I nte rna t io na l J o urna l o f   I nfo rm a t ics a nd   Co m m un ica t io n T ec hn o lo g y   ( I J - I CT )   Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,  J u n e   20 2 6 ,   p p .   565 ~ 5 7 7   I SS N:  2252 - 8 7 7 6 ,  DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /iji ct . v 1 5 i 2 . pp 565 - 5 7 7           565       J o ur na l  ho m ep a g e :  h ttp : //ij ict. ia esco r e. co m   Ens emble   win do ws   intrusio n   det e ction   sy stem   usi n g   XG B o o st   a nd   deep   l ea rning       P ra nitha   K eda m ba dy   Sh iv a ,   P us hp a ra j   D .   Sh et t y   D e p a r t me n t   of   M a t h e m a t i c a l   a n d   C o mp u t a t i o n a l   S c i e n c e s,   N a t i o n a l   I n st i t u t e   of   T e c h n o l o g y   K a r n a t a k a   ( N I TK ) ,   S u r a t h k a l ,   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   Au g   7 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J an   7 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma r   3 0 ,   2 0 2 6       In tru si o n   d e tec ti o n   sy ste m s   (IDS )   a re   c rit ica l   fo r   p re se rv in g   th e   Wi n d o ws   e n v iro n m e n t   fro m   an   e v e r - c h a n g i n g   c o ll e c ti o n   of   c y b e r   t h re a ts.   Cu rre n t   IDS   u se s   d e e p   lea rn in g   (DL),   wh ich   a re   h e a v y   m o d e ls   if   u se d   fo r   d e tec ti o n ,   wh il e   o th e rs   u se   m a c h i n e   lea rn in g   (M L )   tec h n i q u e s,   wh ich   re q u ire   e x ter n a l   fe a tu re   e x trac ti o n .   To   re so lv e   th is   c h a ll e n g e ,   th is   p a p e r   i n tr o d u c e s   XG B NN ,   a   n e w   e n se m b le   m o d e l   th a t   c o m b in e s   t h e   b e n e fit s   of   ML   a n d   DL   to   id e n ti fy   a n d   m it ig a te   a tt a c k s   a g a in st   Wi n d o ws   m a c h in e s   e ffe c ti v e ly .   T h e   v a rio u s   ML   m e th o d s   a re   train e d   on   th e   p u b li c ly   a v a il a b le   d a tas e t   to   c las sify   e ig h t   t y p e s   of   a tt a c k s   in   a   Wi n d o ws   e n v iro n m e n t.   Ad d it i o n a ll y ,   d e e p   n e u ra l   n e two r k s   (DN Ns )   a re   p ro p o se d   by   o p ti m izin g   th e   lay e rs   a n d   h y p e r p a ra m e ters   to   a c h iev e   th e   b e st   a c c u ra c y .   Th e n ,   th e   DNN   m o d e l   a n d   XG Bo o st   m o d e l   a re   in teg ra ted   to   d e tec t   i n tr u sio n s   by   u ti li z i n g   th e   fe a t u re   e x trac ti o n   a b il it y   of   DNN   a n d   p ro v id i n g   th e   in term e d iate   fe a tu re s   e x trac ted   fro m   th e   l a st   se c o n d   lay e r   of   th e   DNN   to   t h e   XG B   fo r   c las sifica ti o n .   T h e   En se m b le   m o d e l   XG B NN   o p ti m ize s   fe a tu re s   a n d   o ffe rs   b e tt e r   d e c isio n s.   T h e   p ro p o se d   m o d e l   a c h iev e s   an   e x c e p ti o n a l   a c c u ra c y   of   1 0 0 % ,   as   d e m o n stra ted   by   th e   e m p iri c a l   re su lt s,   a n d   o u t p e rfo rm s   t h e   b e n c h m a rk   m o d e ls   wit h   an   imp r o v e m e n t   of   0 . 0 0 4 % .   Th e   p u r p o se   of   t h is   st u d y   is   to   h i g h li g h t   t h e   e ffe c ti v e n e ss   of   h y b ri d   a rc h it e c tu re s   in   i n tru si o n   d e tec ti o n .   T h e se   ar c h it e c tu re s   o ffe r   a   m o re   ro b u st,   sc a lab le,   a n d   e ffe c ti v e   m e th o d   to   imp ro v e   th e   se c u rit y   of   t h e   Wi n d o ws   sy ste m   a g a in st   m o re   so p h isti c a ted   a tt a c k s.     K ey w o r d s :   C y b er - attac k s   Deep   n eu r al   n etwo r k s   I n tr u s io n   d etec tio n   R an d o m   f o r est   XGBo o s t   T h is   is   an   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r   th e   CC   BY - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Pra n ith a   Ked am b ad y   Sh iv p p a   Dep ar tm en t   of   Ma th em atica l   a nd   C o m p u tatio n al   Scien ce s   Natio n al   I n s titu te   of   T ec h n o lo g y   Kar n atak a   ( NI T K)   Su r ath k al,   I n d ia     E m ail :   p r an ith ak s 1 2 @ g m ail. c o m   or   p r an ith a k s . 2 1 7 m a5 0 1 @ n itk . ed u . i n       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   n u m b e r   of   lin k e d   co m p u ter s   an d   th e   v o lu m e   of   d ata   ex ch an g e d   b etwe en   th em   ar e   g r o win g   ex p o n e n tially   in   tan d em   with   o n g o in g   tec h n o lo g ical   b r ea k th r o u g h s .   T h is   c o n d itio n   en a b le s   cy b er cr im i n als   to   f o cu s   th eir   atten tio n   an d   s atis f y   th eir   n ee d s .   C y b er attac k s ,   s u ch   as   m alwa r e   an d   o th er   n etwo r k   attac k s ,   s ee k   to   u n d er m i n e   th e   s ec u r ity ,   d e p e n d ab ilit y ,   an d   ac ce s s ib ilit y   of   a   s y s tem   or   a   lin k ed   d ev ice   [ 1 ] .   T h u s ,   d etec tin g   cy b er attac k s   is   ess en tia l   to   c o m p u ter   n etwo r k   an d   co m p o n en t   s ec u r ity .   C o n s eq u en tly ,   n u m er o u s   I n tr u s io n   d etec tio n   s y s tem s   ( I DS )   h av e   b ee n   p r o p o s ed   to   i d en tify   a n d   d etec t   in tr u s io n s   with in   th e   s y s tem .   I DS   d etec t,   ev alu ate,   an d   r e p o r t   an y   s u s p icio u s   ac tiv ity   th ey   f in d   in   o r d er   to   p r e v en t   u n a u th o r ize d   a cc ess   to   co m p u ter   n etwo r k s   an d   s y s tem s   [ 2 ] .   I DS   m o n ito r s   co m p u ter   an d   n etwo r k   ac tiv ities ,   co llects   d ata   ab o u t   th em ,   an d   ch ec k s   th is   in f o r m atio n   f o r   h ar m f u l   ac tio n s   [ 3 ] .   If   th e y   d et ec t   a   s u s p icio u s   at tack   or   ac tiv ity ,   th ey   will   aler t   th e   s y s tem   ad m in is tr ato r   [ 4 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,  J u n e   20 2 6 :   5 6 5 - 5 7 7   566   Netwo r k - b ased   I DS   ( NI DS)   a n d   Ho s t - b ased   I DS   ( HI DS)   ar e   two   ty p es   of   I DS   an d   ar e   c ateg o r ized   b ased   on   wh er e   th ey   g et   th ei r   d ata.   