I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in g  a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 8 ,   N o .   2 ,  M a y   20 2 5 ,   pp.   1 098 ~ 1 105   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I :  10 . 11591/i j e e cs .v 3 8 . i 2 . pp 1 098 - 1 105             1098     Jou r n al  h o m e page :  ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   A  GRU - b ase d  ap p r oac h  f or  b ot n e t  d e t e c t io n  u si n g d e e p   le ar n in g t e c h n iq u e       S u c h e t h a  G . 1 ,   P u s h p al at h a  K . 2   1 D e pa r tm e nt   of  I n f or ma ti o n S c i e nc e   a nd   E ngi n e e r in g,  S a h y a dr i  C o ll e ge   of  E ngi n e e r in g  a nd   M a na ge m e nt ,    V is v e s v a r a y a   T e c hn ol o g ic a l  U ni ve r s it y ,  B e la ga v i ,  I ndi a   2 D e pa r tm e nt   of  C S E  ( A r ti f i c ia l  I nt e ll ig e n c e   a nd   M a c hi ne   L e a r n in g) , S a h y a d r i  C o l le g e   of   E ngi n e e r in g  a nd   M a na ge me nt ,    V is v e s v a r a y a   T e c hn ol o g ic a l  U ni ve r s it y ,  B e la ga v i ,  I ndi a       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d  Ju n   22 ,   202 4   R e vi s e d  Oc t   29 ,  202 4   A c c e pt e d  N o v   11 ,   202 4       T h e   i n c r e as i n g   v o l u me   o f  n e t w o rk   t raffi c   d at a  e x c h a n g ed   a mo n g   i n t e r co n n ec t ed   d ev i ce s   o n   t h e   i n t e r n e t   o f  t h i n g s   ( I o T )   p o s e s   a  s i g n i fi c an t   c h a l l en g e   f o r  c o n v en t i o n al   i n t ru s i o n   d e t ec t i o n   s y s t em s   ( ID S),   e s p ec i a l l y   i n   t h e  face   o f  e v o l v i n g   an d   u n p red i c t ab l e   s ec u r i t y   t h r e at s .   I t   i s   c r u c i a l   t o   d e v el o p   ad ap t i v e  a n d   e ff e c t i v e  I D S   fo r   I o T   t o   m i t i g at e  fal s e  al a rm s   a n d   e n s u r e  h i g h   d e t ec t i o n   a cc u ra cy ,   p art i cu l arl y   w i t h   t h e   s u rg e   i n   b o t n e t   a t t ac k s .   T h e s e   at t ack s   h av e   t h e  p o t en t i al   t o   t u r n   s eemi n g l y   h ar m l e s s   d ev i ce s   i n t o   z o m b i e s ,   g en e rat i n g   m a l i ci o u s   t raffi c   t h at   d i s ru p t s   n e t w o rk   o p e rat i o n s .   T h i s   p ap e r   i n t ro d u ce s   a  n o v e l   ap p ro ach   t o   Io T   i n t ru s i o n   d e t ec t i o n ,   l e v e ra g i n g   m a c h i n e  l e ar n i n g   t ech n i q u e s   an d   t h e  e x t e n s i v e   U N SW - N B1 5   d at as e t .   O u r  p ri m ar y   fo cu s   l i e s   i n   d e s i g n i n g ,   i m p l emen t i n g ,   an d   ev al u at i n g   mac h i n e   l e arn i n g   (ML )   mo d e l s ,   i n c l u d i n g   K - n e ar e s t   n e i g h b o rs   ( K N N ),   r a n d o m   f o r e s t   (RF),   l o n g   s h o rt - t e rm  m emo r y   (L ST M),   an d   g at e d   r ecu rr e n t   u n i t   (G RU ),   ag a i n s t   p re v al en t   b o t n e t   at t ac k s .   T h e   s u cce s s fu l   t e s t i n g   ag a i n s t   p ro m i n e n t   Bo t -   n e t   at t ac k s   u s i n g   a  d e d i c at ed   d at as e t   fu rt h e r  v al i d at e s   i t s   p o t e n t i al   f o r  e n h an ci n g   i n t ru s i o n   d e t ec t i o n   a ccu ra cy   i n   d y n a mi c   an d   ev o l v i n g   I o T   l an d s c ap e s .   K e y w o r d s :   B ot n e t   Ga t e d  r e c ur r e n t   uni t   K - n e a r e s t   n e i g hb o r s   L o n g  s h o r t - t e r m   m e m o r y   R a n do m   f o r e s t   S e l e c t KB e s t   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   S uc h e t h a   G .   De pa r t m e n t   o f   I nf o r m a t i o n   S c i e n c e   a n d  E n g i ne e r in g,   S a hy a dr i   C o l l e ge   o f   E n g i ne e r i ng  a n d  M a n a ge m e n t   V i s ve s v a r a y a   T e c hn o l o g i c a l   U ni ve r s i t y   B e l a ga vi - 590018,   I n d i a   E m a i l :  s uc he t h a g87 @ g m a il . c o m       1.   I NT RODU C T I ON   T h e   r i s e   o f   b o t n e t s   p o s e s   o n e   o f   t h e   m o s t  s i g nif i c a nt  c h a l l e n g e s   to  c y b e r s e c ur i t y ,   e s pe c i a ll y   w i t hi n   t h e   r a p i d ly   e x pa n d i ng  i n t e r n e t   o f   t h i n gs   ( I oT )   e c o s y s te m   [ 1] .   T h e s e   n e t wo r ks   o f   c o m pr o m i s e d  de vi c e s   e n a bl e   a   w i de   r a n ge   o f   c y b e r c r im e s ,   i n c l ud i ng  d i s t r i b ut e d  de ni a l   o f   s e r vi c e   ( DD o S )   a tt a c ks ,   da t a   b r e a c h e s ,   a n d  s pa m   c a m pa i g ns .   T r a di t i o n a l   c y be r s e c ur i t y   m e a s ur e s   ha v e   pr o v e n   i ns u f f i c i e n t ,   e s pe c i a ll y   g i ve n   t h e   v o l u m e   a n d   d i v e r s i t y   o f   I o T   de vi c e s ,   m a ny   o f   w hi c h   h a v e   li mi t e d  s e c ur i t y ,   m a k i ng  t h e m   pr i m e   t a r ge t s   f o r   b ot n e t   i nf e c t i o ns .   I n   r e s po n s e   to  t h e s e   c ha l l e nge s ,   t h e   c y b e r s e c ur i t y   c o m m u ni t y   h a s   i nc r e a s i ng ly   a do p t e d  m a c hi ne   l e a r nin g  ( M L )   a n d  de e p  l e a r ni ng   ( DL )   t e c hni que s ,   s uc h   a s   K - n e a r e s t   n e i g hb o r s   ( K NN ) ,   r a n do m   f o r e s t   ( R F )   [ 2] ,  l o n g  s h o r t - t e r m   m e m o r y   ( L S T M )   [ 3] ,   a n d  ga t e d  r e c ur r e n t   u ni t   ( GR U) .   W hi l e   t h e s e   m o de l s   s h o w  pot e n t i a l ,   t h e y   f a c e   s i g nif i c a n t   l im i t a t i o ns .   T r a d i t i o na l   M L   m o de l s   o f t e n   s t r ugg l e   w i t h   t h e   v a r i a bil i t y   o f   I o T   n e t w o r k  tr a f f i c ,   l e a d i ng   to   r e duc e d  a c c ur a c y .   M e a n w hil e ,   e xi s t i n g  DL   mo de l s ,   t h o ugh   p o we r f u l ,   r e qu i r e   s u b s t a n t i a l   c o m p ut a t i o n a l   r e s o ur c e s ,   m a k i ng  t h e m   l e s s   f e a s i b l e   f o r   r e a l - t i m e   a pp l i c a t i o ns   i n   r e s o ur c e - c o n s t r a i n e d  I o T   e n vi r o nmen t s   [ 4] .   I m pr o vi n g  f e a t ur e   s e l e c t i o n   i s   c r uc i a l   f o r   e n ha n c i n g  m o de l   pe r f o r m a n c e .   A ddr e s s i ng  t h e s e   c ha l l e nge s   i s   e s s e n t i a l   f o r   a dva n c i ng  b o t n e t   de t e c t i o n   s y s t e m s .   T hi s   r e s e a r c h   a im s   t o   c l o s e   t h e s e   ga ps   by   de v e l o p i ng  a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   G R U - bas e d  appr oac h  f or   botnet  de tec ti on   us ing  de e p  lear ning  tec hnique  ( Suc he tha  G. )   1099   s c a l a bl e   b o t n e t   de t e c t i o n   f r a m e wo r k  t h a t  i n t e gr a t e s   GR U  f o r   s e que n t i a l   da t a   pr o c e s s i ng  w i t h   o p t i mi z e d  f e a t ur e   s e l e c t i o n .   