   b ased   o n   an   en s em b le  lear n in g   tech n iq u e  in teg r ated   with   o p tim al  d ata  s am p lin g   o p er atio n .   T h e  p r im e  aim   o f   t h e  p r o p o s ed   s y s tem   is   to   p er f o r m   th e  d etec tio n   o f   an o m alies  an d   class if icatio n   o f   i n tr u s io n s   o n   a  r ea l - tim e  b asis .   T h e  v alu e - ad d ed   n o v elties   o f   th is   wo r k   ar e  as  f o llo ws:   i)   A  n o v el  an d   s im p lifie d   ar ch itectu r e  o f   n etwo r k   c o n ce n tr atin g   ed g e  c o m p u tin g   c o n ce p t  th at  en a b les  ef f icien t  ex ec u tio n   o f   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F r a mewo r k  fo r   d etec tin g   a n d   r esis tin g   cy b era tta ck s   o n   cy b e r - p h ysica l sys tems  …   ( Jy o ti M eta n )   7171   p r o p o s ed   lear n in g - d r iv e n   s ec u r ity   s y s tem ,   ii)  a  p r ac tical  d ata  m o d ellin g   ap p r o ac h   is   p r e s en ted   f o llo wed   b y   s u itab le  p r ep r o ce s s in g   o p er ati o n   a n d   d ata  s am p lin g   ap p r o a ch   to   b alan ce   d ata,   o v e r co m e   b iased   p r ed ictiv e   o u tco m e,   a n d   e m p o wer   an o m aly   d etec tio n ,   iii)  A n   en s em b l e  lear n in g   as  j o in t  ap p r o ac h   o f   M - Ad a  B o o s t  an d   n eu r al  d ec is io n   t r ee   ( NDT )   h as  b ee n   p r esen ted   t o   p er f o r m   p r ed ictiv e  m o d ellin g   f o r   a n o m aly   an d   i n tr u s io n   d etec tio n   in   I o C PS .   T h e  f o llo win g   s ec tio n   d is cu s s es a b o u t a d o p ted   r esear ch   m eth o d o lo g y .       2.   M E T H O D   T h e  p r o p o s ed   r esear ch   m eth o d o lo g y   aim s   to   co n s tr u ct  a   n o v el   co m p u tatio n al  m o d el   ca p ab le  o f   d eter m in in g   t h e  leth al  th r ea ts   ass o ciate d   with   an o m alies in   I o C PS .   T h e  p r o p o s ed   s tu d y   h as   in tr o d u ce d   a  n o v el   in teg r ated   f r am ew o r k   to   c o u n ter   s ec u r ity   th r ea ts   in   a  m o d er n   n etwo r k   o f   I o C PS .   Fig u r e  1   illu s tr ates  th e  co n ce p tu al   ar ch itectu r e   o f   th e   p r o p o s ed   s y s tem   b ased   o n   t h e   ed g e   n etwo r k in g   co n ce p t,   s tatis tical  m eth o d s   f o r   n etwo r k   d ata  m o d ellin g ,   an d   en s em b led   lear n in g   m ec h an is m .   T h e  c o r e   n o tio n   o f   t h is   ar ch itectu r e   is   to   em p o wer   p r ed ictiv e  an al y tics   o n   th e  s tr ea m in g   n etwo r k   tr af f ic  f o r   r ea l - tim e  a n o m aly   d etec tio n .             Fig u r e   1 .   Sch em atic  a r ch itectu r e  o f   th e   p r o p o s ed   in te g r ated   f r am ewo r k       As  d ep icted   in   Fig u r e  1 ,   th e  s y s tem   d esig n   co m p r is es  th r ee   ess en tial  m o d u les:   I o C PS ,   ed g e  co m p u tin g   in f r astru ct u r e,   a n d   th e  clo u d   s y s tem .   T h e  I o C PS   m o d u le  is   a  cu ttin g - ed g e   s y s tem   th at  in teg r ates  cy b er   s y s tem s   en ab led   b y   clo u d   co m p u tin g   a n d   p h y s ical  co m p o n en ts   em p o wer e d   b y   I o T .   T h is   in n o v ativ e   tech n o lo g y   attr ac ts   s ig n if ican t   atten tio n   f r o m   r esear ch   c o m m u n ities   an d   in d u s tr ies  f o r   its   p o ten tial  b en ef its   to   s o ciety ,   th e  en v ir o n m en t,  an d   th e  ec o n o m y .   T h e  I o C PS   m o d u le  en co m p ass es  p h y s ical  co m p o n en ts   s u ch   as  in tellig en t  elec tr o n ic   d e v ices,  s en s o r   n o d es,  an d   c y b er   co m p o n en ts   r esp o n s ib le  f o r   co m p u t atio n ,   s to r ag e,   a n d   n etwo r k   m an ag em e n t  task s ,   al l  lev er ag in g   clo u d   tec h n o lo g y .   T h e  e d g e  co m p u tin g   i n f r astru ctu r e  en c o m p ass es  n etwo r k in g   m eth o d s   f o r   d ata  r o u tin g   a n d   th e  p r o p o s ed   p r ed i ctiv e  s y s tem   f o r   an o m aly   d ete ctio n .   I t  f ea tu r es  an   I o T   g atew ay   f o r   r o u tin g   s tr ea m in g   n etwo r k   d ata  ( tim e   s er ies).   T h e  I o T   g atew ay   c o llects  d ata  f r o m   v ar io u s   d ev ices  an d   s en d s   it  to   t h e  m ess ag in g   lay er ,   p o wer ed   b y   t h e  m ess ag e  q u e u in g   telem etr y   tr an s p o r t  ( MQ T T )   p r o to co l.   T h e   d ata  s to r e  a n d   p r o ce s s in g   co m p o n en ts   e x tr ac t  th e  d ata  f r o m   t h e  m ess ag in g   l ay er ,   p r o ce s s   it  in   a   q u eu e,   an d   p ass   it  th r o u g h   th e   tr ain ed   an o m aly   d etec tio n   m o d el.   T h e  p r o p o s ed   an o m aly   d etec tio n   alg o r ith m   r etr iev es  d ata  f r o m   th e   d esig n ated   q u e u es,  p e r f o r m s   an o m al y   d etec tio n ,   an d   s en d s   th e  r esu lts   to   th e  cl o u d   f o r   ce n tr alize d   aler tin g   a n d   r ep o r tin g .   Ad d itio n ally ,   th e  m o d el  s to r es  th e  d ata  in   a  d atab ase  f o r   p o ten tial  f u tu r e   u p d ates  an d   im p r o v em e n ts   to   th e  m o d el  th r o u g h   a d d itio n al  o b s er v atio n al  d ata.   T h e  s y s tem   also   in co r p o r ates  an   o f f lin e   tr ain in g   s ch ed u lin g   m ec h an is m   th at  p e r io d ically   r etr iev es  b u lk   d ata  f r o m   th e  d a tab ase,   co m p r ess es  it,  an d   s en d s   it to   th e  cl o u d   f o r   f u tu r e  u s e,   s u ch   as a   tr ain in g   m o d el  with   n ew  o b s er v atio n s .     T h e  in teg r atio n   o f   th e  ed g e   co m p u tin g   c o n ce p t  is   m o ti v ated   b y   th e  g r o win g   am o u n t  o f   d ata  p r o d u ce d   b y   I o T   d ev ices  in   th e  I o C PS   s y s tem ,   lead in g   to   in cr ea s ed   d em an d s   o n   n etwo r k   b an d wid th ,   s to r ag e ,   an d   co m p u te  r eso u r ce s .   As  a  r esu lt,  r ely in g   s o lely   o n   ce n tr alize d   d ata  p r o ce s s in g ,   in clu d in g   in   th e  clo u d ,   h as  b ec o m e  in cr ea s in g l y   co s tly   a n d   ca n   r esu lt  in   p r o lo n g ed   d e lay s   in   d ata  p r o ce s s in g .   E d g e   co m p u tin g   o f f e r s   a   m o r e  ef f ec tiv e  m ea n s   o f   u tili zin g   ML - b ased   an o m aly   d etec tio n   b y   b r in g in g   d ata   p r o ce s s in g   clo s er   to   th e  d ata   s o u r ce .   