I DS   u s es   d etec tio n   in   v ar io u s   way s ,   b u t   two   of   th e   m o s t   co m m o n   o n es   ar e   s ig n atu r e   d etec tio n   an d   an o m aly   d etec tio n   [ 5 ] .   By   m o n ito r in g   an d   an aly zi n g   n etwo r k   tr af f ic,   NI DS   d etec t   an o m alo u s   ac tiv ity   or   n etwo r k - b ased   attac k s .   NI DS   ar e   ty p ically   im p lem en ted   on   n etwo r k   in f r astru ctu r e   to   s u p er v is e   all   n etwo r k   ac tiv ities .   T h e   NI DS   h as   a   m o n ito r in g   p h ase   w h er e   it   co llects   d ata   ab o u t   n etwo r k   tr af f ic,   s u ch   as   p ac k et   s ize,   n u m b er   of   p ac k ets,   p o r t   n u m b er ,   an d   IP   a d d r ess .   In   o r d er   to   id en tif y   m al icio u s   n etwo r k   ac tiv ity ,   N I DS   em p lo y   s ig n atu r e   a n d   an o m al y   d etec tio n   m eth o d s   to   ex a m in e   co ll ec ted   d ata.   Du r in g   th e   r ea ctio n   p h ase,   an y   id en tif ied   attac k   or   s tr an g e   IP   ad d r e s s   in   th e   n etwo r k   or   ac tiv ity   is   co m m u n icate d   to   th e   n etwo r k   a d m in is tr ato r   f o r   s u itab le   in ter v en tio n   [ 6 ] .   In   co n tr ast   to   NI DS,   HI DS   o b s er v es   an   in d i v id u al   h o s t   or   d ev ice   to   id e n tify   a n y   illeg al   ac tiv ities .   HI DS   s y s tem s   ar e   d esig n ed   to   in clu d e   t h e   ab ilit y   to   m o n ito r ,   id en tify ,   an d   r esp o n d   to   u n u s u al   b eh av io r s   th at   ar e   r elev an t   to   t h e   h o s t   d e v ice   [ 7 ] .   Similar   to   NI DS,   it   also   h as   Sig n atu r e - b ased   d etec ti o n   tech n iq u es   th at   id en tify   ass au lts   by   co r r elatin g   ce r tain   b e h av io r s   with   estab l is h ed   attac k   s ig n atu r es   [ 8 ] .   T h e   i d e n t i f i c at i o n   of   t h e   p r o f i l e   t h a t   o u t l i n es   a b n o r m a l   p r o c e s s   a ct i v i ti e s   is   es t a b li s h e d   t h r o u g h   t h e   u s e   of   ML   in   I DS   [ 9 ] .   T h e s e   a p p r o a c h e s   a r e   t r a i n e d   on   s t a n d a r d   d a t a   s a m p l e s .   An   a n o m a l y - b as ed   H I D S   w i ll   n o t i f y   t h e   s y s t e m   a d m i n is t r at o r   of   a n y   u n u s u a l   or   h a r m f u l   p r o c e s s i n g   a c t i v i t y   if   it   d e v ia t es   f r o m   t h is   p r o f i l e .   I DS   o f t e n   u s e s   ML   a n d   DL   m e t h o d s   t h a t   a u t o n o m o u s l y   i d e n t i f y   u n e x p e c t e d   a n d   u n p r e d i c t a b l e   a tt a c k s   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .     T h is   p ap er   p r o p o s es   an   in n o v ativ e   h y b r id   s tr ateg y   t h at   u s es   an   ML   ap p r o ac h   to   d etec t   W in d o ws   10   attac k s .   As   ML   an d   DL   tech n iq u es   can   id en tify   in tr icate   p a tter n s   an d   b eh av io u r s   in   s y s tem   d ata,   th ey   h av e   b o th   d em o n s tr ated   s ig n if ican t   ef f ec tiv en ess   in   HI DS.   HI DS   is   ca p ab le   of   co m p ilin g   a   v ast   an d   d iv er s e   a r r a y   of   in f o r m atio n   by   m o n ito r in g   a   wid e   r an g e   of   ev e n ts ,   in clu d in g   s y s tem   ca lls ,   f ile   m o d if ica tio n s ,   an d   n etwo r k   tr af f ic.   R u le - b ased   s y s tem s   ty p ically   h a v e   d if f icu lty   r ec o g n i zin g   c o m p lex   an d   e v er - ch a n g i n g   attac k   p atter n s ,   m ain ly   wh en   th e   en v i r o n m e n t   is   in   a   s tate   of   co n s tan t   ch an g e.   No n eth eless ,   ML   an d   DL   alg o r ith m s   h av e   d em o n s tr ated   s u p er i o r ity   in   th is   d o m ain   o win g   to   th eir   ab ilit y   to   au to n o m o u s ly   lear n   f r o m   d ata   an d   d etec t   an o m alies   or   h a r m f u l   ac tiv itie s   th at   d iv er g e   f r o m   s tan d a r d   p atter n s .   In   o r d er   to   f i n d   lik ely   in c u r s io n s ,   ML  tech n iq u es   can   ex am in e   d ata   f r o m   m u ltid im en s io n al   s y s tem s   an d   r ev ea l   s u b tle   r elatio n s h ip s   b etwe en   v ar io u s   f ea t u r es.   T h is   id ea   is   ad v an ce d   by   d e ep   lear n in g   m o d els,   p ar ticu lar ly   n eu r al   n etwo r k s ,   wh ich   m ak e   u s e   of   m u ltip le   lay er s   of   r ep r esen tatio n .   T h is   en ab les   th em   to   d if f er en tiate   b etwe en   m o r e   co m p lex   an d   n o n - lin ea r   co r r elatio n s   with in   th e   d ata.   Deep   lear n in g   alg o r ith m s   ar e   v er y   g o o d   at   f i n d in g   ad v a n ce d   r is k s ,   lik e   ze r o - d ay   attac k s ,   w h ich   o f te n   leav e   m in o r   s ig n s   in   th e   ac tiv ities   of   a   s y s tem   [ 1 2 ] .   Fu r th er m o r e,   ML   an d   DL   ap p r o ac h es'   ab ilit y   to   co n ti n u o u s ly   im p r o v e   an d   a d ap t   t h r o u g h   lear n in g   allo ws   th em   to   ad v a n ce   in   tan d em   with   e m er g in g   th r ea ts .     A   lo t   of   r es ea r c h   h as   b e en   c o n d u ct ed   to   d ev el o p   v ar io u s   t ec h n i q u es   f o r   c lass i f y i n g   at tac k s   in   m u l ti p le   en v i r o n m e n ts .   F ig u ei r e d o   et   a l.   [ 1 3 ]   p r es en te d   th e   DL - b ase d   I DS   [ 1 3 ]   t h at   u s es   th e   s t ac k in g   l o n g - s h o r t - te r m   m e m o r y   ( L ST M)   m o d el   a n d   t h e   im p r o v e d   p r e - p r o c ess i n g   a p p r o ac h ,   r e tu r n s   c o n te x t - f r e e   in f o r m a ti o n ,   a n d   ac h ie v es   o v e r   9 9 %   ac c u r ac y   on   th e   C I C I DS   2 0 1 7   d a tase t.   K h a n   et   a l .   [ 1 4 ]   u til izes   a   r e cu r r en t   n e u r al   n et wo r k   co m b i n e d   wit h   g ate d   r ec u r r en t   u n its   ( R NN - GR U )   to   class if y   att ac k s .   