B y   f o c us i n g  o n   i m pr o vi ng  t h e   s c a l a bil i t y   a n d  a c c ur a c y   o f   i n t r us i o n   de t e c t i o n   s y s t e m s   ( I DS)   in   I oT   e nvi r o nm e n t s ,   t hi s   s t ud y   c o n t r i b ut e s   to   t h e   b r o a de r   e f f o r t   to   e n h a n c e   c y be r s e c ur i t y   m e a s ur e s   a g a i ns t   t h e   e v o l vi ng  t h r e a t   o f   b ot n e t s .   De s p i t e   a dv a n c e m e n t s ,   c h a ll e n ge s   s uc h   a s   s c a l a bil i t y ,   c o m put a t i o n a l   e f f i c i e n c y ,   a n d   r e a l - t i m e   a pp li c a bil i t y   i n   d i ve r s e   I oT   e n vi r o nm e nt s   pe r s i s t .   Ou r   s t udy   b u il ds   o n   pr i o r   r e s e a r c h   [ 5] ,   [ 6 ]   by   a ddr e s s i ng  t h e s e   c o n s t r a i n t s ,   ul t i m a t e l y   a i mi ng  to  de v e l o p  a   m o r e   r o b us t  a n d  s c a l a bl e   b o t n e t  de t e c t i o n   m o de l   t h a t  c a n   be   e f f e c t i v e ly   de p l o y e d  i n   r e a l - wo r l d  I oT   s c e n a r i o s .   T h e   UN S W - NB 15  [ 7]   da t a s e t  i s   us e d  i n   t h e   p r o p o s e d  a pp r o a c h   to  de t e c t  b ot n e t s   i n   I o T   s c e n a r i o s .     T h e   da t a s e t  o f f e r s   a   t h o r o ugh   de pi c t i o n   o f   n e t wor k  t r a f f i c   s c e n a r i o s   a n d  c o n s i s t s   o f   49  v a r i a bl e s   d i vi de d  i n t o   ni ne   c l a s s e s .   T o  i m pr o v e   m o de l   a pp li c a bil i t y ,   da t a   p r e pr o c e s s i ng  t e c h ni que s   i n c l ud e   f e a t ur e   s e l e c t i o n ,   c l a m p i ng   e x t r e m e   v a l u e s ,   l o g  tr a n s f o r m a t i o n ,   a n d  l o we r i n g  c a r d i n a li t y   i n   c a t e go r i c a l   f e a t ur e s .   T hi s   r e s e a r c h   e mp l o y s   t h e   S e l e c t KB e s t   m e t h o d  wi t h   C hi - S qua r e   s c o r i n g  to   i d e n t i f y   c r i t i c a l   f e a t ur e s ,   o p t i mi z i ng  t h e   GR U  m o de l ’ s   a bi li t y  to  de t e c t  b ot n e t s   e f f e c t i v e ly .   T h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   m a c hi ne   l e a r ni n g  a l go r i t hm s   li ke   GR U,   L S T M ,   a n d  R F   in  r e a l - t i m e   i n t r us i o n   de t e c t i o n   i s   a s s e s s e d.   T h e   a ppr o a c h   s e e ks   t o  m i t i ga t e   t h e   gr o wi n g  t h r e a t   o f   b o t n e t  a s s a u l t s   i n   I o T   c o n t e x t s   a n d  e nh a n c e   t h e   e f f i c a c y   o f   c ur r e n t   I DS   by   c o m bi n i ng  c utt i n g - e dge   m o de l s   a n d  f e a t ur e   s e l e c t i o n  a ppr o a c h e s .   R e s e a r c h e r s   h a v e   b e e n   l o o ki n g  i n t o  s e v e r a l   t e c hniques   to  i m pr o vi n g  I DSs .   A c c o r di n g  to  t h e   s t udy ,     i t   wa s   d i s c o ve r e d  t h a t   a ppl yi ng  XG B oo s t  f o r   f e a t ur e   s e l e c t i o n   i m pr o v e d  I DS  pe r f o r m a n c e   o n   t h e   UN S W - NB 15   da t a s e t,   r e s u l t i n g  i n   hi g h e r   a c c ur a c y   a n d  l o we r   c o m p l e xi t y ,   pa r t i c u l a r ly   f o r   bi na r y   c l a s s if i c a t i o n   tas ks   [ 8] .    An   i n t e gr a t e d  r ul e - ba s e d  I DS  de m o n s t r a t e d  g oo d   a c c ur a c y   a n d  l o we r   f a l s e   a l a r m   r a t e s   o n   b o t h   t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t   a n d  a   r e a l - t i m e   da t a s e t   f r o m   NI T   P a t n a ,   b ut   i t   wa s   l im i t e d  i n   i t s   c a pa c i t y   t o   de t e c t   z e r o - da y   a t t a c ks   due   to   i t s   r e l i a n c e   o n   pr e de t e r m i ne d  s i g n a t ur e s   [ 9] .   F ur t h e r m o r e ,   a   t w o - s t a ge   a n o m a ly -   b a s e d   s tr a t e g y   e m p l o yi ng  r e c ur s i v e   f e a t ur e   r e m o va l   a n d  RF s   h a d  pr o m i s e ,   b ut   i t   di d  n ot   s i g nif i c a n t l y   i nc r e a s e   de t e c t i o n ,   pa r t i c u l a r l y   w i t h   de c i s i o n   t r e e s   ( DT )   a n d  Na i ve   B a y e s   ( NB )   c l a s s if i e r s   [ 10] .   M o hy - E dd i n e   e t  al.   [ 11]   c r e a t e d  a   n e t wo r k   i n t r us i o n   de t e c t i o n   s y s t e m   ( NI DS)   f o r   I o T   c o n t e x t s   u t i l i z i ng  a   K NN   c l a s s i f i e r   a l o n g  w i t h   f e a t ur e   s e l e c t i o n   a ppr o a c h e s   s uc h   a s   P C A ,   u ni va r i a t e   s t a t i s t i c a l   t e s t s ,   a n d  t h e   Ge n e t i c   Al go r i t hm .   T hi s   m o de l   a c hi e ve d   99. 99%   a c c ur a c y   a n d  l o we r e d  f o r e c a s t  t i m e   f r o m   o v e r   51, 000   s e c o n ds   to  l e s s   t h a n   o n e   m i nut e ,   a l t h o u gh   i t   h a d  li mi t a t i o ns   i n   bi na r y   c l a s s i f i c a t i o n ,   da t a s e t   c o v e r a ge ,   a n d  s e n s i t i v i t y   t o   n o i s y   da t a .   Ve n ka t a c h a l a m   a n d  J a c o b   [ 12]   us e d   r e c ur s i ve   f e a t ur e   e l im i na t i o n   ( R F E )   wi t h   RF   o n   t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t ,   l o we r i n g  f e a t ur e s   f r o m   45   to  4  whi l e   a t t a i ni ng  98. 3%   a c c ur a c y .   Ho we v e r ,   b e c a us e   o f   t h e   n a r r o w  f e a t ur e   s e t,   o u r   t e c h ni que   m a y   h a v e   mi s s e d  c o m p li c a t e d  pa tt e r n s .   A n o t h e r   a ppr o a c h   [ 13] ,  e x p l o r e s   m e t h o ds   f o r   de t e c t i n g  b o t n e t s ,   f o c us i n g  o n   b e h a vi o r - b a s e d  a n a ly s i s   a n d  f l o w - b a s e d  f e a t ur e s .   T h e   s ugge s t e d  m u l t il a y e r   f r a m e wo r k,   whi c h   us e s   a   v a r i e t y   o f   c l a s s i f i c a t i o n   m e t h o ds ,   e xhi b i t s   go o d  a c c ur a c y   r a t e s .   On e   m o r e   a ppr o a c h   [ 14] ,   t a c k l e s   t h e   s c a n t   kno wl e dge   o f   t h e   b e h a vi o r   o f   h a r m f u l   b o t n e t s ,   e x po s i n g  t h e i r   s ub s t a n t i a l   c o n t r i b ut i o n   to  un de s i r e d  i n t e r n e t   t r a f f i c   a n d  a   v a r i e t y   o f   vi c t i m   do m a i ns .   Our   s t udy   de m o ns t r a t e s   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   a   GR U - b a s e d  de e p  l e a r ni ng  m o de l   f o r   b ot n e t  de t e c t i o n ,   e nh a nc e d  by   S e l e c t K B e s t   wi t h   t h e   C hi - s qua r e   t e s t.   