T h is   ap p r o ac h   r e d u c es  th e  b u r d en   o n   th e  clo u d ,   en s u r es  im m ed iate  d ata  p r o ce s s in g ,   im p r o v es  r esp o n s e  tim es,  an d   d ec r ea s e s   n etwo r k   d em an d   an d   clo u d   co s ts ,   r esu ltin g   in   a  m o r e   co s t - ef f icien t  an d   ef f ec tiv e  s o lu tio n .   T h e  p r o p o s ed   s ch em e  u s es  a  p r ep r o ce s s in g   m ec h an is m   with   a  u n iq u e  o v er s am p lin g   ap p r o ac h   ad o p ted   f o r   d ata  m o d ellin g   an d   to   h an d le  th e  h ea v ily   im b alan ce d   n at u r e  o f   th e   I o T   d ata  [ 2 8 ] .   T h e   s tu d y   im p lem en tatio n   u s es  an   en s em b le  m o d el  b ased   o n   M - Ad aBo o s t  an d   NDT   alg o r ith m   f o r   an o m aly   d etec tio n .   An   ex p l o r ato r y   an al y s is   is   ca r r ied   o u t  f o r   th e  d ata s et  wh ile  an   o v er s am p lin g   ap p r o ac h   is   ap p lied   to   o b tain   a  b alan ce d   d ataset  s u itab le  f o r   s u b jectin g   it  t o   a  m a ch in e  lear n in g   ap p r o ac h .   T h e   p r o p o s ed   s ch em e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 6 9 - 7 1 7 7   7172   u s es  e n s em b le  lear n i n g ,   wh ich   ass o ciate s   m u ltip le  lear n in g   m o d els  to   im p r o v e   th e  ac c u r a cy   an d   r o b u s tn ess   o f   p r ed ictio n s .   T h e  b asic  id ea   b e h in d   en s em b le  lear n in g   is   to   u s e  m u ltip le  m o d els  to   m ak e  p r ed ictio n s   an d   th en   co m b in e  th eir   p r ed ictio n s   to   m ak e  a  f in al  p r ed ictio n .   T h is   ap p r o ac h   ca n   lead   t o   b etter   p e r f o r m a n ce   th an   u s in g   a  s in g le  m o d el,   as  th e  er r o r s   m ad e  b y   i n d iv id u al  m o d els  c an   b e  av e r ag ed   o u t.  T h is   p ap er   p r esen ts   a  n o v el  s y s tem   d ev elo p ed   b ased   o n   th e  ass em b lin g   o f   M - Ad aBo o s t  an d   NDT   m o d els to   p er f o r m   a n o m aly   d etec tio n .     M - Ad aBo o s t  is   an   im p r o v ed   v er s io n   o f   th e  ad ap tiv e  b o o s tin g   alg o r ith m ,   wid ely   ad o p ted   f o r   b in ar y   class if icatio n   p r o b lem s .   M - Ad aBo o s t  is   d esig n ed   to   h a n d le  m u lti - class   class if icatio n   p r o b lem s ,   wh ic h   in v o lv e  class if y in g   in s tan ce s   in to   m u ltip le  ca teg o r ies  r ath er   th an   ju s t  two .   I n   th is   m o d el,   th e  b asic  id ea   is   to   tr ain   m u ltip le  b in a r y   class if ier s ,   o n e  f o r   ea ch   class   ag ain s t  a ll  th e  o th er s ,   an d   th en   co m b i n e  th eir   p r e d ictio n s   to   m ak e  t h e  f in al   m u lti - class   p r ed ictio n .   T h e  b i n ar y   class if ier s   ar e  tr ain ed   in   a   s eq u en tial  m an n er ,   wh er e  ea c h   class if ier   f o cu s es  o n   co r r ec tin g   th e  m is class if icatio n s   m ad e  b y   th e  p r ev i o u s   class if ier .   T h e   f in al  p r e d ictio n   is   m ad e  b y   ta k in g   a  weig h ted   s u m   o f   th e   p r ed ictio n s   o f   all  b in ar y   class if ier s ,   wh er e  th e   weig h ts   r ef lect  th e   class if ier ' s   ac cu r ac y .     On   th e  o th er   h a n d ,   NDT   o p ti m ized   lear n in g   class if ier   co m b in es  th e  s tr en g th s   o f   d ec is io n   tr ee s   an d   n eu r al  n etwo r k s .   I t  u s es  th e  t r ee - lik e  s tr u ctu r e  o f   d ec is io n   tr ee s   to   m ak e  p r e d ictio n s   an d   th e  r ep r esen tatio n   lear n in g   ca p ab ilit ies  o f   n eu r a l  n etwo r k s   to   lear n   m o r e  co m p lex   d ata  r ep r esen tatio n s .   I n   th is   m o d el,   ea c h   in ter n al  n o d e  o f   th e  tr ee   is   r ep r esen ted   b y   a  n eu r al  n etwo r k ,   wh ich   is   tr ain ed   to   lear n   a  m o r e  co m p lex   r ep r esen tatio n   o f   t h e  d ata,   wh ich   allo ws  f o r   ef f icien t   ca p tu r e  o f   th e  n o n lin ea r   r elatio n s h ip s   b etwe en   th e   f ea tu r es  an d   th e  tar g et,   th er eb y   im p r o v in g   ac cu r ac y ,   h ig h er   in ter p r etab ilit y ,   an d   r o b u s tn e s s   o f   th e  alg o r ith m   in   th e  p r ed ictiv e  task .   T h e  p r o p o s ed   en s em b led   lear n in g   m o d el  ca n   b e  m ath em atica ll y   r ep r esen ted   as  a   weig h ted   s u m   o f   t h e  class   p r o b ab ilit ies  p r ed icted   b y   ea c h   cl ass if ier .   Giv en   two   class if ier s ,   1   (M - Ad aBo o s t)   an d   2   ( NDT ) ,   th e  f in al  e n s em b l e  class if ier   ca n   b e  d ef in e d   as   ( 1 ) :     ( ) = 1 1 ( )   + 2 2 ( )   ( 1 )     Acc o r d in g   to   e x p r ess io n   ( 1 ) ,   th e  v ar iab le    r ep r esen ts   th e  in p u t  s am p le,   an d   1   an d   2   ar e  th e  weig h ts   ass ig n ed   to   ea ch   cl ass if ier .   T h e  weig h ts   w 1   an d   w 2   d eter m in e   th e   r elativ e   i m p o r tan ce   o f   ea c h   class if ier   in   th e  en s em b le,   f o llo wed   b y   th e  v o tin g   m ec h an is m .   T h e  v o tin g   m ec h an is m   co m b in es  th e   p r ed ictio n s   o f   m o d els   1 ( )   an d   2 ( ) .   I n   th e  p r o p o s ed   e n s em b le  lear n in g   m o d el,   a  s o f t  v o tin g   m ec h an is m   is   u s ed   to   co n s id er   th e  weig h ted   av er ag e  o f   th e  class   p r o b ab ilit ies to   p r ed ict  th e  class .   T h er ef o r e,   th e  weig h ts   1   an d   2   ar e   s et  p r o p o r tio n al  t o   th e  ac cu r ac y   o f   ea ch   class if ier .   I f   class if ier   1 ( )   h as  a  h i g h er   ac cu r ac y ,   it  will   h av e  a  h ig h er   weig h t  in   th e  en s em b le,   an d   v ice  v er s a.   T h e  f in al  en s em b le  p r ed ictio n     is   o b tain ed   b y   tak in g   th e  class   with   th e  h ig h est we ig h ted   s u m   o f   class   p r o b ab ilit ies,  n u m er ically   g iv en   as   ( 2 ) :      =  ( )   ( 1 1   +   2 2 )   ( 2 )     Acc o r d in g   t o   ex p r ess io n   ( 2 ) ,   th e  v ar iab le  c   is   th e  class   in d ex ,   a n d   1   an d   2   ar e  th e   class   p r o b a b ilit ies  p r ed icted   b y   clas s if ier s   1 ( )   an d   2 ( )   f o r   class   c i .   