T h e   d ata   u s e d   is   th e   T o N - I o T   d at aset ,   wh i ch   w as   i n te g r at e d   wit h   t h e   t h r ee - t ie r e d   I o T   s y s t em   an d   co n s is ts   of   n o v el   att ac k   ty p es   n o t   f o u n d   in   o th er   o p e n - s o u r ce   d at asets .   T h e   r ec o m m en d ed   m o d e l   att ai n s   an   a cc u r ac y   of   8 8 %   f o r   th e   W i n d o ws   10   d at aset .   Similar ly ,   L ilh o r e   et   a l.   [ 1 5 ]   in tr o d u ce d   th e   c o m b in ati o n   of   OC NN - L STM   an d   a   tr a n s f er   lear n in g   ap p r o ac h .   T h e   s u g g ested   m o d el   em p lo y s   an   im p r o v ed   co n v o lu tio n al   n eu r al   n etwo r k   ( C N N)   by   en h a n cin g   its   p ar am eter s   th r o u g h   t h e   g r ey   wo lf   o p tim izatio n   tech n i q u e ,   wh ich   r ef in es   th e   C NN   h y p er p ar am eter s   an d   im p r o v es   th e   C NN's   ac cu r ac y .   T h e   r ec o m m e n d ed   m o d el   at tain ed   a   p r ec is io n   of   9 2 . 7 %   on   th e   W in d o ws   10   d ataset.   Awo tu n d e   et   a l.   [ 1 6 ]   also   u s ed   M L   tech n iq u es   on   T ON - I o T   d atasets   an d   ac h iev ed   th e   h ig h est   ac cu r ac y   of   9 9 . 7 3 %.   L ik ewise,   C h alich alam ala   et   a l.   [ 1 7 ]   r ec o m m en d   an   e n s em b le   class if ier   b ased   on   lo g is tic   r eg r ess io n   ( LR )   f o r   th e   ef f icien t   d ev elo p m en t   of   I DS.   T h e   s u g g ested   m o d el   also   in teg r ates   Ad aBo o s t   an d   r an d o m   f o r est   ( RF )   to   cr ea te   a   p r o f icien t   class if ier   em p lo y in g   th e   iter ativ e   en s em b le   m eth o d o lo g y .   T h e   ad ap tiv e   s y n th eti c   s am p lin g   m eth o d   m itig ates   th e   p r o b lem   of   d ata   im b alan ce .   Mo r eo v er ,   u n s u itab le   f ea tu r e s   ar e   r em o v ed   by   r ec u r r en t   f ea tu r e   elim in atio n .   T h e   s u g g ested   m o d el   attain s   an   ac cu r ac y   of   9 9 . 9 9 %   f o r   th e   B o T - I o T   d ataset,   s u r p ass in g   th at   of   TL - I DS   an d   L STM .   Sin g h   et   a l.   [ 1 2 ]   s elec t   attr ib u tes   u s in g   a   m ix   of   th e   in f o r m atio n   g ain   ca lcu latio n   an d   th e   s im u late d   an n ea lin g   tech n iq u e.   T h e   s u g g ested   DL - b ased   m o d el   a ch iev es   r em ar k ab le   ac cu r ac ies   of   9 9 . 9 9 0 %   an d   9 9 . 9 9 6 %   on   th e   T ON - I OT win 7   a n d   T ON - I OT win 1 0   d atasets   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .     Similar   to   th e   ab o v e   ap p r o ac h ,   C h er f i   et   a l.   [ 2 0 ]   s u g g est ed   a   DL - I DS   m o d el   th at   in t eg r ates   an   au to en co d er   with   a   d ee p   n e u r al   n etwo r k   ( DNN ) .   T h e   i n f o r m atio n   g ain   ass ess m en t   an d   th e   s im u lated   an n ea lin g   ap p r o ac h   ar e   u s ed   f o r   attr ib u te   s elec tio n .   T h e   h ig h est   ac cu r ac y   of   9 9 . 9 0 %   an d   9 9 . 8 6 %   is   ac h iev ed   on   d atasets   T ON - I OT win 7   a n d   T ON - I OT win 1 0 ,   r esp ec tiv ely .   Alter n ativ ely ,   Din g   et   a l .   [ 2 1 ]   in tr o d u ce   an   alter n ativ e   DL   m o d el   f o r   th e   d etec tio n   of   c y b er attac k s   tar g etin g   I o T   d e v ices.   Dee p AK - I o T   is   f o u n d e d   on   th r ee   co m p o n e n ts :   th e   b lo ck s   f o r   s p atial   m o d elin g   b ase d   on   r esid u als   ( R SR ) ,   tem p o r al   m o d elin g ,   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       E n s emb le  w in d o w s   in tr u s io n   d etec tio n   s ystem  u s in g   xg b o o s t  a n d   d e ep   …     ( P r a n ith a   K ed a m b a d y  S h iva )   567   d etec tio n .   A   s k ip   lin k   is   in co r p o r ated   in t o   each   R SR   b lo ck   of   th e   f o u r   co n v o l u tio n al   lay e r s ,   wh ich   is   done   in   o r d er   to   p r ev e n t   v an is h in g   or   ex p a n d in g   g r ad ien ts .   T h ese   lay er s   ar e   c o n n e cted   in   p a r al lel.   T h e   last   b lo ck   class if ies   th e   in p u t.   T h e   r ec o m m en d ed   m o d el' s   ac cu r ac y   is   9 0 . 5 7 %   f o r   T ON   I o T .   T h e   an aly ze d   wo r k s   em p h asize   th e   in cr ea s in g   ap p licatio n   of   s o p h is ticated   ML   an d   DL   m eth o d o l o g ies   in   th e   cr ea tio n   of   ef f icien t   I DS,   p ar ticu la r ly   in   m an ag in g   in tr icate ,   lar g e - s ca le   d atasets   with in   d iv er s e   n etwo r k   s ettin g s .   T ec h n iq u es   s u ch   as   L STM ,   GR U ,   C NN,   an d   h y b r id   m o d els   h av e   b ee n   ef f ec tiv ely   u tili ze d ,   d em o n s tr atin g   ex ce ll en t   ac cu r ac y   in   i n tr u s io n   d etec tio n ,   p ar ticu lar ly   in   I o T   a n d   in d u s tr ial   n etwo r k s .   T h ese   m o d els   h av e   b ee n   a u g m en ted   with   m an y   o p tim izatio n   tech n iq u es,   in clu d in g   g r ey   wo lf   o p tim izatio n   an d   s o p h is ticated   o p tim izer s   lik e   Ad am ,   to   b o o s t   p er f o r m an ce .   Pre v alen t   is s u es   s u ch   as   d ata   im b alan ce ,   f ea tu r e   s elec tio n ,   an d   th e   cla s s if icatio n   of   n ew   attac k s   ar e   s till   p r esen t.   T h u s ,   th is   p ap er   p r o p o s es   a   n o v el   h y b r id   ap p r o ac h   by   u tili zin g   t he   DNN   an d   XGBo o s t   m o d el s   to   d ev elo p   an   I DS   th at   ca n   d etec t   attac k s   an d   class if y   th em   in to   v ar io u s   class es.   Hen ce ,   th e   s ig n if ican t   co n tr ib u tio n   of   th is   r esear ch   is   g iv en   b elo w.   T h is   p ap er   in tr o d u ce s   a   n o v el   h y b r i d   m o d el   th at   co m b in es   DNN   f o r   f ea tu r e   e x tr ac tio n   an d   ML   f o r   class if icatio n ,   r esu ltin g   in   im p r o v ed   ac c u r ac y   an d   r o b u s tn ess .   −   T h e   v ar io u s   ML   alg o r ith m s ,   s u ch   as   Gau s s ian   n aïv e   B ay es   ( GNB),   L R ,   K   n ea r est   n eig h b o r s   ( KNN) ,   d ec is io n   tr ee   ( DT ) ,   R F,   an d   XGB,   ar e   tr ain ed   on   th e   o p en - s o u r ce   d atasets .     −   A   cu s to m ized   DNN   ar ch itectu r e   h as   b ee n   d ev elo p ed   an d   tr ai n ed   u s in g   t h e   s am e   d ataset.   −   I n ter m ed iate   Featu r e   E x tr ac ti o n :   T h e   m o d el   ex tr ac ts   d etailed   f ea tu r es   f r o m   th e   s ec o n d - to - last   lay er   of   th e   C u s to m ized   DNN   an d   u s es   th ese   f ea tu r es   as   in p u t   f o r   th e   XGB   clas s if ier ,   wh ich   s ig n if ican tly   im p r o v es   p e r f o r m an ce   co m p ar ed   to   u s in g   r aw   d ata.   −   T h e   s tu d y   also   em p h asizes   d ata   s ca lin g   th r o u g h   s tan d ar d izatio n   to   n o r m alize   in p u t   ch ar a cter is tics   an d   one - h o t   lab el   en co d in g   f o r   o p t im al   in p u t   f o r   th e   DNN   an d   XGB   clas s if ier s .   −   T h e   h y b r i d   m o d el   is   p r o p o s ed   by   co m b i n in g   th e   DNN' s   r e p r esen tatio n al   p o wer   with   XGB 's   ab il ity   to   r ef in e   d ec is io n   b o u n d s .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h e   p r o p o s ed   m eth o d   aim s   to   in teg r ate   t h e   DNN   an d   th e   XGB   m o d el   to   d ev el o p   n o v el   en s em b le   tech n iq u es.   Dif f e r en t   ML   tec h n iq u es   a r e   tr ain e d   on   t h e   o p en - s o u r ce   d ataset   to   id en tify   a n d   th e n   class if y   th e   attac k   in to   eig h t   d is tin ct   class es.   T h e   DNN   m o d el   is   f in e - tu n ed   an d   o p tim ized   on   th e   s am e   d ataset   to   ac h iev e   th e   o p tim u m   p er f o r m an ce .   Fi n ally ,   to   tak e   ad v an tag e   of   t h e   DNN   an d   b o o s tin g   m eth o d ,   th e   n ew   m o d el   XGBNN   was   d ev elo p ed ,   wh ich   is   th e   in ter ac tio n   of   DNN   an d   XGB .   T h e   tr ain ed   DNN   m o d el’ s   in ter m ed iate   f ea tu r es   f r o m   th e   last   s ec o n d   lay er   ar e   u s ed   as   in p u t   to   th e   XGB   m o d el.   Fig u re   1   p r o v i d es   a   v is u al   r ep r esen tatio n   of   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h .   T h e   p r o p o s ed   A lg o r ith m   1  f o r   th e   H y b r id   I DS   is   g iv en   b el o w.     Alg o r ith m   1 : X GB NN  Alg o r ith m   Input:   Training data  ∈ ℝ ×   and labels  ∈   ℝ , where n is the number of samples and d  is the number of features.   Output:   Classify the instances into eight classes of attacks   Step 1:   Data Pre - processing   St ep   1. 1. :  No rm al iz e  t he   in pu t  da ta   us in g   th e  fo rm ul a  as   =  −     and   =  −   ,   where    is   th e  me an   of   th e   tr ai ni ng   in st an ce s,   an d    is   th e  st an da rd   de vi at io n   of the training instances.   Step 1.2: Apply label encoding as  ( ) = { 1   ,    ( ) = 0 ,  ℎ     ,  i = 1 , . . , n , g =   1 , . . , G   , where    is the number  of classes, and    is the label feature matrix.   Step 2:   Develop a customized DNN model   Input:    with shape (n x d), where d is the dimensionality of the features.   DNN architecture is defined as:   Input layer:  ℎ 0 =    Hi dd en   La ye r  1:   ℎ 1 = ( 1 ℎ 0 + 1 ) ,  wh er e  f  is   th e  RE LU   ac ti va ti on   f un ct io n  ( ) = max   ( 0 , )   ,  1 ∈ ℝ 1 0 2 4 × , and   1 =  ℝ 1 0 2 4 .   Hidden layer 2:  ℎ 2 = ( 2 ℎ 1 + 2 ) , where  2 ∈ ℝ 5 1 2 × , and   2 =  ℝ 512 .   Hidden layer 3:  ℎ 3 = ( 3 ℎ 2 + 3 ) , where  3 ∈ ℝ 256 × , and   3 =  ℝ 256 .   Output layer:  ̂ =      ( 4 ℎ 3 + 4 ) , where  4 ∈ ℝ   ×   256 , and   4 =  ℝ   Loss Function (Categorical Cross Entropy) is calculated as  ( , ̂ ) = − ∑ ∑ ,      ̂ , = 1 = 1   Step 3:   Training the DNN model   Step 3.1: Use ADAM optimizer with learning rate    and Train for E epochs   Step 3.2: Early Stopping: If the validation loss does not improve for p consecutive epochs,  training should be terminated.   Step 4:   Extract the intermediate features from DNN   Step 4.1 : After training DNN, use the last second layer dense layer  ℎ 3   as the feature map.   Step 5:   Train different ML techniques to find the best among them   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,  J u n e   20 2 6 :   5 6 5 - 5 7 7   568   Step 6:   Train the highest - performing ML model with the intermediate features from  ℎ 3   layer.   Step 7:   Final evaluation of the proposed Hybrid model   St ep   7. 1:   Co mb in e  DN N  so ft ma x  pr ed ic ti on s  an d  th e  hi gh es t - performing  ML  model’s  predictions  to get the final classification result.   ̂ =   . ̂ + ( 1 − ) . ̂  , where    is the weighting factor   Ste p 7.2: Measure accuracy, recall, precision, F1 score, and Area under curve           Fig u re   1 .   T h e   f lo w   c h ar t   of   th e   p r o p o s ed   h y b r id   DNN+ ML   I DS       2 . 1 .    Da t a s et   des cr iptio n   T h e   d ataset   u s ed   f o r   t h e   ex p er im en tatio n s   is   th e   o p en - s o u r ce   d ataset   “Wi n d o ws   10”   f r o m   th e   T ON_ I o T   d ataset   UNSW ,   Sy d n ey   19 .   In   W in d o ws   10,   n ew   f ea tu r es   ar e   ex tr ac ted   f r o m   th e   p r o ce s s o r ,   m em o r y ,   p r o ce s s es,   an d   h ar d   d is k   au d it   tr ails   u s in g   an   in n o v ativ e   I o T   n etwo r k   d esig n .   T h r ee   tier s - ed g e,   f o g ,   an d   clo u d - wer e   u s ed   to   im p le m en t   th e   test b ed .   T h e r e   ar e   t h r ee   lev els   to   a   n etwo r k :   t h e   ed g e,   wh ic h   h o u s es   n etwo r k   d ev ices   an d   th e   I o T ;   th e   f o g ,   wh ich   c o n tain s   v ir tu al   m ac h in es   an d   g atew ay s ;   an d   th e   cl o u d ,   wh ich   in clu d es   s er v ices   o f f er e d   by   th e   clo u d ,   lik e   s tatis tical   an aly s i s   an d   v is u aliza tio n .     So f twar e - d ef in e d   n etwo r k i n g   an d   n etwo r k   f u n ctio n   v ir tu aliza tio n   d y n am ically   ad m in i s ter ed   th e   lev els   u s in g   th e   VM war e   NS X   an d   v C lo u d   NFV   p latf o r m s .   