GR Us   o u t pe r f o r m   t r a di t i o n a l   m a c hi ne   l e a r ni ng  m o de l s   in  bi na r y   c l a s s i f i c a t i o n   by   r e c o gni z i ng  l o n g - t e r m   de p e n de nc i e s   i n  s e que n t i a l   da t a .   T hi s   r e s e a r c h   a im s   t o  de v e l o p   a   s c a l a bl e   a n d  e f f i c i e n t   b o t n e t   de t e c t i o n   s y s t e m   t ha t   i m pr o v e s   a c c ur a c y ,   r e duc e s   f a l s e   po s i t i v e s ,   a n d   e n s ur e s   a pp l i c a bil i t y   i n  r e s o ur c e - c o n s t r a i n e d  I o T   e n vi r o nmen t s .   B y   a ddr e s s i ng  c o m put a t i o n a l   e f f i c i e nc y   a n d  r e a l - t i m e   de t e c t i o n ,   t hi s   s t ud y   s t r e n gt h e ns   c y b e r s e c ur i t y   a ga i ns t   e v o l vi ng  b o t n e t  t h r e a t s .   T h e   pa pe r   i s   o r g a ni z e d  a s     f o l l o ws :  s e c t i o n   2  c o v e r s   t h e   m e t h o do l o g y ,   s e c t i o n  3  di s c u s s e s   r e s u l t s   a n d  c o n c l u s i o ns ,   a n d  s e c t i o n   4  pr e s e n t s   t h e   f i na l   c o n c l us i o n .       2.   M E T HO D   T o  e n h a n c e   t h e   de t e c t i o n   o f   b ot n e t s   i n   I oT   e n vi r o nm e n t s ,   we   h a v e   de v e l o pe d  a   n o v e l   c y be r s e c ur i t y   s y s t e m   us i ng  a   GR U - S e l e c t KB e s t   de e p  l e a r ni ng  m o de l .   T hi s   s e c t i o n   de s c r i be s   t h e   s y s t e m a t i c   s t e ps   i nv o l v e d  in  de t e c t i n g  b o t n e t s   us i n g  a   GR U - b a s e d  a ppr o a c h .   T h e   t e c hni que s   i nc l ude   da t a   c o l l e c t i o n   a n d  pr e pr o c e s s i n g,   f e a t ur e   s e l e c t i o n ,   m o de l   a r c hi t e c t ur e   de s i g n ,   t r a i nin g,   a n d  e va l u a t i o n .   F i gur e   1  de p i c t s   t h e   s ugge s t e d  de s i g n ,   e ns ur i n g  a   t h o r o ugh   un de r s t a n d i ng  o f   t h e   un de r lyi n g  pr o c e s s e s .     2. 1.    Dat as e t   T h e   UN S W - NB 15  da t a s e t   wa s   c h o s e n   f o r   t h i s   s tud y   due   to  i t s   de t a i l e d  r e pr e s e n t a t i o n   o f   m o de r n  n e t wo r k  v u l n e r a bi li t i e s ,   whi c h   i s   c r uc i a l   f o r   e v a l u a t i n g  I DSs   i n  I o T   e n vi r o nm e n t s .   T hi s   da t a s e t   i n c ludes   49  f e a t ur e s   c a t e g o r i z e d  i n t o   9  gr o ups ,   o f f e r i n g  a   b a l a n c e d   c o m p l e xi t y   t h a t   i s   b o t h   r e l e v a n t   a n d  c h a ll e ng i n g  f o r   t e s t i n g  a d v a n c e d  m a c hi ne   l e a r ni ng  a n d  de e p  l e a r nin g  m o de l s .   Unl i ke   o l de r   da t a s e t s   l i ke   K DD C UP99  [ 15]   a n d  NSL K DD   [ 16] ,   whi c h   a r e   c o n s t r a i n e d  by   o ut da t e d  a tt a c k  s c e n a r i o s ,   UN S W - NB 15  c a pt ur e s   a   b r o a de r   r a n ge   o f   n e t wo r k   b e ha vi o r s ,   m a k i ng  i t   m o r e   a ppl i c a bl e   to   c ur r e n t   I o T   s e c ur i t y   c h a ll e n ge s   [ 17] .   A dd i t i o n a ll y ,   c o m pa r e d   to   n e we r   da t a s e t s   s uc h   a s   B o t - I oT ,   UN S W - NB 15  pr o vi de s   a   m o r e   c o m pr e h e ns i ve   e nvi r o nm e n t   f o r   e v a l ua t i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 8 ,   N o .   2 ,  M a y   20 2 5 :   1 098 - 1 105   1100   m o de l   pe r f o r m a n c e ,   b a l a n c i ng  c o m p l e xi t y   a n d  r e a l - wo r l d  a pp li c a bi li t y   [ 18] ,   [ 19] .   T hi s   c h o i c e   i n f o r m e d  t h e   pr e pr o c e s s i ng  s t e ps ,   f e a t ur e   s e l e c t i o n   m e t h o ds ,   a n d  e v a l ua t i o n   pr o c e s s e s ,   e n s ur i ng  t h e   r o b us t n e s s   a n d  r e l e v a nc e   o f   o ur   f i nd i ngs   [ 20] ,   [ 21 ] .     2. 2.    Dat a   p r e p r o c e s s in g   T o  p r e pa r e   t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t  f o r   e f f e c t i v e   m o de li ng  a n d  a n a ly s i s ,   s e v e r a l   pr e pr o c e s s i ng  s t e ps   we r e   un de r t a ke n :     F e a t ur e   s e l e c t i o n   a n d  dr o ppi n g:  i r r e l e v a n t   o r   hi g hly   c o r r e l a t e d  f e a t ur e s   we r e   r e m o v e d  to  pr e v e n t   o v e r - f i t t i n g  a n d  s t r e a m l i ne   t h e   da t a s e t ,   e n h a n c i ng  t h e   m o de l ’ s   a bil i t y   t o  ge n e r a l i z e   to   n e w  da t a .     C l a m p i ng  e x t r e m e   v a l ue s :  m i t i ga t e d  s ke wne s s   by   c l a m p i ng  n u m e r i c   f e a t ur e s ,   b a l a nc i n g  da t a   di s t r i b ut i o n   a n d  r e duc i ng  o u t l i e r   i nf l ue n c e .     A pp lyi ng  l o g  tr a n s f o r m a t i o n :  n o r m a li z e d  hi g h   c a r d i n a li t y   a n d  s k e we d  f e a t ur e s   t h r o ugh   l o ga r i t hmi c   t r a n s f o r m a t i o n   t o  e n ha n c e   m o de l   s u i t a bil i t y .     R e duc i ng  c a r d i n a li t y   i n   c a t e go r i c a l   f e a t ur e s :  r e duc e d  hi g h   c a r d i na li t y   i n   c a t e go r i c a l   f e a t ur e s   by   gr o upi ng   l e s s   f r e que n t   l a b e l s ,   s i m p li f yi ng  t h e   da t a s e t  wi t h o ut  l o s i ng  e s s e n t i a l   i nf o r m a t i o n .     Va l i da t i o n   a n d  vi s u a l i z a t i o n :  v a li da t e d  pr e pr o c e s s i n g  by   vi s ua ll y   i ns pe c t i n g  f e a t ur e   r e pr e s e n t a t i o n s   b e f o r e   a n d  a f t e r   tr a n s f o r m a t i o n ,   e ns ur i n g  r e a d i ne s s   f o r   m o de l   t r a i ni ng.           F i gur e   1.   P r o p o s e d  a r c hi t e c t ur e   di a gr a m       2. 3.    F e at u r e   s e l e c t ion   S e l e c t KB e s t   [ 22]   wi t h   C hi - S qua r e   s c o r i n g  wa s   c ho s e n   a s   t h e   f e a t ur e   s e l e c t i o n   m e t h o d  b e c a us e   o f   i t s   e f f e c t i v e n e s s   i n  m a n a g i ng  hi g h - d i m e ns i o n a l   da t a ,   e s pe c i a ll y   i n  I o T   s i t ua t i o ns   w h e r e   f e a t ur e   r e l e va n c e   v a r i e s   s i g nif i c a n t l y .   T hi s   m e t h o d  wa s   s e l e c t e d  o v e r   ot h e r s   b e c a u s e   t h e   C hi - S qua r e   t e s t  i s   pa r t i c u l a r ly   w e l l - s u i t e d  f o r   c a t e g o r i c a l   d a t a ,   whi c h   i s   pr e v a l e n t   i n   t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t .   