T h er e f o r e,   it  ca n   b e  n o ted   th at  th e  p r o p o s ed   s ch em e  h as  in tr o d u ce d   a   p r o g r ess iv e  an d   s eq u en tial  p r o ce s s   o f   co n f ir m in g   th e   p r esen c e  o f   an o m alies  an d   p er f o r m in g   class if icatio n .   T h e   p r im e  n o v elty   o f   th is   im p lem en tatio n   s tr ateg y   is   ass o ciate d   with   its   d etec tio n   ca p ab ilit y   o f   m o s t  co m p le x   an o m alies  o r   an y   f o r m   o f   d y n am ic  th r ea ts   p r esen t  with in   th e  I o C PS   en v ir o n m en t.   T h e  class if icatio n   o p tim izes  t h e  lear n in g   p r o ce s s ,   co n s id er i n g   th e   p o ten tial  o f   n eu r al  n etwo r k s   an d   d ec is io n   tr ee s .   Hen ce ,   th e  p r o p o s ed   s y s tem   h as  n o ted   an   o p tim al  b ala n ce   b etwe en   co m p u tatio n al  ef f o r t  an d   r esis tiv ity   f ea tu r es.  T h e  f o llo win g   s ec tio n   p r esen ts   a  d is cu s s io n   o f   t h e  ac co m p lis h ed   o u tco m e  o f   th e  s tu d y .       3.   RE SU L T S   T h is   s ec tio n   p r esen ts   an d   ass ess es  th e  o u tco m e  o f   th e  s im u latio n   ex ec u te d   to   v alid ate  t h e  s co p e  o f   th e  p r o p o s ed   en s em b led   m o d el  f o r   an o m al y   d etec tio n   in   t h e  I o C PS .   T h e  d esig n   an d   d ev elo p m en t  o f   th e   p r o p o s ed   s y s tem   is   d ev elo p ed   with   a  Py th o n   en v ir o n m e n t  e x ec u ted   o n   An ac o n d a  d is tr ib u tio n .   T h e  an al y s is   co n ce r n s   v a r io u s   p er f o r m a n ce   in d icato r s ,   an d   t h eir   r esu lts   ar e  co m p ar e d   in   m u ltip le  s ce n ar io s .   T h e  r esu lts   ar e  d is cu s s ed   f r o m   th e  p er s p ec tiv e  o f   th e  im p lem en tatio n   e n v ir o n m en t,  d ata  m o d ellin g ,   an d   ac co m p lis h ed   r esu lts .     3 . 1 .    I m plem ent a t io n  e nv iro nm en t   T h e  d ataset  u s ed   to   m o d el  th e  p r o p o s ed   s y s tem   is   DS2 OS  I o T ,   o b tain ed   f r o m   th e  Ka g g l e  p latf o r m   [ 2 8 ] .   T h is   d ataset  is   co llected   f r o m   a n   I o T   n etwo r k   an d   co n tain s   m an y   f ea t u r es  r elate d   t o   n etwo r k   b eh a v io r   an d   s y s tem   p er f o r m an ce .   T h e  d ataset  p r o v id es  a  u n iq u e  o p p o r tu n ity   to   s tu d y   an o m alies  in   I o T   n etwo r k s   an d   d ev elo p   m ac h i n e - lear n i n g   alg o r ith m s   to   d etec t  th ese  an o m alies  ef f ec tiv ely .   T h e  d ataset  is   im b alan ce d ,   with   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F r a mewo r k  fo r   d etec tin g   a n d   r esis tin g   cy b era tta ck s   o n   cy b e r - p h ysica l sys tems  …   ( Jy o ti M eta n )   7173   o n ly   a  s m all  p er ce n ta g e  o f   th e  d ata  b ein g   a n o m alo u s ,   m ak i n g   it  ch allen g in g   f o r   m ac h in e   lear n in g   m o d els  to   ac cu r ately   p r e d ict  th e  ty p e   o f   an o m alies.     3 . 2 .    Da t a   m o dellin g     As  a  p r e - r eq u est  s tep ,   th e  p r o p o s ed   wo r k   p er f o r m s   an   ex p l o r ato r y   a n aly s is   o f   th e  d ataset;  th e  in s ig h t   s h o ws  th at  th e  d ataset  co n s is ts   o f   lar g e  s am p les,  i.e . ,   3 5 7 , 9 5 1   in   a  r o w  a n d   1 2   f ea t u r es  in   t h e  co lu m n .   Fu r t h er   an aly s is   is   ca r r ied   o u t  to war d s   an aly zin g   th e  m is s in g   v alu e s   in   th e  d ataset,   wh ich   s h o ws  th at  th e  d ataset  h as  1 4 8   m is s in g   v alu es  ab o u t  co l u m n   "a cc ess ed   n o d e  ty p e "  a n d   2 , 0 5 0   m is s in g   in s tan ce s   s u b jecte d   to   co lu m n   n am e  "v alu e" .   T h e  m is s in g   v alu es  ar e  r em o v ed   u n d er   ess en tial  p r ep r o ce s s in g   o p e r atio n .   Als o ,   th e  d ataset  co n s is ts   o f   b o th   n u m er ical  an d   ca teg o r ical  v alu es.  T h e  ca te g o r ical  v alu es  ar e  tr an s f o r m ed   an d   en co d ed   u s in g   o n e  h o t  en c o d in g   m ec h an is m .   I n   th e  s u b s eq u en t  p r o ce s s ,   th e  d ataset' s   v alu es  ar e  n o r m alize d   u n d er   th e  m i n - m ax   s ca lin g   s ch em e  an d   m ad e   s u itab le  f o r   f u r th er   task s .   I t h as b ee n   o b s er v e d   th at  th e  a d o p ted   d ataset  co n s is ts   o f   eig h t  class es,  in clu d in g   o n e  r eg u lar   an d   s ev en   attac k s ,   wh ich   is   r elate d   to   a  m u lti - class   p r ed ictio n   task   p r o b lem .   Fu r t h er   an aly s is   r ev ea ls   th at  th e  d ataset  h a s   a  s ig n if ican t  class   im b alan ce   p r o b lem .   T h e  d is tr ib u tio n   o f   d ata  co n ce r n i n g   ea ch   class   is   s h o wn   in   Fig u r e  2 .     Fig u r e  2   s h o ws  th at  th e   d atas et  is   im b alan ce d ;  m o s t  s am p l es  b elo n g   to   in t r u s io n   class   7 ,   wh er e  th e   av er ag e  class   is   en co d ed   wit h   0 ,   an d   th e  r est  ar e  d if f er e n t  in tr u s io n   class es  1   to   7 .   I m p lem en tin g   d ee p   lear n in g   o r   m ac h in e   lear n in g   will  alwa y s   g et  b iased   to wa r d s   p r e d ictin g   t h e  m ajo r ity   cl ass .   T h er ef o r e ,   th e   s tu d y   ad o p ts   o v er   s am p lin g   o f   th e  m i n o r ity   class es  to war d s   d ata  p r ep ar atio n   a n d   u n b iased   s u p er v is ed   lear n in g .   T h e  o v er s am p lin g   ap p r o ac h   wo r k s   b y   s y n th e s izin g   n ew  s am p les  f o r   th e   m in o r ity   class   b y   in ter p o latin g   b etwe en   e x is tin g   s am p les.  T o   d o   th is ,   th e  p r o p o s ed   o v er s am p lin g   ap p r o ac h   f ir s t  s elec ts   a   m in o r ity   class   s am p le  at  r an d o m   an d   th e n   s elec ts   its   n ea r est   n eig h b o r s .   T h e   alg o r ith m   th e n   s y n th esizes  a  n ew  s am p le  b y   r a n d o m ly   in ter p o l atin g   b etwe en   th e   s elec ted   s am p le  an d   o n e  o f   its   n eig h b o r s .   T h is   p r o ce s s   is   r ep ea ted   u n til  th e  m i n o r ity   class   is   o v er s am p led   to   b alan c e  th e  d ata.   