T h r o u g h o u t   t h e   co n s tr u ctio n   an d   d ep lo y m en t   of   th e   test b ed ,   b o th   s tan d ar d   an d   m alicio u s   ac tiv ities   wer e   ex e cu ted   to   g ath er   a n n o tated   s am p les   of   d ata   b ased   on   an   a u th en tic   g r o u n d   tr u t h   t ab le   f o r   e v alu atin g   th e   ef f ec ti v en ess   of   in n o v ativ e   c y b er s ec u r ity   s o lu tio n s   [1 8 ] .   T h er e   ar e   21 , 104   in s tan ce s   an d   1 2 6   f ea tu r es   in   th e   W in d o w s   10   d ataset,   co m p r is in g   1 0 , 0 0 0   n o r m al   r ec o r d s   an d   1 1 , 1 0 4   m alicio u s   r ec o r d s   class if ied   in to   eig h t   ca teg o r ies:   DDo S,   Do S,   in jectio n ,   n o r m al,   x s s ,   p ass wo r d ,   s ca n n in g ,   an d   MI T M   [ 1 9 ] .   T h e   n u m b er   of   in s tan ce s   in   each   ca teg o r y   of   th e   d ataset   is   g iv en   in   Fig u re   2.   T h e   h ig h est   n u m b er   of   attac k s   is   f o r   DDo S,   wh ich   h as   4 , 6 0 8   s am p les.       2 . 2 .    Da t a   pre - pro ce s s ing   T h e   d ata   is   p r o ce s s ed   to   n o r m alize   it   f o r   b etter   p er f o r m an ce .   No r m aliza tio n   is   an   ess en tial   p r ep r o ce s s in g   p r o ce d u r e   f o r   d atasets ,   p ar ticu lar ly   th o s e   in cl u d in g   m an y   c h ar ac ter is tics   with   d is p ar ate   s ca les.   No r m aliza tio n   [ 2 2 ]   m ea n s   s ta n d ar d izin g   all   f ea tu r es   to   a   u n if o r m   s ca le,   h en ce   e n h an ci n g   th e   ef f icac y   of   ML   alg o r ith m s .   In   th e   ab s en ce   of   n o r m aliza tio n ,   f ea tu r es   with   g r ea ter   n u m er ical   r an g es   m ay   o v er s h a d o w   th e   lear n in g   p r o ce s s ,   r esu ltin g   in   b iased   or   in f e r io r   m o d el   p e r f o r m an ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       E n s emb le  w in d o w s   in tr u s io n   d etec tio n   s ystem  u s in g   xg b o o s t  a n d   d e ep   …     ( P r a n ith a   K ed a m b a d y  S h iva )   569   A   p r ev alen t   m eth o d   of   n o r m aliza tio n   is   s tan d ar d izatio n ,   co m m o n ly   r e f er r e d   to   as   Z - s co r e   n o r m aliza tio n .   T h is   ap p r o ac h   n o r m alize s   each   f ea tu r e   to   h av e   a   m ea n   of   0   a n d   a   s tan d ar d   d ev iatio n   of   1.   W h en   th e   d ata   is   c lo s e   to   b ei n g   n o r m ally   d is tr ib u ted ,   s tan d ar d izatio n   b ec o m es   ev en   m o r e   u s ef u l   b ec au s e   it   en s u r es   th at   ea c h   f ea tu r e   p r o v i d es   an   eq u al   co n tr i b u tio n   to   th e   m o d el.   Fo r   a   f ea tu r e   ,   t h e   n o r m alize d   v alu e   ′   is   ca lcu lated   as   g iv en   in   ( 1 ) .     x ′ = −   ( 1 )     wh er e     is   th e   o r ig in al   f ea tu r e,     is   th e   m ea n ,   an d     is   th e   s tan d ar d   d ev iatio n .   L ab el   en co d i n g   [ 2 3 ]   t r an s f o r m s   each   d is tin ct   ca teg o r y   in to   an   in teg er   n u m b er .   T h is   m eth o d   is   s tr aig h tf o r war d   a n d   d ec r ea s es   th e   d ata' s   d im en s io n ality   as   it   d o es   not   g e n er ate   ad d itio n al   b i n ar y   f ea t u r es.     T h e   b en ef its   of   la b el   en co d i n g   en co m p ass   its   s im p licity   an d   ef f icien cy ,   p ar ticu lar ly   in   th e   p r esen ce   of   n u m er o u s   u n iq u e   ca te g o r ie s .   No n eth eless ,   th e   d r awb ac k   is   th at   it   m ay   cr ea te   u n wan te d   ass o ciatio n s   ac r o s s   ca teg o r ies,   r esu ltin g   in   er r o n eo u s   p r ed ictio n s .   Fo r   ex am p l e,   if   an   ML   m o d el   p er ce iv e s   h ig h er   v alu es   as   "su p er io r "   or   "e n h a n ce d , "   it   m ay   er r o n eo u s ly   in f er   a   h ier ar ch y   am o n g   th e   e n co d e d   ca teg o r i es.   L ab el   en c o d in g   is   s u itab le   w h en   th e r e   e x is ts   an   o r d in al   r el atio n s h ip   am o n g   th e   ca teg o r i es,   s u ch   as   "L o w, "   "M ed iu m , "   an d   "Hig h , "   or   wh e n   em p l o y in g   alg o r it h m s   th at   do   not   r e g ar d   th e   e n co d ed   n u m b er s   as   p o s s ess in g   an   o r d er ,   s u ch   as   d ec is io n   tr ee s .   T h e   eq u atio n   f o r   ca lcu latin g   th e   lab el   e n co d e ,       ( ) = { 1   ,    ( ) = 0 ,  ℎ    ( 2 )     f o r ,   = 1 , . . , n , a n d   g =   1 , . . , G   .    wh er e   G   is   th e   n u m b e r   of   class es,   an d   Y   is   th e   lab el   f ea tu r e   m atr ix .           Fig u re   2 .   Nu m b er   of   s am p les   in   each   lab el       2 . 3 .    Deep   lea rning   a rc hite ct ure   T h e   cu s to m ized   DNN,   wh ich   co n s is ts   of   an   ar ch itectu r e,   is   p r o p o s ed ,   as   s h o w n   in   Fig u re   3.   T h e   d iag r am   d ep icts   a   s eq u en ce   of   f o u r   c o m p letely   lin k ed   ( d en s e)   lay er s   with in   a   n eu r al   n etw o r k .   E v er y   la y er   is   d esig n ated   with   its   n am e,   in p u t   d im en s io n s ,   an d   o u tp u t   d im e n s io n s .   L ay er   d en s e_ 1 6 :   T h is   co n s tit u tes   th e   in au g u r al   d en s e   lay er   with in   th e   n etwo r k .   T h e   in p u t   h as   a   s h ap e   of   ( No n e,   1 2 5 ) ,   wh e r e   "No n e"   s ig n if ies   a   v ar iab le   b atch   s ize,   an d   125   d en o tes   th e   d im en s io n ality   of   th e   in p u t   f ea tu r es.   T h e   o u tp u t   d im en s io n   of   t h is   lay er   is   ( No n e,   1 0 2 4 ) ,   in d icatin g   it   c o n v er ts   th e   in p u t   in to   a   1024 - d im en s io n al   s p ac e.   T h is   s u g g ests   th at   th e   lay er   co m p r is es   1024   n eu r o n s ,   with   each   n eu r o n   lin k ed   to   ev er y   in p u t   ch a r ac ter is tic.   L ay er   d en s e_ 1 7 :   T h e   o u t p u t   f r o m   th e   p r ec ed in g   lay e r ,   a   1 , 024 - d im en s io n al   v ec to r ,   is   u tili ze d   as   in p u t   f o r   th is   lay e r .   