B y   e v a l ua t i n g  e a c h   f e a t ur e ’ s   r e l e v a nc e   to  t h e   t a r ge t   v a r i a bl e ,   t hi s   m e t h o d  e ns ur e s   t h a t   o nl y  t h e   m o s t   i nf o r m a t i v e   f e a t ur e s   a r e   r e t a i n e d,   r e duc i n g   d i m e n s i o na l i t y   w hil e   pr e s e r vi ng  t h e   da t a s e t ’ s   i n t e gr i t y   f o r   m o de l   tr a i ni n g.   T h e   C hi - S qua r e   s t a t i s t i c ,   whi c h  c o m pa r e s   o b s e r v e d  a n d  e x p e c t e d  f r e que nc i e s ,   wa s   us e d  t o  r a n k  c ha r a c t e r i s t i c s   b a s e d  o n   t h e i r   pr e d i c t i ve   a bil i t y .   S e l e c t KB e s t   i m pr o v e s   m o de l   a c c ur a c y   a n d  l o we r s   t h e   c h a n c e   o f   o v e r f i t t i n g  by   d i m e ns i o n a li t y   r e duc i n g  t he   da t a s e t  whi l e   m a i n t a i n i ng  i m po r t a n t  f e a t ur e s .   T h e   c hi - s qua r e   s t a t i s t i c   us e d  i n   f e a t ur e   s e l e c t i o n   h a s   t h e   ( 1) .     2 = ∑ ( − ) 2   ( 1)     W e r e ,   O m   r e pr e s e n t s   t h e   o b s e r v e d  f r e que n c y ,   a n d  E m   t h e   e x p e c t e d  f r e que nc y   u n d e r   i n de pe n d e n c e .   Gi ve n   t h e   h hi g h   d i m e ns i o n a li t y   o f   t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t ,   e f f e c t i v e   f e a t ur e   s e l e c t i o n   i s   c r uc i a l   f o r   i de n t i f yi ng  r e l e v a n t   a tt r i b ut e s ,   s uc h   a s   n e t wo r k  tr a f f i c ,   pa c ke t   pa y l o a d s ,   a n d  pr o to c o l   h e a de r s   [ 22] .   S e l e c t KB e s t   w i t h   C hi - S qua r e   s c o r i n g  a l l o w s   a n a l y s t s   to  a s s e s s   t h e   c o r r e l a t i o n   b e t we e n   v a r i a bl e s   a n d  n e t wo r k   i n t r us i o n s ,   h e l p i ng  to  i de n t i f y   f e a t ur e s   t h a t  s tr o n g l y   c o r r e l a t e   w i t h   i n t r us i o n   i ns t a n c e s   f o r   m o de l   t r a i ni ng  a n d  e v a l ua t i o n   [ 23] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   G R U - bas e d  appr oac h  f or   botnet  de tec ti on   us ing  de e p  lear ning  tec hnique  ( Suc he tha  G. )   1101   2. 4.    GRU  ar c h it e c t u r e   T h e   GR U,   a   t y pe   o f   r e c ur r e n t   n e ur a l   n e t wo r k  ( R NN ) ,   wa s   c h o s e n   f o r   i t s   e f f i c i e n c y   i n   pr o c e s s i ng   s e que n t i a l   da t a ,   e s s e n t i a l   f o r   de t e c t i n g  b o t n e t  a c t i vi t i e s .   T hi s   m o de l ,   im p l e m e n t e d  wi t h   t h e   Ke r a s   S e que n t i a l  A P I ,   us e s   GR U  to  c a pt u r e   l o n g - t e r m   de pe n de n c i e s   t h r o ugh   i t s   m e m o r y   uni t s   a n d  m o r e   e f f i c i e n t   a r c hi t e c t ur e   t h a n   L S T M ,   whi l e   s t i l l   m a i n t a i ni ng  r o b us t   pe r f o r m a n c e .   T hi s   a r c hi t e c t ur e ,   c o m bi ne d  w i t h   dr o p o u t  t e c hni que s   to  pr e v e n t   o v e r f i t t i n g,   e n s ur e s   t h e   m o de l ’ s   s u i t a bil i t y   f o r   r e a l - t i m e   a pp li c a t i o n s   i n   r e s o ur c e - c o n s t r a i n e d  I oT   e nvi r o nm e n t s .   A dd i t i o n a ll y ,   GR U ’ s   ga t i n g  m e c h a ni s m   a ll o ws   i t   to   c a p t ur e   l o n g - t e r m   de pe n de n c i e s   i n   da t a   e f f e c t i v e ly ,   pr o vi d i ng  a   goo d  b a l a n c e   b e t we e n   m o de l   c o m p l e xi t y   a n d  pe r f o r m a n c e .   A   GR U  u ni t ’ s   pr i n c i pa l   pa r t s   a r e   a s   ( 2) - ( 5) .     = ( ∙ ∙ ∙ [ ℎ − 1 , ] + )   ( 2)     = ( ∙ [ ℎ − 1 , ] + )   ( 3)     ℎ ′ = ℎ ( ∙ [ ⊙ ℎ − 1 , ] + ℎ )   ( 4)     ℎ = ( 1 − ) ⊙ ℎ − 1 + ⊙ ℎ ′   ( 5)     I n   o r de r   to  i m pr o v e   da t a   qua l i t y   f o r   m o de l   t r a i ni n g,   A l go r i t hm   1  de s c r i be s   a   s y s t e m a t i c   m e t h o d  to  b o t n e t   d e te c t i o n   t h a t  f o c us s e s   pr e p r oc e s s i n g ,   f e a t u r e   s e l e c t i o n   u s i n g  S e l e c t K B e s t,   a n d   l a b e l   e n c odi n g .   S tan da r d -   S c a l e r   p os t  da ta  s pl i tt i n g   i s   us e d   f or   f e a t u r e   s c a l i ng   i n   or de r   to  s pe e d   u p  m ode l   c o n v e r ge n c e .   On e H o tE n c od e r   c o n v e r ts   c a te g or i c a l   l a b e l s   i n to  n um e r i c a l   f or m a t.   T h e   12 8 - uni t  GR U   l a y e r   o f   t h e   GR U   m o d e l ,   whi c h   w a s   c o n s tr u c ted   us i n g   K e r a s ’ s   S e q ue n t i a l   A P I ,   i s   us e d   f or   s e q ue n t i a l   da ta   pr oc e s s i n g.   A   dr op ou t  l a y e r   wi t h   a   r a te   o f   0 . 5   r a n d o m l y   e l i mi n a t e s   i n pu t  u n i t s   d u r i n g  tr a i ni n g  to  a v o i d   o v e r f i tt i n g.   A   de n s e l y   c o n n e c t e d  l a y e r   wi t h   6 4  uni t s   a n d   a   r e c t i f i e d   l i n e a r   uni t  ( R e L U)   a c t i v a t i o n   f un c t i o n   a r e   u s e d   to   i n t r o duc e   n o n - l i ne a r i t y   [ 24] ,   [ 25 ] .     Al go r i t hm   1 .   F e a t ur e   s e l e c t i o n ,   da t a   s p l i t t i n g,   f e a t ur e   s c a l i ng,   a n d   l a b e l   e n c odi n g   Require:   Feature   matrix   ( X ),   Label   vector   ( y ),   Number   of   features   to   select   ( k ),   Num ber   of   c la ss es   Ensure:   T r an sf or me d   f ea tu re s   X se le ct ed ,   E nc ode d   l ab el s   y en co de d ,   Sp li t   d at as et s   ( X t rai n ,   X va l ,   X te st ,   y tra in ,   y v al ,   y test )   1:   Perform   Feature   S e le ct io n:   2:   Use   SelectKBest   with   chi - squared   scoring   to   select   the   top   k   f e at ur es .   3:   Fit   SelectKBest   on   the   features   ( X )   and   la bels   ( y ).   4:   Transform   the   features   ( X )   to   obtain   the   s elected   features   ( X s el ec te d ).   5:   Split   the   Data:   6:   Split   the   dataset   into   training,   validatio n,   and   testing   s et s.   7:   Scale   the   F ea tu re s:   8:   Scale   the   features   using   St an da rd Sc al er .   9:   Fit   the   scaler   on   the   training   set   and   tran sform   all   sets   of   f e at ur es .   10:   Encode   the   La be ls :   11:   Perform   one - hot   encoding   on   the   labels   usin g   On eH ot En co de r.   12:   Fit   the   encoder   on   the   training   labels   and   transform   all   sets   of   l a be ls .     T h e   A l go r i t hm   2  de s c r i be s   h o w  t h e   GR U - b a s e d  m o de l   i s   b u il t ,   t r a i n e d,   e v a l ua t e d,   a n d  s a v e d,   a s s ur i ng   m a xim u m   pe r f o r m a n c e   f o r   b ot n e t  de t e c t i o n   t h r o u gh   o r ga ni s e d  c o m p i l a t i o n   a n d  v a li da t i o n .   