T h e  im p lem en tati o n   p r o ce s s   in v o lv es   s p litt in g   th e  d ataset  in to   tr ain in g   an d   test in g   s ets  u s in g   th e    _  _    f u n ctio n   f r o m   s cik it - lear n .   Ne x t,  p r o p o s ed   o v er s am p lin g   is   u s ed   to   o v er s am p le   th e  m i n o r it y   class .   Fin ally ,   th e  d ataset  is   o v er s am p led ,   as   s h o wn   in   Fig u r e  3 .   As s h o wn   in   Fig u r e  3 ,   th e  d ataset  is   o v er s am p led   an d   b ala n ce d   with   ev e n   d is tr ib u tio n ,   i.e . ,   ea ch   class   with   2 4 3 , 5 1 3   s am p les.  T h e  n e x t  s tep   is   to   p er f o r m   p r e d ictiv e  an al y tics   u s in g   th e  p r o p o s ed   en s em b led   m ec h a n is m .               Fig u r e  2 .   Statis tics   o f   d ata  d is tr ib u tio n   n u m b e r   o f   s am p les  vs   an o m aly   class es     F i g u r e   3 .   S t at is t i cs   o f   d a t a   d is t r i b u t i o n   a f t e r   o v e r s a m p l i n g   n u m b e r   o f   s a m p le s   vs   a n o m a l y   cl as s es       T h e  f ir s t  p ar t  o f   th e  r esu lt  an aly s is   i s   ca r r ied   o u t  with o u t  a n   o v er s am p lin g   ap p r o ac h .   T h e  p r o p o s ed   en s em b led   lear n in g   m o d el  is   tr ain ed   o v er   th e  im b alan ce d   d ataset.   T o   p er f o r m   a  co m p a r ativ e  an aly s is ,   th e  s tu d y   ev al u ates  M - Ad aBo o s t  an d   NDT .   T h e   co n f u s io n   p lo t   f o r   t h e  p r o p o s ed   m o d el   with o u t  th e   o v e r s am p lin g   m eth o d   is   s h o wn   in   Fig u r e  4 ( a) ,   wh ile  th e  p r o p o s ed   m o d el' s   an aly s is   with   o v er s am p lin g   is   s h o wn   in   Fig u r e  4 ( b ) .     Fig u r e  4 ( b )   s h o ws  th at  th e  p r o p o s ed   m o d el  p r o v id es  a  b ett er   d etec tio n   r ate  with   1 0 0 %  p r ec is io n ,   r ec all  an d   F1 - s co r e   r esu lts .   T h e  r ea s o n   b eh in d   th is   is   th at  th is   ap p r o ac h   co m b in es  th e  o v er s am p lin g   an d   th e   en s em b le  o f   NDT   a n d   M - Ad a   B o o s t  alg o r ith m   to   h an d le  th e  h ea v y   im b ala n ce d   n atu r e   o f   th e  I o C PS   d ata  a n d   p r o v id e  a n   ef f ec tiv e  s o lu tio n   f o r   an o m al y   d etec tio n .   T h e  r esu lts   in d icate   th at  th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   p r o v id es   g o o d   p er f o r m a n ce   f o r   an o m aly   d etec tio n   an d   ca n   p o ten tially   im p r o v e   th e  s ec u r ity   o f   I o C PS   b y   id en tify in g   p o ten tial th r ea ts   in   r ea l - tim e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 6 9 - 7 1 7 7   7174       ( a)   ( b )     Fig u r e  4 .   C o n f u s io n   p l o t f o r   th e  p r o p o s ed   s y s tem   ( a)   m o d el  with o u t th e  o v er s am p lin g   m eth o d   an d   ( b )   m o d el' s   an aly s is   with   o v er s am p lin g       T h e  n ex t  p a r t  o f   th e  a n aly s is   is   ab o u t  co m p ar i n g   th e  o u tc o m e  o f   th e  p r o p o s ed   s tu d y   Pro p   with   ex is tin g   lear n in g - b ased   m eth o d s .   Fo r   t h is   p u r p o s e,   th e   ex is tin g   lear n in g   m eth o d s   co n s id er ed   ar e   i)   s u p er v is e d   lear n in g   tec h n iq u es,   e. g . ,   s u p p o r t   v ec to r   m ac h in e   ( SVM ) ,   r an d o m   f o r est  ( R F),   an d   d ec is io n   tr ee   ( DT ) ,     ii)  u n s u p er v is ed   lear n in g   tec h n iq u es,  e. g . ,   k - m ea n s   c lu s ter in g   ( k MC),   Den s ity - b ased   s p atial  clu s ter in g   o f   ap p licatio n s   with   n o is e  ( B DS C AN) ,   an d   is o latio n   f o r est  ( I F),   an d   iii)  d ee p   lear n in g   s ch em e  e. g . ,   r ec u r r e n t   n eu r al  n etwo r k   ( R NN) ,   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM ) ,   an d   a u to en c o d er   ( AE ) .   T h e  ass ess m en t  o f   co m p ar ativ e   an aly s is   is   ca r r ie d   o u t  co n ce r n in g   th r ea t  d etec tio n   ac cu r a cy   a n d   r esp o n s e  ti m e.   T h e   n u m er ical   o u tco m e  is   ex h ib ited   i n   T ab le  1 ,   wh ich   s h o ws  th at  th e  p r o p o s ed   s ch em e  o f f er s   ap p r o x im at ely   7 . 2 %  im p r o v e d   th r ea t d etec tio n   ac c u r ac y   a n d   6 8 % r ed u ce d   r esp o n s e  tim e  co m p ar ed   to   all  th e  ex is tin g   lear n in g   s ch em es.        T ab le  1 .   Nu m e r ical  o u tco m e  o f   co m p a r ativ e  an aly s is   A p p r o a c h e s   Th r e a t   d e t e c t i o n   a c c u r a c y   ( %)   R e s p o n se   t i me   ( s)   P r o p   9 8 . 4   0 . 3 9 9   S V M   9 2 . 8 3   0 . 9 3 7   RF   8 9 . 5 5   1 . 9 9   DT   9 0 . 1 1   0 . 9 9 7   k M C   8 5 . 1 1   1 . 3 7   B D S C A N   9 0 . 3 7   0 . 9 8 3   IF   9 0 . 9 9   0 . 9 5 2   R N N   9 2 . 1 1   0 . 8 9 8   LSTM   9 4 . 2 5   0 . 7 9 1   AE   9 4 . 9 2   0 . 8 0 3       T h e  g r a p h ical  o u tc o m e  o f   th e   n u m er ical  ev al u atio n   is   s h o w n   in   Fig u r es  5   a n d   6   f o r   s im p l if y in g   th e  in f er en ce   o f   th e  o u tco m e.   A  s ig n if ican t  tr ad e - o f f   is   o b s er v e d   f o r   ex is tin g   lear n in g   ap p r o a ch es  wh er e  th er e  is   m u ch   f lu ctu atio n   b etwe en   th r ea t  d etec tio n   ac c u r ac y   an d   r es p o n s e  tim e.   T h e  c u m u lativ e   o u tco m e  r e f lects  th e  p r o p o s ed   s ch em e  to   e x ce l in   a  b etter   b alan ce   b etwe en   b o t h   p er f o r m a n ce   m etr ics.   A  s im p lifie d   f o r m   o f   h y p er p ar am eter   tu n in g   is   ca r r ied   o u t  in   p r o p o s ed   s ch em e.   T h e  s ch em e  co n f ig u r es  th e  r ate  o f   tr ain in g   at  0 . 0 1   wh ile  in   o r d e r   to   r esis t  an y   p o s s ib ilit y   o f   o v er f itti n g ,   th e  s ch em e  f u r th er   co n f ig u r es  th e  r eg u lar izatio n   p ar am eter   as  0 . 0 0 0 1   wh ile  1 2 5   b atch   s ize  is   m ain tain ed .   T h e  ex p er im e n tatio n   h as  in itially   co n s id er ed   to tal  n u m b er   o f   esti m ato r s   as  5 0 , 1 0 0 , 1 5 0 , 2 0 0 , 2 5 0   wh ile  b est  esti m ato r   h as  b ee n   f o u n d   to   b e  2 5 0 .   T h e   r ate   o f   lear n in g   is   in itialized   to   0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 3 , 0 . 4 , 0 . 