T h e   in p u t   f o r m   is   ( No n e,   1 , 0 2 4 ) ,   w h ile   th e   o u tp u t   is   d im in is h e d   to   ( N o n e,   5 1 2 ) ,   s ig n if y in g   th at   th is   lay er   co n d en s es   th e   f ea tu r e   s p ac e   to   512   d im e n s io n s .   T h is   is   ac c o m p lis h ed   v ia   5 1 2   n eu r o n s   in   th is   lay er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,  J u n e   20 2 6 :   5 6 5 - 5 7 7   570   L ay er   d e n s e_ 1 8 :   T h e   th ir d   l ay er   p r o ce s s es   a   512 - d im en s io n al   in p u t   an d   r e d u ce s   it   to   a   2 5 6 - d im en s io n al   o u tp u t,   in d icate d   by   its   o u tp u t   s h ap e   of   ( No n e ,   2 5 6 ) .   T h is   co m p r ess io n   p er p etu ates   th e   p r o ce s s   of   f ea tu r e   ab s tr ac tio n   an d   r e d u ctio n   v ia   a   f u lly   co n n ec ted   lay er .   L ay er   d e n s e_ 1 9 :   T h e   co n cl u d in g   d e n s e   lay er   c o m p r ess es   th e   in p u t   f r o m   2 5 6   d im e n s io n s   to   8   d im en s io n s ,   as   ev id en ce d   by   t h e   o u tp u t   s h ap e   ( No n e,   8 ) .   T h is   lay er   p r o b a b ly   f u n ctio n s   as   th e   o u tp u t   la y er   or   a   co m p o n en t   of   th e   u ltima te   d ec is io n - m ak in g   p r o ce s s   in   t h e   m o d el,   co n tin g en t   u p o n   th e   s p ec if ic   task   ( e. g . ,   class if icatio n   with   eig h t   p o ten tial   class e s   or   o th er   task   ty p es).   T h is   ar ch itectu r e   ex em p lifie s   a   co n v en tio n al   f r am ewo r k   th at   s y s tem atica l ly   d im in is h es   t h e   f ea tu r e   s p ac e   f r o m   a   h ig h e r - d im e n s io n al   in p u t,   1 2 5   f ea tu r es,   to   a   s ig n if ican tly   l o wer - d im e n s io n a l   o u tp u t,   8   class es,   v ia   a   s er ies   of   d en s e   lay er s .   E v er y   lay er   f u n ctio n   to   ca p tu r e   an d   ab s tr ac t   v ar y in g   lev els   of   f ea tu r e   r ep r esen tatio n s   [ 2 4 ] .             Fig u re   3 .   Pro p o s ed   c u s to m ized   DNN       2 . 4 .    M a chine   lea rning   a lg o ri t hm   T h e   v ar io u s   ML   alg o r ith m s   [ 2 5 ]   tr ain ed   a r e   d escr ib ed   b elo w.   GNB   is   a   p r o b ab ilis tic   cla s s if icatio n   tech n iq u e   d e r iv ed   f r o m   B ay e s '   T h eo r em ,   p r ed icate d   on   th e   p r em is e   th at   all   f ea tu r es   ar e   in d ep en d en t   an d   co n f o r m   to   a   Gau s s ian   d is tr ib u tio n   [ 2 6 ] .   LR   is   a   lin ea r   m o d el   em p lo y ed   f o r   b in ar y   class if icatio n   ap p licatio n s .   It   ca lcu lates   th e   lik elih o o d   of   a   d ata   p o in t   b ein g   class if ied   i n to   o n e   of   two   ca teg o r ies   by   a   lo g is tic   f u n ctio n ,   y ield in g   a   v alu e   r a n g in g   f r o m   0   to   1   [ 2 7 ] .   KNN   is   a   s tr aig h tf o r war d   an d   in tu itiv e   in s t an ce - b ased   lear n in g   tech n iq u e.   R ath er   th a n   c o n s tr u ctin g   an   e x p licit   m o d el,   it   ca teg o r izes   n ew   d ata   p o in ts   by   ag g r eg atin g   a   m ajo r ity   v o te   f r o m   th e   "k "   n e ar est   d ata   p o in ts   in   th e   tr ain in g   s et   [ 2 8 ] .   DT   ar e   non - lin ea r   m o d els   th at   p ar titi o n   d ata   in to   s u b s ets   ac co r d in g   to   f ea tu r e   v alu es,   f o r m in g   a   tr ee - lik e   s tr u ctu r e   in   wh ich   each   in ter n al   node   s ig n if ies   a   d ec is io n   r u le,   an d   each   leaf   n o d e   d en o tes   a   p r ed icted   class   lab el   [ 2 9 ] .   RF   is   an   en s em b le   lear n in g   m eth o d   th at   m itig ates   th e   o v e r f itti n g   p r o b lem   of   d ec is io n   t r e es   th r o u g h   th e   a g g r e g atio n   of   s ev er al   tr ee s .   E ac h   tr ee   is   tr ain ed   on   a   d is tin ct   r a n d o m   s u b s et   of   th e   d ata   an d   ch ar ac ter is tics ,   with   th e   f in al   p r ed ictio n   d er iv e d   f r o m   a g g r e g atin g   th e   p r ed icti o n s   of   all   tr ee s   ( b ag g in g )   [ 3 0 ] .   Dec is io n   tr ee s   s er v e   as   th e   e s s en tial   lear n er s   in   ( XGB),   an   im p r o v ed   v er s io n   of   g r ad ien t   b o o s tin g .   R eg u lar izatio n ,   p ar allel   p r o ce s s in g ,   an d   th e   h an d lin g   of   m is s in g   d ata   ar e   s o m e   of   th e   i m p r o v e m en ts   th at   g iv e   it   its   s p ee d   an d   ef f ec tiv e n ess   [ 3 1 ] .     2 . 5 .    P r o po s ed   hy brid   m o del   T h e   DNN   is   tr ain ed   to   ex tr ac t   th e   f ea tu r es   f r o m   th e   last   s ec o n d   lay er ,   a n d   th ese   f ea tu r es   ar e   p r o v id e d   to   th e   XGB   f o r   class if icatio n .   DNNs   ar e   d ev elo p ed   to   ac q u ir e   h ier ar ch ical   r e p r esen tatio n s   of   d ata.   As   in p u t   d ata   tr av er s es   th e   s ev er al   lay e r s   of   a   DNN,   th e   m o d el   ac q u i r es   p r o g r ess iv ely   in tr icate   f ea t u r es   at   each   lay er .   T h e   lo wer   lay er s   id en tify   th e   m o s t   n o tab le   f ea tu r es   lik e   b o r d er s   an d   b ac k g r o u n d .   T h e   h ig h er   lay er s   ar e   r esp o n s ib le   f o r   more   in s ig h tf u l   in f o r m atio n ,   s u c h   as   th e   s h ap e   an d   th e   k in d   of   o b jects.   E x tr ac tin g   f ea tu r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       E n s emb le  w in d o w s   in tr u s io n   d etec tio n   s ystem  u s in g   xg b o o s t  a n d   d e ep   …     ( P r a n ith a   K ed a m b a d y  S h iva )   571   m ap s   f r o m   in ter m ed iate   lay er s   y ield s   r ich   an d   v al u ab le   d ata   r ep r esen tatio n s   t h at   e n ca p s u late   ess en tial   in f o r m atio n ,   ad v an ta g eo u s   f o r   s u b s eq u en t   task s .   Utilizin g   th ese   attr ib u tes   allo ws   th e   f u tu r e   ML   m o d el   to   ca p italize   on   ex is tin g   k n o wle d g e,   h en ce   d im in is h in g   th e   n ee d   f o r   tr ain in g   d ata   an d   f r e q u en tly   en h an cin g   p er f o r m an ce .   