T r a i ni n g  o c c ur s   o v e r   200  e po c h s   w i t h   a   b a t c h   s i z e   o f   32,   ut i li z i n g  v a li da t i o n   da t a   to  pr e v e n t   o v e r f i t t i n g.   E v a l ua t i o n   o n   t h e   t e s t i n g  da t a s e t   pr o vi d e s   m e t r i c s   li ke   t e s t   l o s s   a n d  a c c ur a c y ,   a s s e s s i ng  t h e   m o de l ’ s   a bi li t y   t o   c l a s s i f y   u n k n o wn  da t a .   I n   n e ur a l   n e t wo r ks ,   R e L U  f u n c t i o n   h   =   m a x ( 0 ,   a )   i s   pr e f e r r e d  f o r   c l a s s if i c a t i o n   due   to   i t s   c o n s t a n t   gr a d i e n t  f o r   po s i t i v e   i nput s ,   m i t i g a t i n g  t h e   va ni s hi ng  gr a d i e n t   i s s ue   o f   s i g m o i d  f u nc t i o ns   a n d  e n a bli ng  f a s t e r   l e a r ni ng.   T o  e nh a n c e   t h e   m o de l ’ s   pe r f o r m a n c e ,   s e v e r a l   f e a t ur e   e n g i ne e r i ng  t e c hni que s   w e r e   e m p l o y e d.   T his   i nc l ude d  n o r m a l i z a t i o n   to   s c a l e   t h e   da t a ,   o n e - h ot   e n c o d i n g  f o r   c a t e g o r i c a l   v a r i a bl e s ,   a n d  t h e   a pp l i c a t i o n   o f   S e l e c t KB e s t   f o r   f e a t ur e   s e l e c t i o n   us i ng  t h e   c hi - s qua r e d  t e s t .   T h e s e   t e c h ni qu e s   we r e   e s s e n t i a l   i n  r e duc i n g   d i m e n s i o na l i t y ,   i m pr o vi ng  m o de l   a c c ur a c y ,   a n d  r e duc i n g  o v e r f i t t i n g  by   s e l e c t i n g  t h e   m o s t   r e l e v a n t   f e a t ur e s .     Al go r i t hm   2 .   M o de l   b u il d i ng,   c o m p i l a t i o n ,   t r a i ni n g,   e v a l ua t i o n ,   a n d  m o de l   s a vi ng   Require:   Transformed features Xselected, Encoded labels yencoded, Number of classes   Ensure:   Trained GRU model, Test loss, Test accuracy   1: Build the Model:   2:   Build a Sequential model using Keras.   3:   Add a GRU layer with 128 units and the input shape based on the  selected features.   4:   Add a Dropout layer with a dropout rate of 0.5.   5:   Add a Dense layer with 64 units and ReLU activation function.   6:   Add  a  Dense  output  layer   with  units  equ al  to  the  number  of   classes  and  softmax   activation.   7: Compile the Model:   8:   Co mpile with Adam (learning rate 0.001) and categorical cross - entropy loss.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 8 ,   N o .   2 ,  M a y   20 2 5 :   1 098 - 1 105   1102   9: Train the Model:   10:   Reshape  the  data  for  the  GRU  input  and  tr ain  for  200  epochs  (batch  size  32)  using   validation data.   11: Evaluate the Model:   12:   Evaluate  the  trained  model  on  t he  testing  data  to  obtain  the  test  loss  and   accuracy   and save the model       3.   RE S UL T S   AN D  DI S CU S S I ON   T h e   e x pe r im e n t s   i n   t hi s   s t udy   we r e   c o n duc t e d   us i n g  P y t h o n   3. 12. 0   i n   J up y t e r   Not e b oo k   7 . 0. 6   o n   a   W i ndo ws   10 × 64  m a c hi ne   w i t h   a n   I n t e l   C o r e   i 5  pr o c e s s o r   a n d  16  GB   o f   R AM .   T h e   m a c hi ne   l e a r ni n g  m o de l s   we r e   de v e l o pe d  a n d  e v a l ua t e d  us i n g  t h e   S c i k i t - L e a r n   l i br a r y .   Our   pr o p o s e d  GR U - b a s e d  de e p  l e a r ni n g  m o de l   f o r   b ot n e t   de t e c t i o n   wa s   t e s t e d   o n   t h e   UN S W - NB 1 5  da t a s e t  a n d  c o m pa r e d  w i t h   s e v e r a l   m o de l s ,   i n c l u d i n g  R F ,   DT ,   K NN ,   a n d  L S T M .   T h e   GR U  m o de l ,   c om b i ne d  w i t h   t h e   S e l e c t K B e s t   f e a t ur e   s e l e c t i o n  m e t h o d,   o u t pe r f o r m e d  t h e s e   m o de l s   i n   ke y   m e t r i c s   s uc h   a s   a c c ur a c y ,   pr e c i s i o n ,   r e c a l l ,   a n d  F 1 - s c o r e .   A   c r uc i a l   s t e p  i n   o ur   a ppr o a c h   wa s   t h e   f e a t ur e   s e l e c t i o n   pr o c e s s ,   wh e r e   t h e   S e l e c t K B e s t   m e t h o d  wa s   e m p l o y e d  t o  i de n t i f y   t h e   m o s t   r e l e va n t   f e a t ur e s   f r o m   t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t .   F i gur e   2  i ll us t r a t e s   t h e   to p   20  f e a t ur e s   s e l e c t e d  b a s e d  o n   t h e   c hi - s qu a r e   s c o r e s ,   whi c h   we r e   c r uc i a l   i n   o pt i mi z i ng  t h e   pe r f o r m a nc e   o f   t h e   GR U  m o de l .   T h e s e   f e a t ur e s   s i g nif i c a n t l y   c o n t r i b ut e d  to  r e duc i n g  t h e   m o de l ’ s   c o m p l e xi t y   w hil e   m a i n t a i n i ng  hi g h   a c c ur a c y ,   a s   t h e y   r e pr e s e n t e d  t h e   m o s t   i nf o r m a t i v e   a tt r i b ut e s   f o r   b ot n e t  de t e c t i o n .   T h e   a bi li t y   to   e f f e c t i ve ly   f il t e r   o u t   l e s s   r e l e v a n t   f e a t ur e s   n ot  o nl y   im pr o v e d  t h e   m o de l ’ s   a c c ur a c y   but  a l s o   pl a y e d  a   r o l e   i n   r e duc i n g  o v e r f i t t i n g,   whi c h  i s   o f t e n  a   c h a ll e n ge   i n   m a c hi ne   l e a r ni ng  m o de l s   de a l i ng  w it h   hi g h - d im e n s i o n a l   da t a .           F i gur e   2.   T o p   20  f e a t ur e s   f r o m   S e l e c t KB e s t       Our   f i nd i ngs   a l i g n   w i t h   e a r l i e r   r e s e a r c h   t h a t   hi g hli g h t s   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   de e p  l e a r ni ng  m o de l s   i n  I DSs .   F or   i n s t a nc e ,   Yua n   e t  al.   [ 4 ]   e m p l o y e d  C NN s   a n d  L S T M   m o de l s   f o r   de t e c t i n g  DD o S   a tt a c ks ,   a c hi e vi ng   hi g h   a c c ur a c y .   Ho we v e r ,   o ur   GR U - b a s e d  m o de l ,   e n h a nc e d  by   t h e   S e l e c t K B e s t   f e a t ur e   s e l e c t i o n ,   s ur pa s s e s   t h e s e   r e s u l t s ,   pa r t i c u l a r ly   i n   t h e   c o n t e x t  o f   h a n d li n g  t h e   c o m p l e xi t i e s   o f   I oT   n e t w o r k   t r a f f i c .   T hi s   s ug ge s t s   t h a t  GR U  n e t wo r ks   a r e   pa r t i c u l a r ly   w e l l - s u i t e d  f o r   pr oc e s s i ng  s e que n t i a l   d a t a   wi t h   hi g h -   d i m e n s i o n a l   f e a t ur e s ,   a s   f o u n d  i n   t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t .   W h e n   c o m pa r i n g  o ur   r e s u l t s   wi t h   Ka s o n go   a n d   S un   [ 8] ,   wh o  us e d  XG B o o s t  f o r   f e a t ur e   s e l e c t i o n   a n d  c l a s s i f i c a t i o n   o n   t h e   U NSW - NB 15  da t a s e t ,   o ur   GR U  m o de l   d e m o n s t r a ted  hi g h e r   a c c ur a c y   a n d  l o we r   e r r o r   r a t e s .   