5 , 0 . 6 , 0 . 7 , 0 . 8 , 0 . 9 , 1   wh ile   th e  b est  lear n in g   r ate  was  o b s er v ed   at  0 . 5 .   T h e  s tr ateg ies  to   m itig at e  o v er f itti n g   is   as  f o llo ws:   - A d aBo o s t  tr ain s   th e  n eu r al  d ec is io n   tr ee s   s eq u en ti ally .   Af ter   ea c h   iter atio n ,   it   a d ju s ts   th e  weig h ts   o f   m is class if ied   in s tan ce s   to   p r io r itize  th em   in   th e  s u b s eq u en t  iter atio n .   T h is   iter ativ e  t r ain in g   p r o ce s s   h elp s   in   g r ad u ally   im p r o v in g   th e   m o d el' s   ac cu r ac y   o n   d if f icu lt   ex am p les  with o u t  o v er f itti n g   to   th e  en tire   d ataset  in   o n e  g o .   T h e  b o o s tin g   tech n iq u e  em p lo y ed   b y   M - Ad aBo o s t  p lace s   m o r e  em p h asis   o n   in s tan ce s   th at  ar e  h ar d e r   to   class if y   co r r ec tly .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F r a mewo r k  fo r   d etec tin g   a n d   r esis tin g   cy b era tta ck s   o n   cy b e r - p h ysica l sys tems  …   ( Jy o ti M eta n )   7175   B y   iter ativ ely   f o cu s in g   o n   th e s e  in s tan ce s ,   th e  m o d el   lear n s   to   g en er alize   b etter   r ath er   th an   m em o r izin g   th e   tr ain in g   d ata,   w h ich   r e d u ce s   th e  r is k   o f   o v er f itti n g .             Fig u r e  5 .   C o m p a r ativ e  an aly s i s   o f   th r ea t d etec tio n   ac cu r ac y     Fig u r e  6 .   C o m p a r ativ e  an aly s i s   o f   r esp o n s e   tim e       T h e  b etter   p e r f o r m an ce   o f   p r o p o s ed   s y s tem   i n   c o n tr ast  to   ex is tin g   m ac h in e   lear n in g   a p p r o ac h es  ca n   b e  attr ib u ted   f r o m   m u ltip le  p er s p ec tiv e.   T h e   p r im ar y   r ati o n ale  is   its   r ed u ce d   s et  o f   iter atio n   with   m o r e   co n tex tu al  d ata  r elate d   to   tr af f ic  in f o r m atio n   lead in g   to   r e d u ce d   co m p u tatio n al  ef f o r t  an d   h ig h e r   ac cu r ac y .   M - Ad aBo o s t  is   a  v ar ian t  o f   Ad aBo o s t  th at  co m b in es  m u ltip le  class if ier s   ( in   th i s   ca s e,   NDT )   to   im p r o v e   o v er all  ac cu r ac y .   B y   ag g r eg at in g   th e   p r e d ictio n s   o f   m u ltip le   m o d els,  it   ten d s   to   r ed u ce   v ar ian ce   an d   im p r o v e   g en er aliza tio n ,   t h u s   in cr ea s in g   ac cu r ac y .   Neu r al   d ec is io n   t r ee s ,   wh ich   ar e   ess en tially   d ec is io n   tr ee s   wh er e   ea ch   n o d e  is   a  n eu r al  n etwo r k ,   ca n   ca p tu r e  co m p lex ,   n o n - lin ea r   r elatio n s h ip s   in   th e  d ata.   T h is   f lex ib ilit y   allo ws  th em   to   m o d el  in tr icate   p atter n s   th at  tr ad itio n al  d ec is io n   tr ee s   m ig h t  m is s ,   t h er eb y   im p r o v i n g   ac cu r ac y .   T h e  co m p ar ativ e   o u tc o m e  o f   p r o p o s ed   s ch em e   s h o ws  b ette r   n u m er ical  s co r es   with   ac co m p lis h m en t  o f   7 . 2 %  o f   in c r ea s ed   ac cu r a cy   an d   6 8 %  o f   m in im ized   r esp o n s e  tim e.   Hen ce ,   th e  p r i m e  s tr en g th   o f   th e   p r o p o s ed   m o d el  is   ass o ciate d   with   im p r o v in g   class if icatio n   b y   s eq u en tially   ap p l y in g   wea k   lear n er s   to   f o cu s   o n   in s tan ce s   th at  ar e  h ar d er   to   class if y   co r r ec tly .   T h is   iter ativ e  ap p r o ac h   h elp s   in   g r ad u ally   im p r o v in g   ac cu r ac y .   W h ile  NDT   ca n   p o ten tially   o v e r f it,  b u t  b y   co m b in in g   th em   with   Ad aBo o s t,  wh ich   p e n alize s   m is class if icatio n s   an d   em p h asizes  d if f icu lt  ex am p les,  th e  o v er all  m o d el  ten d s   to   g en er alize   b etter ,   lead in g   to   h ig h er   ac c u r ac y   o n   u n s ee n   d at a.   T h e  p r im e  p u r p o s e  o f   th e   s tu d y   is   to wa r d s   s tr en g t h en in g   s y s tem   s tr en g th   in   p r esen ce   o f   an o m alies.  T h e  im p o r ta n ce   o f   t h e  s tu d y   i s   to war d s   a  n o v el  an d   co s t - ef f ec tiv e  an o m aly   d etec tio n   s ch e m e.   T h e  m o d el  n o t   o n ly   o f f e r s   ef f ec tiv e  n etwo r k   m o n ito r in g   b u t  also   f ac ilit ate s   p r ac tical  wo r ld   s ce n ar io s   b y   co n s id er in g   tim e - s er ies  ap p r o ac h   to war d s   d ata  s to r ag e.   Ad o p tio n   o f   th is   m o d e l  is   b en ef icial  f o r   all  f u tu r e  p o ten tial  ap p licatio n s   th at  d em an d s   m ass iv e  n u m b e r   o f   in ter c o n n ec te d   m ac h in es   wo r k in g   o n   p u b lic  n etwo r k s   f o r   o f f er in g   co s t - ef f ec tiv e  d ata  s ec u r ity .       4.   CO NCLU SI O N   An o m aly   d etec tio n   is   a  cr itic al  ch allen g e  in   m o d er n   n etwo r k s   lik e  I o T   an d   C PS ,   a s   it  c an   in d icate   ab n o r m al   b eh a v io r   t h at  p o ten tially   co m p r o m is es  th e  s y s tem ' s   in teg r ity .   T h e  p r o p o s ed   wo r k   h as  p r esen ted   a   n o v el  an d   s ig n if ican t   wo r k - b a s ed   d ata  b alan cin g   an d   e n s em b le  lear n in g   m ec h an is m .   T h e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   co n s is ts   o f   two   p h ases .   T h e  f ir s t  p h ase  is   d ata  p r ep r o ce s s in g ,   wh er e  th e  I o C PS   d ata  is   p r o ce s s ed   an d   clea n ed   to   r em o v e  ir r elev a n t  in f o r m atio n .   T h e  d ata  is   th en   s p lit  in to   tr ain in g   an d   test in g   s ets.  T h e  s ec o n d   p h ase  is   th e  m o d ellin g   p h ase,   wh er e  th e  o v er s am p lin g   ap p r o ac h   is   im p l em en ted   to   b alan ce   d ata  an d   t r ain   th e  m o d el.   T h is   m o d el  co n s is ts   o f   two   m ajo r   co m p o n en ts :  M - Ad aBo o s t  an d   NDT   alg o r ith m ,   wh ich   ar e  co m b in ed   b ased   o n   th e  weig h ted   v o tin g   to   m ak e   th e  f in al  p r ed ictio n   a n d   ad j u s t  th e  weig h ts   b ased   o n   th e  ac cu r ac y   o f   ea c h   class if ier .   T h e  ex p er im e n t  s h o ws  p r o m is in g   p r ec is io n ,   r ec all ,   an d   F1 - s co r e  r esu lts .   