I n ter m e d iate   f ea tu r e   m ap s   o f ten   f u n ctio n   as   a   m eth o d   of   d im en s io n ality   r ed u ctio n .   R ath er   t h an   u tili zin g   r aw   d ata   with   p o s s ib ly   lar g e   d im e n s io n ality ,   th e   f ea tu r e   m a p s   d is till   p er tin e n t   in f o r m atio n   in   a   m o r e   ac ce s s ib le   m an n er .     2 . 6 .    P er f o r m a nce   m e a s ures   T h e   v a r i o u s   s t a n d ar d   p er f o r m a n c e   m et r i cs   ar e   u s e d   to   e v al u ate   t h e   p er f o r m an ce   of   t h e   p r o p o s ed   h y b r i d   m o d el .   T h e   e q u at io n s   of   ac cu r a c y ,   r ec all ,   p r e cisi o n ,   a n d   F1   s c o r e   ar e   g i v en   in   ( 3 ) - ( 6 ) ,   r es p e cti v el y   [ 3 2 ] .     Acc u r ac y :   T h e   r atio   of   co r r ec t ly   p r ed icted   ca s es   to   th e   to tal   n u m b er   of   in s tan ce s .   An   u n ev en   d ataset   m ay   y ield   d ec ep tiv e   r esu lts .         =     +           ( 3 )     R ec all   in d icate s   th e   p r o p o r tio n   of   a ctu al   p o s itiv e   ca s es   th at   th e   m o d el   s u cc ess f u lly   id en ti f ied .   It   is   ad v an tag e o u s   wh en   th e   p o ten t ial   f o r   f alse   n eg ativ es   ex is ts .        =         +      ( 4 )     Pre cisi o n :   It   d eter m in es   th e   p r o p o r tio n   of   c o r r ec tly   a n ticip at ed   p o s itiv e   ca s es   r elativ e   to   al l   in s tan ce s   p r ed icted   as   p o s itiv e.   Fals e   p o s itiv es   ar e   b en ef icial   wh en   th e y   ar e   n ec ess ar y .     Pr e c isio n =         +    Po s i t i v es   ( 5 )     F1   s co r e:   It   is   th e   h ar m o n ic   m ea n   of   Pre cisi o n   a n d   R ec all.   It   is   u s ed   in   th e   ca s e   of   class   im b alan ce .     1    = 2   ×     ×    +    ( 6 )       3.   RE SU L T S   AND   D I SCU SS I O N     T h e   ex p er im e n ts   ar e   p er f o r m e d   on   Go o g le   C o llab   u s in g   th e   P1 0 0   g r ap h ical   p r o ce s s in g   u n i ts   ( GPU s )   f o r   f aster   tr ain in g   of   d ee p   lear n in g   alg o r ith m s .   T h is   p ap e r   id en tifie s   th e   b est   ML   al g o r ith m   by   im p lem en tin g   v ar io u s   ML   an d   DL   tech n iq u es.   T h e   h y p er p ar am eter s   u s ed   f o r   th e   C u s to m ized   DNN   ar e   g iv en   in   T a b le   1.   T h e   ev alu atio n   of   m o d els   ac co r d in g   to   p r ec is io n ,   ac c u r ac y ,   r ec all,   an d   F1 - s co r e   r e v ea ls   d if f er in g   p e r f o r m an ce   lev els,   as   s h o wn   in   T ab le   2.         T ab le   1 .   Fin etu n e d   Hy p e r p ar a m eter s   f o r   DNN   H y p e r p a r a me t e r s   V a l u e   N u mb e r   of   D e n se   l a y e r s   3   Ep o c h s   1 0 0   B a t c h   si z e   1 2 8   Lo ss   C r o ss   En t r o p y       T ab le   2 .   C o m p a r ativ e   an aly s is   of   all   th e   ML,   DL ,   an d   p r o p o s ed   h y b r id   alg o r ith m   M o d e l   A c c u r a c y   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1   sc o r e   GNB   8 9 . 9 1 %   9 0 . 9 0 %   8 9 . 9 1 %   8 9 . 0 9 %   LR   9 9 . 9 0 %   9 9 . 8 5 %   9 9 . 9 0 %   9 9 . 8 8 %   K N N   9 9 . 7 6 %   9 9 . 7 7 %   9 9 . 7 6 %   9 9 . 7 6 %   DT   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   RF   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   XGB   9 9 . 9 1 %   9 9 . 8 5 %   9 9 . 9 1 %   9 9 . 8 8 %   DNN   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   9 9 . 9 5 %   P r o p o se d   X G B N N   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %   1 0 0 %       As   g iv en   in   T a b le   2,   GNB   h as   th e   least   ef f ec tiv e   p er f o r m an c e,   ac h iev in g   an   ac cu r ac y   of   8 9 . 9 1 %   an d   an   F1 - s co r e   of   8 9 . 0 9 %,   attr ib u tab le   to   its   b asic   ass u m p tio n s   th at   co n s tr ain   its   ca p ac ity   to   m an ag e   in tr icate   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,  J u n e   20 2 6 :   5 6 5 - 5 7 7   572   d ata   p atter n s .   LR   ac h iev es   a   n o tab le   ac cu r ac y   of   9 9 . 9 0 %   an d   an   F1 - s co r e   of   9 9 . 8 8 %,   in d icatin g   r eliab ilit y .   Ho wev er ,   it   r em ain s   m ar g in a lly   in f er io r   to   ad v an ce d   m o d els.   KNN   atta in s   an   ac cu r ac y   an d   F1 - s co r e   of   9 9 . 7 6 %,   s lig h tly   in f er io r   to   L R ,   p er h ap s   b ec au s e   of   its   s u s ce p tib ilit y   to   th e   s elec tio n   of   th e   "k "   p ar am ete r .   T h e   DT   an d   RF   b o th   attain   9 9 . 9 5 %   ac r o s s   all   m etr ics,   wh ich   in d icate s   th eir   ef f ec tiv en es s   an d   h ig h   d ec is io n   r ate.   Ho wev er ,   XGB   attain s   9 9 . 8 6 %   ac r o s s   all   m etr ics,   w h ich   m ak es   it   th e   s ec o n d - b est - p er f o r m in g   m o d el.   DNN   also   ac h iev ed   9 9 . 9 5 %,   wh ich   in d icate s   th at   more   p r o m in en t   f ea t u r es   ar e   ex tr ac t ed   th an   with   XGB.   Fin ally ,   th e   h ig h est   ac cu r ac y   is   o b s er v ed   by   th e   p r o p o s ed   XGBNN   m o d el,   wh ich   ex ce ed s   all   th e   b en ch m ar k ed   m eth o d s   by   ac h iev in g   1 0 0   %   ac cu r ac y   alo n g   with   o th er   p er f o r m an ce   m etr ic s ,   h en ce   p r o v in g   its   ex ce llen ce   in   p r ec is io n ,   ac cu r a cy ,   r ec all,   an d   F1 - s co r e.   W ith   th e   co m b in atio n   of   DN N   f ea tu r e   e x tr ac tio n   an d   XGB ,   it   is   p o s s ib le   to   tak e   a d v a n tag e   of   th e   b en ef its   th at   b o th   m o d els   o f f e r ,   wh ich   u ltima tely   r esu lts   in   g r ea ter   p er f o r m a n ce   in   co m p a r is o n   to   each   m o d el   wh en   u s ed   alo n e .   T h e   lay e r ed   ar ch itectu r e   of   DNNs   en ab les   th em   to   e f f ec tiv ely   ac q u ir e   c o m p lex ,   h ig h - lev el,   an d   ab s tr ac t   f ea tu r es   f r o m   d at a,   th er eb y   id en tify i n g   n u an ce d   p atter n s   th at   m ay   be   o b s cu r ed   in   th e   r aw   d ata.     