T hi s   pe r f o r m a n c e   d i f f e r e n c e   l i ke ly   a r i s e s   f r o m   t h e   GR U’ s   a bil i t y   t o  m a i n t a in  i n f o r m a t i o n   o v e r   l o n ge r   s e que n c e s ,   c r uc i a l   f o r   a c c ur a t e l y   i d e n t i f yi ng  s o phi s t i c a t e d  b ot n e t  b e h a vi o r s   i n   t h e   da t a s e t.   M o r e o v e r ,   o ur   m o de l   s h o we d  r o b us t n e s s ,   l i k e ly   due   to  t h e   e f f e c t i v e   f e a t ur e   s e l e c t i o n   pr oc e s s   a n d   dr o p o u t  r e gul a r i z a t i o n   a pp li e d  dur i n g  t r a i ni n g,   u nli ke   s o m e   ot h e r   s t udi e s   t h a t   s tr uggl e d  w i t h   o v e r f i t t i ng  i s s ue s .   T h e   pr o p o s e d  GR U  m o de l   a c hi e v e d  a n   a c c ur a c y   o f   97. 39% ,   s i g nif i c a n t l y   s ur pa s s i ng  t h e   RF   m o de l ’ s   a c c ur a c y   o f   96. 538%   a n d  t h e   L S T M   m o de l ’ s   a c c ur a c y   o f   96. 94% .   T h e   GR U  m o de l ’ s   pr e c i s i o n   a n d  r e c a l l   w e r e   a l s o   hi g h e r ,   wi t h   pr e c i s i o n   a t  98. 10 %   a n d  r e c a l l   a t   97. 12% ,   i n d i c a t i n g  t h e   m o de l ’ s   e f f e c t i ve -   n e s s   i n   c o r r e c t ly   i de n t i f y i ng  b o t n e t - r e l a t e d  a c t i vi t i e s .   T h e   c o nf us io n   m a t r i c e s   s h o wn   o n   F i gur e   3  r e pr e s e n t s   t h e   da t a   o f     d i f f e r e n t   M L   m o de l s   a n d  DL   m o de l s .   F i gur e s   3( a )   to  3( d)   r e p r e s e n t s   t h e   pr e di c t e d  v a l ue s   o f   L R ,   KN N,   DT ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   G R U - bas e d  appr oac h  f or   botnet  de tec ti on   us ing  de e p  lear ning  tec hnique  ( Suc he tha  G. )   1103   a n d  R F   w i t h   t h e   i m pr o v e m e n t   o f   a c c ur a c y ,   wh e r e a s   F i gur e s   3( e )   a n d  3( f )   r e pr e s e n t s   c o nf u s i o n   m a t r i x   o f   t h e   L S T M   a n d  t h e   pr o po s e d  m o de l   GR U  h a vi ng  t h e   hi g h e s t   a c c ur a c y   s h o w i n g  s upe r i o r   pe r f o r m a n c e   b y  mi n im i z i ng  b o t h   f a l s e   po s i t i v e s   a n d  f a l s e   n e ga t i v e s ,   l e a d i ng  t o   t h e   hi g h e s t   F 1 - s c o r e   o f   97. 61% .   T h e   r e c e i v e r   o pe r a t i n g  c h a r a c t e r i s t i c   ( R OC )   c ur v e   a n d  l o s s   gr a ph   a n a ly s i s   wa s   c o n duc t e d  to   a s s e s s   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   a   c l a s s if i c a t i o n   m o de l   a n d  a l s o   to  pr o vi de   c o m pr e he ns i ve   i n s i g h t s   i n t o  t h e   m o de l ’ s   pe r f o r m a nc e ,   a s   s h o w n   i n  F i gur e   4.   T h e   R OC   c ur v e   f o r   t h e   GR U  m o de l   i n   F i gur e   4 ( a )   h a d  t h e   hi g he s t   a r e a   un de r   t h e   c ur ve   ( A UC ) ,     f ur t h e r   r e i nf o r c i ng  i t s   s upe r i o r   pe r f o r m a n c e .   T o  pr o vi de   a   c o m pr e h e n s i ve   c o m pa r i s o n ,   T a bl e   1   s u m m a -     r i z e s   t h e   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   o f   d i f f e r e n t   m o de l s ,   i n c l ud i ng  L R ,   K NN ,   DT ,   R F ,   L S T M ,   a n d  GR U.     T h e   GR U  m o de l   o ut pe r f o r m e d  a l l   o t h e r   m o de l s   a c r o s s   ke y   m e t r i c s ,   i nc l ud i n g  a c c ur a c y ,   pr e c i s i o n ,   r e c a l l ,   a n d   F1 - s c o r e ,   un de r s c o r i n g  i t s   r o b us t n e s s   a n d  e f f e c t i v e n e s s   i n   b o t n e t  de t e c t i o n .             ( a )   ( b )   ( c )               ( d)   ( e )   ( f )     F i gur e   3.   C o nf u s i o n   m a t r i x   o f ;   ( a )   l o g i s t i c   r e gr e s s io n   ( L R ) ,   ( b )   K NN ,   ( c )   D T ,   ( d)   R F ,   ( e )   L S T M ,   a n d  ( f )   GR U       A   ke y   s t r e n gt h   o f   o u r   a ppr o a c h   i s   t h e   i n t e gr a t i o n  o f   t h e   GR U  m o de l   w i t h   t h e   S e l e c t KB e s t   f e a t ur e   s e l e c t i o n   m e t h o d,   whi c h   r e duc e s   d im e n s i o n a li t y   w hil e   m a i n t a i n i ng  hi g h   pe r f o r m a n c e .   T h e   c hi - s qu a r e   s t a t i s t i c   i n   S e l e c t KB e s t   e n s ur e s   t h a t  o nl y   r e l e va n t   f e a t ur e s   a r e   r e t a i n e d,   e nh a nc i n g  a c c ur a c y   a n d  m i n im i z i ng  o v e r f i t t i n g.   Ho we v e r ,   t h e   dr o p o u t  l a y e r   w i t h   a   r a t e   o f   0. 5  h e l ps   pr e v e n t   o v e r f i t t i n g  dur i n g  t r a i ni ng,   a s   i n d i c a t e d  by   t h e   s t e a d y   de c l i ne   i n  v a li da t i o n   l o s s   o v e r   t h e   e po c h s   a s   s h o w n   i n   F i gur e   4 ( b ) .   GR U  o u t pe r f o r m e d  L S T M ,   de s p i t e   L S T M ’ s   s t r e n gt h   i n   m a n a g i ng  l o n g - t e r m   de p e n de nc i e s ,   due   to   GR U’ s   s im p l e r   a r c hi t e c t ur e   a n d  c o m p ut a t i o n a l   e f f i c i e nc y ,   w hi c h   a ll o we d  i t   to  ge n e r a l i z e   b e t t e r   to  t h e   UN S W - NB 15  da t a s e t .   F ut u r e   r e s e a r c h   s h o u l d   e x p l o r e   o p t i mi z a t i o n s   t h a t   m a ke   t h e   m o de l   m o r e   s u i t a bl e   f o r   s uc h   e nvi r o nm e n t s .           ( a )   ( b )     F i gur e   4.   P e r f o r m a n c e   gr a p h s   o f   t h e   GR U  m o de l   o n   t h e   UN S W - NB 15  d a t a s e t ,     ( a )   R OC   pl o t   a n d  ( b )   l o s s   gr a ph   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m p  S c i ,  Vo l .   3 8 ,   N o .   2 ,  M a y   20 2 5 :   1 098 - 1 105   1104   T a bl e   1.   C o m pa r i s o n   o f   pr o p o s e d  m o de l ’ s   pe r f o r m a n c e   w i t h   ot h e r   de e p  l e a r ni n g  m o de l s   i nve s t i ga t e d  i n   s t ud y   ML   m o de ls   A c c u r a c y   ( % )   R e c a l l   P r e c i s io n   F1 - s c o r e   ( % )   E r r o r - r a te   LR   9 2 .6 5   0 . 92 08   0 . 94 44   9 3 .2 48 4   0 . 07 34   K N N   9 6 .2 16 7   0 . 96 11   0 . 96 97   9 6 .5 43 3   0 . 03 78   DT   9 6 .5 38 5   0 . 96 93   0 . 96 76   9 6 .8 54 3   0 . 03 46   RF   9 6 .8 90 8   0 . 96 91   0 . 97 41   9 7 .1 64 7   0 . 03 11   L S T M   9 6 .9 45 4   0 . 97 73   0 . 96 74   9 7 .2 35 8   0 . 03 05   G R U   9 7 .3 88 7   0 . 97 12   0 . 98 10   9 7 .6 12   0 . 02 61       4.   CONC L USI ON   Our   w o r k  s h o ws   t h a t   a   GR U - b a s e d  de e p  l e a r ni n g  m o de l   wa s   us e d  t o  de t e c t  b ot n e t s   o n   t h e   UN S W -   NB 15  da t a s e t.   