T h e  co n clu d in g   o u tc o m e   o f   th e  co m p ar ativ e  an al y s is   s h o wca s es  th at  th e  p r o p o s ed   s ch em e  o f f er s   a  s ig n if ican tl y   im p r o v ed   th r ea t   d etec tio n   ac cu r ac y   an d   f aste r   r esp o n s e  tim e  c o m p ar e d   t o   s u p er v is ed ,   u n s u p er v is ed ,   an d   d ee p   lea r n in g   s ch em es f r eq u en tly   ad o p ted   to   s ec u r e  I o T   e n v ir o n m en ts .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   14 ,   No .   6 ,  Dec em b e r   20 24 :   7 1 6 9 - 7 1 7 7   7176   I t  s h o u ld   b e   n o ted   th at  p r o p o s ed   s tu d y   tar g ets  to war d s   an o m aly   d etec tio n   u s in g   n o v e l  m ac h in e   lean in g   ap p r o ac h ;  h o wev er ,   th ey   ar e  n o t  m e an t  to   s ec u r e  th e  AI - b ased   c y b er th r e ats.  Su ch   f o r m   o f   cy b er th r ea ts   is   f o r m ed   wh e n   attac k er   its elf   ad o p ts   AI   to   in tr o d u ce   th e  th r ea ts   an d   th is   is   o n e  lim itatio n   o f   p r o p o s ed   m o d el.   T h is   lim itatio n   ca n   b e  o v er c o m e  in   f u tu r e   wo r k   wh er e  a  n o v el  d etec tio n   alg o r ith m   ca n   b e   d esig n ed   u s in g   AI   t h at  ca n   i d en tify   th e  a n o m alies  ass o ciate d   with   AI - b ased   p r o ce s s o r   its elf   o r   th e  d ev ice/   co m p o n en t  th at  r u n s   th e  s ec u r ity   alg o r ith m .   B lo ck ch ain   a p p r o ac h   al o n g   with   b io in s p ir e d   alg o r ith m   ca n   b e   in teg r ated   to wa r d s   ac co m p lis h in g   th is   tar g et  in   f u tu r e  to   r esis t  AI - p o wer ed   cy b e r   th r ea ts .   Fu r th er   wo r k   ca n   b e   ca r r ied   o u t to war d s   in v esti g ati n g   th e  m o d el  o n   o th e r   p u b licly   av ailab le  d ataset.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   İ .   K a h r a ma n ,   A .   K ö se ,   M .   K o c a ,   a n d   E.   A n a r i m ,   “ A g e   o f   i n f o r mat i o n   i n   i n t e r n e t   o f   t h i n g s:   a   s u r v e y , ”   I EE E  I n t e r n e t   o f   T h i n g s   J o u rn a l ,   v o l .   1 1 ,   n o .   6 ,   p p .   9 8 9 6 – 9 9 1 4 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JI O T. 2 0 2 3 . 3 3 2 4 8 7 9 .   [ 2 ]   P .   M .   C h a n a l   a n d   M .   S .   K a k k a sa g e r i ,   “ S e c u r i t y   a n d   p r i v a c y   i n   I o T:   a   s u r v e y , ”   Wi r e l e ss  P e rs o n a l   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 1 5 ,     n o .   2 ,   p p .   1 6 6 7 – 1 6 9 3 ,   N o v .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 2 7 7 - 0 2 0 - 0 7 6 4 9 - 9.   [ 3 ]   Y .   Ji a n g ,   S .   W u ,   R .   M a ,   M .   Li u ,   H .   Lu o ,   a n d   O .   K a y n a k ,   “ M o n i t o r i n g   a n d   d e f e n se  o f   i n d u st r i a l   c y b e r - p h y s i c a l   s y st e ms  u n d e r   t y p i c a l   a t t a c k s:   f r o m  a   s y s t e ms  a n d   c o n t r o l   p e r sp e c t i v e , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s  o n   I n d u s t ri a l   C y b e r - Ph y si c a l   S y s t e m s ,   v o l .   1 ,     p p .   1 9 2 – 2 0 7 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI C P S . 2 0 2 3 . 3 3 1 7 2 3 7 .   [ 4 ]   E.   H .   H a f s h e j a n i   e t   a l . ,   “ S e l f - a w a r e   d a t a   p r o c e ssi n g   f o r   p o w e r   s a v i n g   i n   r e so u r c e - c o n st r a i n e d   I o T   c y b e r - p h y s i c a l   s y st e ms, ”   I E EE   S e n so rs J o u rn a l ,   v o l .   2 2 ,   n o .   4 ,   p p .   3 6 4 8 – 3 6 5 9 ,   F e b .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS EN . 2 0 2 1 . 3 1 3 3 4 0 5 .   [ 5 ]   I .   G r a j a ,   S .   K a l l e l ,   N .   G u e r mo u c h e ,   S .   C h e i k h r o u h o u ,   a n d   A .   H a d j   K a c e m ,   “ A   c o mp r e h e n s i v e   s u r v e y   o n   mo d e l i n g   o f   c y b e r ‐ p h y s i c a l   sy st e m s , ”   C o n c u r re n c y   a n d   C o m p u t a t i o n :   P ra c t i c e   a n d   Ex p e ri e n c e ,   v o l .   3 2 ,   n o .   1 5 ,   A u g .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / c p e . 4 8 5 0 .   [ 6 ]   D .   H a st b a c k a   e t   a l . ,   “ D y n a mi c   e d g e   a n d   c l o u d   s e r v i c e   i n t e g r a t i o n   f o r   i n d u st r i a l   I o T  a n d   p r o d u c t i o n   mo n i t o r i n g   a p p l i c a t i o n s  o f   i n d u st r i a l   c y b e r - p h y s i c a l   sy s t e ms , ”   I EEE  T r a n sa c t i o n s  o n   I n d u s t ri a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 8 ,   n o .   1 ,   p p .   4 9 8 – 5 0 8 ,   Ja n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI I . 2 0 2 1 . 3 0 7 1 5 0 9 .   [ 7 ]   Y .   G a o ,   J .   C h e n ,   H .   M i a o ,   B .   S o n g ,   Y .   Lu ,   a n d   W .   P a n ,   “ S e l f - l e a r n i n g   s p a t i a l   d i s t r i b u t i o n - b a se d   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   f o r   i n d u s t r i a l   c y b e r - p h y si c a l   sy s t e ms , ”   I EE E  T ra n sa c t i o n s  o n   C o m p u t a t i o n a l   S o c i a l   S y st e m s ,   v o l .   9 ,   n o .   6 ,   p p .   1 6 9 3 – 1 7 0 2 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S S . 2 0 2 1 . 3 1 3 5 5 8 6 .   [ 8 ]   A .   A .   A l Z u b i ,   M .   A l - M a i t a h ,   a n d   A .   A l a r i f i ,   “ C y b e r - a t t a c k   d e t e c t i o n   i n   h e a l t h c a r e   u si n g   c y b e r - p h y s i c a l   s y s t e m  a n d   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, ”   S o f t   C o m p u t i n g ,   v o l .   2 5 ,   n o .   1 8 ,   p p .   1 2 3 1 9 – 1 2 3 3 2 ,   S e p .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 0 0 5 0 0 - 0 2 1 - 0 5 9 2 6 - 8.   [ 9 ]   B h a r a t h i .   V   a n d   C .   N .   S .   V .   K u mar,   “ A   r e a l   t i m e   h e a l t h   c a r e   c y b e r   a t t a c k   d e t e c t i o n   u s i n g   e n sem b l e   c l a ssi f i e r , ”   C o m p u t e rs  a n d   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   v o l .   1 0 1 ,   Ju l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mp e l e c e n g . 2 0 2 2 . 1 0 8 0 4 3 .   [ 1 0 ]   A .   B h a r d w a j ,   F .   A l - T u r j ma n ,   M .   K u mar,  T.   S t e p h a n ,   a n d   L.   M o st a r d a ,   “ C a p t u r i n g - t h e - i n v i si b l e   ( C TI ) :   B e h a v i o r - b a se d   a t t a c k s   r e c o g n i t i o n   i n   I o T - o r i e n t e d   i n d u st r i a l   c o n t r o l   s y st e ms,”   I EE E  A c c e ss ,   v o l .   