T h e   m o de l ’ s   pe r f o r m a nc e   wa s   e v a luat e d  a ga i n s t   v a r i o us   m a c hi ne   l e a r ni ng  a n d  de e p  l e a r ni ng  m o de l s ,   i nc l ud i ng  R F ,   LR ,   K NN ,   DT ,   a n d  L S T M .   F e a t ur e   s e l e c t i o n   wa s   pe r f o r m e d  u s i ng  S e l e c t K B e s t   wi t h   t h e   c hi - s qua r e d  s t a t i s t i c a l   t e s t .   T h e   GR U  m o de l ,   c om b i ne d  w i t h   S e l e c t K B e s t ,   o u t pe r f o r m e d  a l l   ot h e r   m o de l s ,   a c hi e vi ng  a n   a c c ur a c y   o f   97. 38% ,   a   r e c a l l   o f   97. 12% ,   a n d  a   p r e c i s i o n   o f   98. 10% .   T hi s   s ur p a s s e s   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   L S T M   m o de l ,   whi c h   h a d  t h e   hi gh e s t   r e c a l l   a n d  pr e c i s i o n   a m o n g  t h e   ot h e r   m o de l s ,   a n d  t h e   RF   m o de l ,   w hi c h   a l s o   s h o we d  s tr o n g  r e s u l t s .   T h e   r e s u l t s   s ugge s t   t h a t  t h e   GR U - b a s e d  m o de l   i s   hi g hly   e f f e c t i v e   f o r   r e a l - t i m e   i n t r us i o n   de t e c t i o n   i n   I o T   e nvi r o nm e n t s ,   w i t h   t h e   pot e n t i a l   t o  e nh a n c e   c y be r s e c ur i t y   f r a m e wo r ks   by   im pr o vi n g  de t e c t i o n   r a t e s   a n d  r e duc i ng  f a l s e   po s i t i v e s .   F ut ur e   wor k  wi ll   f o c us   o n   a pp lyi ng  t hi s   a p pr o a c h   to  ot h e r   b ot n e t - r e l a t e d  da t a s e t s   to  f ur t h e r   v a l i da t e   i t s   r o b us t n e s s   a n d  i n t e gr a t i n g  i t   i n t o  r e a l - t i m e   n e t wo r k   s e c ur i t y   s y s t e m s   t o  e n ha n c e   pr ot e c t i o n   a ga i ns t   e v o l vi ng  c yb e r   t h r e a t s .       RE F E R E NC E S   [ 1]   N . H o qu e , D . K .  B ha tt a c ha r yy a , a nd J . K . K a li ta , “ B o tn e t  in  D D o S  a tt a c ks :  t r e nds  a nd c ha ll e ng e s ,”   I E E E  C om m uni c at io ns  Sur v e y s   &  T ut or ia ls ,  vo l.  17, n o . 4, pp. 2242 – 2270, 2015, d o i:  10.1109/ C O M S T .2015.2457491.   [ 2]   I r f a n,  I .  M .  W il da ni ,  a nd  I .  N .   Y ul it a ,  “ C la s s if y in g  b o tn e t  a tt a c k  o n  in te r ne t  of   th in gs   de vi c e   us in g  r a ndo m  f or e s t, ”     I O P  C onf e r e n c e  Se r ie s :  E ar th  and E nv ir onm e nt al  Sc ie n c e , v o l.  248, Apr . 2019, do i:  10.1088 /1 755 - 1315/248/ 1/ 012002.   [ 3]   D .  T r a n,  H .  M a c ,  V .  T o ng,  H .  A .  T r a n,  a nd  L .  G .  N gu y e n,  “ A  L S T M  ba s e d  f r a m e w o r k  f o r   ha ndl in g  mul ti c la s s   im ba la nc e   in   D G A   bo tn e t  d e t e c t i o n ,”   N e ur oc om put in g , v o l.  275, pp. 2401 – 2413, J a n. 2018, do i:  10.1016/j .n e u c o m.2017.11.018.   [ 4]   X . Y ua n, C .  L i,  a nd X .  L i,  “ D e e pD e f e ns e :   i d e nt i f y in g  D D o S  a t ta c k  v ia  d e e p  le a r ni ng,”  i n  2017  I E E E  I nt e r nat io nal  C onf e r e nc e  on  Sm ar t  C om put in g ( SM A R T C O M P ) , M a y  201 7, pp. 1 – 8. d o i:  10. 1109/S M A R T C O M P .2017.7946998.   [ 5]   M .  F e il y ,  A .  S ha hr e s ta ni ,  a nd  S .  R a ma d a s s ,   “ A   s ur v e y   of   b o tn e t  a nd  bo tn e t  d e t e c t i o n,”   in     2009  T hi r d  I nt e r nat io nal   C on f e r e nc e   on   E m e r gi ng  Se c ur it y   I nf or m at io n,  Sy s te m s   and  T e c hnol ogi e s ,  2009,  pp.   268 – 273 .    do i:  10.1109/ S E C U R W A R E .2009.48.   [ 6]   R .  D o s hi ,  N .  A pt h or pe ,   a nd  N .  F e a ms te r ,  “ M a c hi n e   l e a r ni ng  D D o S   de t e c ti o n   f o r   c o ns um e r   in te r ne t  of   th in gs   d e v ic e s ,”   in   2018   I E E E   Se c ur it y  and P r iv ac y  W or k s hops  ( SP W ) , M a y  2018, pp. 29 – 35.  do i:  10.1109/ S P W .2018.00013.   [ 7]   N .  M o us ta f a   a nd  J .  S la y ,  “ U N S W - N B 15:   A   c o mp r e h e ns i ve   da ta   s e t  f o r   n e tw o r k  in tr us i o n  d e t e c t i o n  s y s t e ms   ( U N S W - N B 15  n e tw o r k   da ta   s e t) ,”   in   2015  M il i ta r y   C om m uni c at io ns   and  I nf o r m at io n  Sy s te m s   C on f e r e nc e   ( M il C I S) ,  N ov .  2015,  pp.  1 – 6.    do i:  10.1109/M il C I S .20 15.7348942.   [ 8]   S .  M .  K a s o ng o   a nd  Y .  S un,  “ P e r f o r ma n c e   a na l y s is   of   in tr us i o n  de t e c t i o n  s y s te ms   us in g  a   f e a tu r e   s e l e c ti o n  me th o d  o n  th e   U N S W - N B 15 da ta s e t, ”   J our nal  of  B ig  D at a , v ol . 7, n o . 1, p. 105, De c .  2020, do i:  10.1186/s 40537 - 020 - 00379 - 6.   [ 9]   V .  K uma r ,   D .  S in ha ,  A .  K .  D a s ,  S .  C .  P a nde y ,  a nd  R .  T .  G o s w a mi ,  “ A n  in te gr a t e d  r ul e   ba s e d  in t r us io n  d e t e c ti o n  s y s t e m:   a na l y s is   o n  U N S W - N B 15  da ta   s e t  a nd  th e   r e a l  ti m e   o nl in e   da ta s e t, ”   C lu s te r   C om put in g ,  v o l.   23,  n o .  2,  pp.   1397 – 1418,  J un.  2020,    do i:  10.1007/s 10586 - 019 - 03008 - x.   [ 10]   S .  M e f ta h,  T .  R a c hi di ,  a nd  N .  A s s e m,  “ N e tw o r k  ba s e d  in tr us i on  de t e c ti o n  us in g  th e   U N S W - N B 15  d a ta s e t, ”   I nt e r nat io nal   J ou r nal   of  C om put in g and Digit al  Sy s t e m s , v o l.  8, n o . 5, pp. 477 – 487, J a n. 2019, do i:  10.12785/i j c ds /0 80505.   [ 11]   M .  M o h y - e ddi n e ,  A . G u e z z a z ,  S . B e nki r a ne ,  a nd  M .  A z r o ur ,  “ A n  e f f ic i e nt   n e tw o r k  in tr us i o n  de t e c ti o n  m o d e l  f or   I oT   s e c ur it y   us in g   K - N N   c la s s if i e r   a nd  f e a tu r e   s e l e c ti o n,”   M ul ti m e di a  T ool s   and  A ppl ic at io ns ,  vo l.   82,  no .  15,  pp.  23615 – 23633,  J un.  2 023,    do i:  10.1007/s 11042 - 023 - 14795 - 2.   [ 12]   K .  V e nka ta c ha la m  a nd  P .  J a c o b,  “ U N S W - N B 15  da ta s e t  f e a tu r e   s e l e c t i o n  a nd  ne twor k  in tr us i o n  de t e c ti o n  us in g  de e p  l e a r ni n g,”   I nt e r nat io nal  J our nal  of  R e c e nt  T e c hnol ogy  and E ngi ne e r in g ( I J R T E ) ,  vo l.  7, n o . 5 S 2, pp. 443 – 446, 2019.   [ 13]   W .  N .  H .  I b r a hi m  e t  al . ,  “ M ul ti la y e r   f r a m e w o r k  f or   b o tn e t  d e te c ti o n  us in g  ma c h in e   le a r ni ng   a lg or it hms ,”   I E E E   A c c e s s ,  v o l .  9,    pp. 48753 – 48768, 2021, do i:  10.1109/AC C E S S .2021.3060778.   [ 14]   M .  A bu  R a ja b,  J .  Z a r f o s s ,  F .   M o nr o s e ,  a nd  A .   