8 ,   p p .   1 0 4 9 5 6 – 1 0 4 9 6 6 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 0 . 2 9 9 8 9 8 3 .   [ 1 1 ]   J.  Ta n g   e t   a l . ,   “ A n o ma l y   d e t e c t i o n   i n   s o c i a l - a w a r e   I o T  n e t w o r k s, ”   I EE E   T ra n sa c t i o n s  o n   N e t w o rk  a n d   S e rv i c e   Ma n a g e m e n t ,    v o l .   2 0 ,   n o .   3 ,   p p .   3 1 6 2 – 3 1 7 6 ,   S e p .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN S M . 2 0 2 3 . 3 2 4 2 3 2 0 .   [ 1 2 ]   K .   A t e f i ,   S .   Y a h y a ,   A .   R e z a e i ,   a n d   S .   H .   B i n t i   M o h d   H a s h i m,  “ A n o ma l y   d e t e c t i o n   b a s e d   o n   p r o f i l e   si g n a t u r e   i n   n e t w o r k   u si n g   mac h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e , ”   i n   2 0 1 6   I EEE  Re g i o n   1 0   S y m p o si u m   ( T E N S Y MP ) ,   M a y   2 0 1 6 ,   p p .   7 1 – 7 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TEN C O N S p r i n g . 2 0 1 6 . 7 5 1 9 3 8 0 .   [ 1 3 ]   X .   Y a n ,   Y .   X u ,   X .   X i n g ,   B .   C u i ,   Z .   G u o ,   a n d   T .   G u o ,   “ Tr u s t w o r t h y   n e t w o r k   a n o ma l y   d e t e c t i o n   b a se d   o n   a n   a d a p t i v e   l e a r n i n g   r a t e   a n d   mo m e n t u m   i n   I I o T, ”   I EEE   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u st r i a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   9 ,   p p .   6 1 8 2 – 6 1 9 2 ,   S e p .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI I . 2 0 2 0 . 2 9 7 5 2 2 7 .   [ 1 4 ]   W .   Ji n ,   S .   Z h a n g ,   B .   S u n ,   P .   Ji n ,   a n d   Z.   L i ,   “ A n   a n a l y t i c a l   i n v e s t i g a t i o n   o f   a n o m a l y   d e t e c t i o n   met h o d s  b a se d   o n   se q u e n c e   t o   seq u e n c e   m o d e l   i n   s a t e l l i t e   p o w e r   s u b sy st e m, ”   S e n so rs ,   v o l .   2 2 ,   n o .   5 ,   F e b .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 2 0 5 1 8 1 9 .   [ 1 5 ]   Y .   C h e n ,   S .   H u a n g ,   F .   Li u ,   Z .   W a n g ,   a n d   X .   S u n ,   “ Ev a l u a t i o n   o f   r e i n f o r c e m e n t   l e a r n i n g - b a s e d   f a l se  d a t a   i n j e c t i o n   a t t a c k   t o   a u t o m a t i c   v o l t a g e   c o n t r o l , ”   I E EE   T ra n sa c t i o n s  o n   S m a rt   G ri d ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   2 1 5 8 – 2 1 6 9 ,   M a r .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TSG . 2 0 1 8 . 2 7 9 0 7 0 4 .   [ 1 6 ]   Z.   G u ,   X .   Zh o u ,   T.   Zh a n g ,   F .   Y a n g ,   a n d   M .   S h e n ,   “ E v e n t - t r i g g e r e d   f i l t e r   d e s i g n   f o r   n o n l i n e a r   c y b e r – p h y si c a l   s y st e ms  s u b j e c t   t o   d e c e p t i o n   a t t a c k s, ”   I S A  T r a n sa c t i o n s ,   v o l .   1 0 4 ,   p p .   1 3 0 – 1 3 7 ,   S e p .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i s a t r a . 2 0 1 9 . 0 2 . 0 3 6 .   [ 1 7 ]   Z.   B a o ,   D .   H e ,   M .   K .   K h a n ,   M .   Lu o ,   a n d   Q .   X i e ,   “ P B i d m :   P r i v a c y - p r e s e r v i n g   b l o c k c h a i n - b a se d   i d e n t i t y   ma n a g e men t   s y st e m  f o r   i n d u st r i a l   i n t e r n e t   o f   t h i n g s,”   I E EE  T ra n s a c t i o n s  o n   I n d u st r i a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 9 ,   n o .   2 ,   p p .   1 5 2 4 – 1 5 3 4 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI I . 2 0 2 2 . 3 2 0 6 7 9 8 .   [ 1 8 ]   B .   I n g r e ,   A .   Y a d a v ,   a n d   A .   K .   S o n i ,   “ D e c i si o n   t r e e   b a se d   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y st e m  f o r   N S L - K D D   d a t a se t , ”   i n   I n f o rm a t i o n   a n d   C o m m u n i c a t i o n   T e c h n o l o g y   f o r I n t e l l i g e n t   S y s t e m s (I C T I S   2 0 1 7 ) - Vo l u m e   2   2 ,   2 0 1 8 ,   p p .   2 0 7 – 2 1 8 .   [ 1 9 ]   C .   Li u ,   Z.   G u ,   a n d   J.   W a n g ,   “ A   h y b r i d   i n t r u s i o n   d e t e c t i o n   sy s t e m   b a se d   o n   sca l a b l e   K - me a n s +   r a n d o m  f o r e st   a n d   d e e p   l e a r n i n g , ”   I EEE  A c c e ss ,   v o l .   9 ,   p p .   7 5 7 2 9 – 7 5 7 4 0 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 1 . 3 0 8 2 1 4 7 .   [ 2 0 ]   B .   L i ,   Y .   W u ,   J .   S o n g ,   R .   L u ,   T.   Li ,   a n d   L .   Z h a o ,   “ D e e p F e d :   f e d e r a t e d   d e e p   l e a r n i n g   f o r   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   i n   i n d u st r i a l   c y b er – p h y s i c a l   sy s t e ms , ”   I EEE   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t ri a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 7 ,   n o .   8 ,   p p .   5 6 1 5 – 5 6 2 4 ,   A u g .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI I . 2 0 2 0 . 3 0 2 3 4 3 0 .   [ 2 1 ]   O .   A o u e d i ,   K .   P i a mr a t ,   G .   M u l l e r ,   a n d   K .   S i n g h ,   “ F e d e r a t e d   s e mi s u p e r v i se d   l e a r n i n g   f o r   a t t a c k   d e t e c t i o n   i n   i n d u st r i a l   i n t e r n e t   o f   t h i n g s, ”   I EE E  T r a n s a c t i o n s  o n   I n d u st ri a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 9 ,   n o .   1 ,   p p .   2 8 6 – 2 9 5 ,   Ja n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI I . 2 0 2 2 . 3 1 5 6 6 4 2 .   [ 2 2 ]   A .   D e r h a b ,   A .   A l d w e e s h ,   A .   Z.   Em a m,  a n d   F .   A .   K h a n ,   “ I n t r u s i o n   d e t e c t i o n   s y st e m  f o r   i n t e r n e t   o f   t h i n g s  b a se d   o n   t e m p o r a l   c o n v o l u t i o n   n e u r a l   n e t w o r k   a n d   e f f i c i e n t   f e a t u r e   e n g i n e e r i n g , ”   Wi r e l e ss   C o m m u n i c a t i o n s   a n d   M o b i l e   C o m p u t i n g ,   v o l .   2 0 2 0 ,     p p .   1 – 1 6 ,   D e c .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 0 / 6 6 8 9 1 3 4 .   [ 2 3 ]   M .   M .   A l t h o b a i t i ,   K .   P .   M .   K u mar ,   D .   G u p t a ,   S .   K u mar,  a n d   R .   F .   M a n so u r ,   “ A n   i n t e l l i g e n t   c o g n i t i v e   c o mp u t i n g   b a se d   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   f o r   i n d u s t r i a l   c y b e r - p h y si c a l   sy s t e ms , ”   Me a s u reme n t ,   v o l .   1 8 6 ,   D e c .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me a su r e me n t . 2 0 2 1 . 1 1 0 1 4 5 .   [ 2 4 ]   J.  B .   A w o t u n d e ,   C .   C h a k r a b o r t y ,   a n d   A .   E.   A d e n i y i ,   “ I n t r u s i o n   d e t e c t i o n   i n   i n d u st r i a l   i n t e r n e t   o f   t h i n g s   n e t w o r k - b a se d   o n   d e e p   l e a r n i n g   m o d e l   w i t h   r u l e - b a s e d   f e a t u r e   se l e c t i o n , ”   Wi r e l e ss  C o m m u n i c a t i o n s  a n d   M o b i l e   C o m p u t i n g ,   v o l .   2 0 2 1 ,   n o .   1 ,   J a n .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 1 / 7 1 5 4 5 8 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         F r a mewo r k  fo r   d etec tin g   a n d   r esis tin g   cy b era tta ck s   o n   cy b e r - p h ysica l sys tems  …   ( Jy o ti M eta n )   7177   [ 2 5 ]   O .   Tu s h k a n o v a ,   D .   Le v s h u n ,   A .   B r a n i t s k i y ,   E.   F e d o r c h e n k o ,   E.   N o v i k o v a ,   a n d   I .   K o t e n k o ,   “ D e t e c t i o n   o f   c y b e r a t t a c k s  a n d   a n o ma l i e s  i n   c y b e r - p h y si c a l   s y s t e m s:   a p p r o a c h e s,  d a t a   s o u r c e s,  e v a l u a t i o n , ”   A l g o r i t h m s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   2 ,   F e b .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a 1 6 0 2 0 0 8 5 .   [ 2 6 ]   B .   Ta n g ,   Y .   L u ,   Q .   Li ,   Y .   B a i ,   J.   Y u ,   a n d   X .   Y u ,   “ A   d i f f u s i o n   mo d e l   b a se d   o n   n e t w o r k   i n t r u si o n   d e t e c t i o n   me t h o d   f o r   i n d u s t r i a l  c y b e r - p h y si c a l   s y st e ms,”   S e n so rs ,   v o l .   2 3 ,   n o .   3 ,   Ja n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s2 3 0 3 1 1 4 1 .   [ 2 7 ]   I .   A .   K a n d h r o   e t   a l . ,   “ D e t e c t i o n   o f   r e a l - t i m e   m a l i c i o u s  i n t r u s i o n s   a n d   a t t a c k s  i n   I o T  e m p o w e r e d   c y b e r sec u r i t y   i n f r a s t r u c t u r e s, ”   I EEE  A c c e ss ,   v o l .   1 1 ,   p p .   9 1 3 6 – 9 1 4 8 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 3 . 3 2 3 8 6 6 4 .   [ 2 8 ]   J.  H .   J o l o u d a r i ,   A .   M a r e f a t ,   M .   A .   N e mat o l l a h i ,   S .   S .   O y e l e r e ,   a n d   S .   H u ssa i n ,   “ Ef f e c t i v e   c l a ss - i m b a l a n c e   l e a r n i n g   b a se d   o n   S M O TE  a n d   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s, ”   A p p l i e d   S c i e n c e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   6 ,   M a r .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a p p 1 3 0 6 4 0 0 6 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       J y o ti  Met a n           c u rre n tl y   wo r k in g   a s  a n   a ss o c iate   p r o fe ss o r  i n   t h e   In f o rm a ti o n   S c ien c e   a n d   En g in e e rin g   De p a rt m e n t ,   Atria  In stit u te  o f  Tec h n o l o g y ,   Ba n g a lo re ,   I n d ia.  S h e   h a s   re c e iv e d   h e r  P h D  fro m   VTU  Un iv e rsity ,   I n d ia  in   2 0 2 0 .   He r  re se a rc h   a re a   in c lu d e s   c ry p to g ra p h y ,   wire les s  se n so r  n e t wo rk s,  se c u rit y   a n d   m a c h in e   lea rn in g .   S h e   h a s  m o re   th a n   1 7   y e a rs o f  tea c h in g   e x p e rien c e .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  jy o ti m e tan @g m a il . c o m .         Ma h a n te sh  Ma t h a p a ti          is  c u rre n tl y   wo rk in g   a s  a n   a ss o c iate   p ro fe ss o r  i n   th e   De p a rtme n t  o f  Co m p u ter  S c ien c e   a n d   En g in e e rin g ,   Am ru ta  In stit u te  o f   En g in e e ri n g   a n d   M a n a g e m e n t  S c ien c e ,   Be n g a lu r u ,   a ffil iate d   with   Visv e sv a ra y a   Tec h n o l o g ica l  Un i v e rsity ,   Be lag a v i.   He   h a s  2 0   y e a rs  o f  tea c h in g   e x p e rien c e .   His  re se a rc h   in tere sts  a re   wire les s  se n so r   n e two rk s,   i n tern e t   o f   th in g s,  d e e p   lea rn in g   a n d   m a c h in e   lea rn in g .   H e   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il :  m a n tes h k rish n a @g m a il . c o m .         Pra sa d   Ada g u r u   Y o g e g o wd a           wo rk i n g   a s  a ss o c iate   p r o fe ss o r,   c o m p u ter  sc ien c e   a n d   e n g in e e ri n g   a t   S JB  In st it u te   o f  Tec h n o l o g y ,   Ba n g a l o re ,   Ka rn a tak a ,   In d ia.  He   p u rs u e d   a   P h . D  d e g re e   in   c o m p u ter  sc ien c e   e n g in e e ri n g ,   2 0 2 0 ,   M . Tec h .   in   C S E - 2 0 1 1 ,   B. E. in   CS E - 2 0 0 9 ,   a ll   d e g re e s  a wa rd e d   fro m   Visv e sv a ra y a   Tec h n o l o g ica l  Un iv e rsit y ,   Be lag a v i.   Ka rn a tak a ,   I n d ia .   He   p u b li sh e d   a   to tal   o f  3 2   In tern a ti o n a l   Jo u rn a ls   a n d   Co n fe re n c e   p a p e rs.  He   p u b li sh e d   5   I n d ia n   p a ten ts.  He   is  a   li fe   m e m b e r  o f  p ro fe ss io n a l  so c ieties   li k e   IAENG ,   LM IS TE ,   S DIWC,   IM AP   a n d   AICTS D.   His  re se a rc h   a re a s  o f  i n tere st  a re   wire les s  se n so r  n e t wo rk s,  d a ta  m in i n g ,   AI ,   a n d   b lo c k c h a in   tec h n o l o g y .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  a y p ra sa d 2 6 @g m a il . c o m .         K u r il in g a   S a n n a li n g a p p a   An a n d a   K u m a r           r e c e iv e d   P h D  f ro m   Visv e sv a ra y a   Tec h n o l o g ica l  Un i v e rsity ,   Be lag a v i,   Ka rn a tak a ,   I n d ia.  Ha v i n g   1 2   y e a rs  o f  tea c h in g   e x p e rie n c e .   Cu rre n tl y ,   h e   is  w o rk i n g   a s  a n   a ss o c iate   p ro fe ss o r  i n   th e   De p ar t m e n t   o f  I n fo rm a ti o n   S c ien c e   a n d   En g in e e rin g   a t  Atria  In stit u te  o f  Tec h n o l o g y ,   Ba n g a lo re ,   In d ia .   His  re se a r c h   a re a   in tere sts   a re   WS N,  d a ta  m in in g ,   m a c h i n e   l e a rn in g ,   a n d   c l o u d   c o m p u ti n g .   H e   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   a n a n d g d k @ g m a il . c o m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.