T e r z is ,  “ A   mu lt i f a c e t e d  a ppr o a c h  t o  und e r s ta ndi ng  th e   b ot ne t   ph e n o m e n o n,”   in   P r oc e e di ngs   of   th e   6t h  A C M   SI G C O M M   c on f e r e n c e   on  I nt e r n e t  m e as u r e m e nt ,  O c t.   2006,  pp.  41 – 52.    do i:  10.1145/1177080.1 177086.   [ 15]   M .  T a v a ll a e e ,  E .  B a ghe r i,   W .  L u,  a nd  A .  A .  G ho r ba ni ,  “ A   de ta il e d  a na l y s is   of   th e   K D D   C U P   99  da ta   s e t, ”   in     2009  I E E E   Sy m pos iu m   on  C om put at io nal   I nt e ll ig e nc e   fo r   Se c u r it y   and   D e f e n s e   A ppl ic at io ns ,   J ul .  2009,   pp.  1 – 6.     do i:  10.1109/C I S D A .2009.5356528.   [ 16]   S .  R e v a th i  a nd  A .   M a la th i,   “ A   de ta il e d  a na l y s is   o n   N S L - K D D   da ta s e t  us in g  v a r i o us   ma c hi n e   l e a r ni ng   t e c hni qu e s   f or   in t r u s io n  de t e c t i o n,”   I nt e r nat io nal  J our nal  of  E ngi ne e r in g R e s e ar c h &  T e c hnol ogy  ( I J E R T ,  vo l.  2, n o . 12, pp. 1848 – 1853, 2013.   [ 17]   Y .  Y in   e t  al . ,  “ I G RF - R F E :   A   h y br id   f e a tu r e   s e l e c ti o n  m e th o d  f or   M L P - ba s e d  n e tw o r k  in tr us i o n  d e te c ti o n   o n  U N S W - N B 15  da ta s e t, ”   J our nal  of  B ig  D at a , v o l.  10, n o . 1, F e b. 2023, d o i:  10.1186 /s 40537 - 023 - 00694 - 8.   [ 18]   J .  M .  P e t e r s o n,  J .  L .  L e e vy ,  a nd   T .  M .  K h o s hg of ta a r ,  “ A   r e v i e w   a nd  a na l y s is   of   th e   b ot - I oT   da ta s e t, ”   in     2021  I E E E   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  Se r v ic e - O r ie n te d  Sy s te m   E ngi ne e r in g  ( SO SE ) ,  A ug.  2021,  pp.   20 – 27.     do i:  10.1109/ S O S E 52839.2021.00007.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n g  &   C o m p  S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52         A   G R U - bas e d  appr oac h  f or   botnet  de tec ti on   us ing  de e p  lear ning  tec hnique  ( Suc he tha  G. )   1105   [ 19]   A . Ö z gür  a nd H . E r d e m, “ A  r e v i e w   of   K D D 99 da ta s e t  us a ge  i n i nt r us io n   d e t e c ti o n a nd ma c hi n e  l e a r ni ng be tw e e n 2010 a nd 2015 , ”  A pr . 14, 2016. do i:  10.7287 /p e e r j. p r e pr in ts .1954 v 1.   [ 20]   N .  M o us ta f a   a nd  J .  S la y ,  “ T h e   s ig ni f i c a nt   f e a tu r e s   of   th e   U N S W - N B 15  a nd  th e   K D D 99  da ta   s e ts   f o r   n e tw o r k  in t r us io n  d e t e c ti o n  s y s te ms ,”   in   2015  4 th   I nt e r nat io nal   W or k s hop  on  B ui ld in g  A nal y s is   D at as e ts   and  G at he r in g  E x pe r ie nc e   R e tu r n s   f or   Se c u r it y   ( B A D G E R S) , N ov . 2015, pp. 25 – 31. d o i:  10.1109/ B A D G E R S .2 015.014.   [ 21]   M . Z e e s ha n  e t  al . , “ P r o to c o l - ba s e d de e p i nt r us io n d e t e c t i o n f or  D o S  a nd D D o S  a tt a c ks  us in g U N S W - N B 15 a nd bo t - I oT  da ta - s e ts ,”   I E E E  A c c e s s , v ol . 10, pp. 2269 – 2283, 2022, d o i:  10.1109/AC C E S S .2021.3137201.   [ 22]   N .  R .  A bi d - A lt ha qa f i  a nd  H .  A .  A ls a la ma h,   “ T he   e f f e c t  of   f e a tu r e   s e le c ti o n  o n  th e   a c c ur a c y   of   X - p la t f o r m     us e r   c r e di bi li t y   d e t e c ti o n  w it h   s upe r v is e d  ma c hi ne   le a r ni ng,”   E le c tr oni c s ,  vo l.   13,  n o .  1,   J a n.  2024,    do i:  10.3390/ e l e c tr o ni c s 13010205.   [ 23]   N .  C ha v a n,  M .  K ukr e ja ,  G .  J a gw a ni ,  N .  N is ha d,  a nd   N .  D e b,  “ D D o S   a tt a c k  de t e c ti o n  a nd  b o tn e t  pr e ve nt i o n  us in g  ma c hi ne   l e a r ni ng,”   in   2022  8t h  I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  A dv anc e d  C om put in g  and  C om m uni c at io n  Sy s te m s   ( I C A C C S) ,  M a r .  2022,  pp.  1159 – 1 163.   do i:  10.1109/ I C A C C S 54159.2022.9785247.   [ 24]   E .  B ig la r   B e ig i,   H .  H a di a n  J a z i,   N .  S ta kha nov a ,  a nd  A .   A .  G ho r ba ni ,  “ T ow a r ds   e f f e c t i v e   f e a tu r e   s e l e c ti o n  in   ma c hi n e   le a r n in g - ba s e d bo tn e t  d e te c ti o n a ppr o a c h e s ,”  i n  2014 I E E E  C onf e r e nc e   on C om m uni c at io ns  and  N e tw or k  Se c u r it y , O c t.  2014, pp. 247 – 255.  do i:  10.1109/C N S .2014.6997492.   [ 25]   G .  K oc h e r   a nd  G .   K uma r ,  “ A na l y s is   of   ma c h in e   l e a r ni ng  a lg or it hms   w it h  f e a tu r e   s e l e c t i o n  f or   in tr us i o n  d e t e c ti o n  us in g  U N S W - N B 15  da ta s e t, ”   I nt e r nat io nal   J our nal   o f   N e tw or k   Se c u r it y   &   I ts   A ppl ic at io ns ,  vo l.   13,  no .  1,  pp.  21 – 31,  J a n.   20 21,    do i:  10.5121/i jn s a .2021.1 3102.       B I OG RA P HI E S   OF   AU T HO RS       Su c h et h a   G .          r ece i v e d   t h e  B . E .   an d   M. T ec h .   d eg r ee   i n   CSE   fro m   V i s v e s v ara y a   T e ch n o l o g i c al   U n i v e rs i t y ,   I n d i a.   Cu rr en t l y ,   s h e   i s   w o rk i n g   as   an   as s i s t an t   p ro fe s s o r  i n   t h e  D e p art men t   o f  In fo r m at i o n   S c i en ce   a n d   E n g i n ee r i n g   at   S ah y ad r i   Co l l eg e   o f  E n g i n ee ri n g   an d   Man ag eme n t ,   In d i a.   H e r  ar e a  o f  i n t e r e s t s   i n cl u d e s   cy b e rs ecu ri t y ,   AI ,  ML ,   an d   I o T .     Sh e   h as   p u b l i s h ed   r e s e ar ch   p ap e rs   i n   v ar i o u s   re p u t e d   j o u rn al s   a n d   co n f e r en ce s .   Sh e   i s   a     l i f e  mem b e r   o f   t h e   CS I  an d   D at a  S c i en ce   A s s o ci at i o n .   S h e   c a n   b e  c o n t ac t ed   at   em ai l :   s u c h e t h a g 8 7 @ g m ai l . co m .       D r.   P u s h pa l a th a   K .          i s   w o r k i n g   as   Pro f e s s o r  i n   t h e  D e p art men t   o f  A rt i f i ci a l   I n t e l l i g e n ce  an d   Ma ch i n e   L e arn i n g ,   Sah y a d ri   Co l l eg e  o f  E n g i n ee ri n g   an d   Ma n ag emen t ,   I n d i a .   Sh e   h as   co m p l e t ed   h e r  P h . D .   i n   i m ag e   p ro ce s s i n g   fro m   N I T K ,   S u rat h k a l .   S h e   h as   1 5   y e ars   o f  t e a c h i n g   e x p e ri en ce .   S h e   h as   p u b l i s h ed   r e s e ar c h   p ap e rs   i n   SC I   i n d e x e d   j o u rn a l s   an d   c o n f e r e n ce s .   H e r  ar e as   o f   i n t e r e s t   are  b i o med i c a l   s i g n al   p ro ce s s i n g   a n d   b rai n   i m ag i n g .    Sh e   c an   b e   co n t a c t ed   at   em ai l :   p u s h p ak @ g m a i l . co m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.