Ho wev er ,   ev en   th o u g h   DNNs   ar e   q u ite   p o wer f u l,   th ey   c an   s o m etim es   ex p er ien ce   o v er f itti n g   or   r eq u ir e   a   lo t   of   a d ju s tm en t   to   im p r o v e   p e r f o r m an ce .   W h en   it   co m es   to   m an ag in g   tab u lar   d ata   with   m in im al   b ias   an d   v o latilit y ,   XGB ,   an   i n cr ed ib ly   ef f icien t   g r a d ien t - b o o s tin g   a p p r o ac h ,   is   s ec o n d   to   n o n e.   By   m ea n s   of   XGB 's   ca p ac ity   f o r   p r o d u cin g   th o r o u g h ,   h ig h - q u ality   d ata   r ep r esen tatio n s ,   u s in g   f ea tu r es   o b tain ed   f r o m   th e   DNN   as   in p u t   h elp s   th e   s y s tem   to   u s e   th is   ca p ab ilit y ,   h e n c e   im p r o v i n g   XGB 's   ef f icac y   in   class if icatio n   or   r eg r ess io n   task s .   T h is   h y b r id   tech n iq u e   im p r o v es   p er f o r m an ce   by   co m b in in g   d ee p   lear n in g   m o d els'   r ep r esen tatio n al   ca p a b ilit ies   w ith   XGB 's   p r ec is io n   an d   ef f ici en cy .   T h e   C o n f u s io n   m atr i x   f o r   G B N,   L R ,   KNN,   DT ,   R F,   XGB,   an d   th e   p r o p o s ed   m o d el   is   g iv en   in   Fig u re   4.   T h e   h ea tm ap   of   th e   co n f u s io n   m atr ix   illu s tr ates   th e   ef f icac y   of   a   m u lti - class   class if icatio n   m o d el   o v er   ei g h t   ca te g o r ies   ( d esig n a ted   0   to   7 ) ,   w h er e   0   r ep r esen ts   DDo S,   1   r ep r esen ts   Do S,   2   r ep r esen ts   in jectio n ,   3   r ep r esen ts   MI T M,   4   r e p r es en ts   n o r m al,   5   r e p r esen ts   a   p ass wo r d ,   6   r ep r esen ts   s ca n n in g ,   an d   7   r ep r esen ts   x s s .   E ac h   ce ll   d en o tes   t h e   c o u n t   of   ca s es   ca teg o r ize d   as   a   s p ec if ic   class ,   with   r o ws   r e f lectin g   th e   ac tu al   lab els   an d   c o lu m n s   r ef lectin g   th e   an ticip ated   lab els.   T h e   d ia g o n al   ce lls ,   ex ten d i n g   f r o m   th e   to p   lef t   to   th e   b o tto m   r ig h t,   s ig n if y   ac cu r ate   class i f icatio n s .   T h e   h ig h est   m is class if icatio n   is   o b s er v ed   in   GB N,   as   s h o wn   in     Fig u re   4 ( a) .   C lass   4,   i.e . ,   n o r m al   class ,   h as   th e   m o s t   ac cu r a cy ,   with   1 , 0 1 5   o cc u r r en ce s   ac cu r ately   ca teg o r ized ,   an d   class   2,   i.e . ,   in jectio n ,   d e m o n s tr ates   th e   lo west,   with   m er ely   35   c o r r ec t   p r ed ictio n s .   Misclass if icatio n s   o cc u r   in   th e   o f f - d iag o n al   ce lls ,   wh er e,   f o r   in s tan ce ,   37   in s tan ce s   of   class   0,   i.e . ,   DDo S,   wer e   er r o n e o u s ly   ca teg o r ized   as   class   7,   i.e . ,   x s s ,   an d   75   in s tan ce s   of   class   0,   i.e . ,   DDo S,   wer e   m is class if i ed   as   class   5,   i.e . ,   p ass wo r d .   C lass   6,   i.e . ,   s ca n n i n g ,   ex h i b its   m in im al   m is class if icatio n s ,   with   o n ly   one   o cc u r r en ce   er r o n eo u s ly   ca teg o r ized   as   class   7,   i.e . ,   x s s .   T h is   m atr ix   d elin ea tes   th e   m o d el' s   s tr en g th s   an d   wea k n ess es   ac r o s s   m an y   class es,   o f f er in g   in s ig h ts   in to   p o ten tial   ar ea s   f o r   en h a n ce m e n t.   T h e   co n f u s io n   m atr i x   f o r   LR   is   g iv en   in   Fig u re   4 ( b ) ,   w h ich   s h o ws   2   m is s class if icatio n s ;   f o r   KNN   is   g iv en   in   Fig u re   4 ( c) ,   wh ich   s h o ws   3   m is s cla s s if icatio n s ;   f o r   DT   is   g iv en   in   Fig u re   4 ( d )   wh ich   s h o ws   1   m is s clas s if icatio n ;   f o r   RF   is   g iv en   in   Fig u re   4 ( e)   w h ich   s h o ws   1   m is s class if icatio n s ,   f o r   XGB   is   g iv en   in   Fig u re   4 (f)   wh ich   s h o ws   2   m is s class if icat io n s ,   f o r   D NN   is   g iv en   in   f ig u re   4 ( g )   wh ich   s h o ws   2   m is s clas s if icatio n s ,   an d   f o r   p r o p o s ed   XGBNN   is   g iv en   in   Fig u re   4 ( h ) ,   wh ich   s h o ws   no   m i s s clas s if icatio n s .   Ho wev er ,   all   th e   o th er   alg o r ith m s   h av e   v er y   f ew   m is class if icatio n s ,   an d   th e   Pro p o s ed   X GB NN   h as   no   m is class if icatio n s ,   th u s   h av in g   1 0 0   %   ac cu r ac y .   T h e   ac cu r ac y   g r ap h   s h o wn   in   Fig u re   5   illu s tr ates   a   r ap id   en h an ce m e n t   in   th e   DNN   m o d el' s   p er f o r m an ce   on   b o th   t h e   tr ain in g   an d   v alid atio n   d a tasets .   T h e   tr ain in g   ac cu r ac y ,   d e n o ted   by   th e   b l u e   lin e,   b eg in s   at   a   r ea s o n ab ly   elev ated   lev el   an d   ap p r o ac h es   9 9 . 9 5 %   d u r in g   th e   in itial   ep o ch s ,   s ig n if y in g   th at   t h e   m o d el   r a p id ly   ass im ilates   t h e   p atter n s   in   th e   tr ain in g   d ata .   C o r r esp o n d in g ly ,   th e   v alid atio n   ac cu r ac y   ( s h o wn   by   th e   o r an g e   lin e)   i n cr ea s es   s ig n if ican tly   in   th e   ea r ly   ep o ch s   an d   s u b s eq u en tly   s tab ilizes   n ea r   9 9 . 9 5 %,   im p ly in g   th at   th e   m o d el   g en er alize s   ef f ec tiv ely   to   u n s ee n   d ata.   T h e   elev ated ,   c o n s is ten t   ac cu r ac y   f o r   b o th   tr ain in g   a n d   v alid atio n   d atasets   in d icate s   th at   th e   m o d el   is   f u n ctio n i n g   ef f ec tiv ely   with o u t   c o n s id er ab le   o v er f itti n g .   T h e   tr ain in g   an d   v alid atio n   l o s s es,   wh ich   m ea s u r e   p r ed ictio n   er r o r   ac r o s s   th e   s am e   ep o ch s ,   ar e   d ep icted   in   t h e   lo s s   g r ap h   in   F ig u re   6.   As   th e   b lu e   lin e   s h o w s ,   th e   tr ain in g   l o s s   s tar ts   h ig h er   but   q u ick ly   d r o p s   d o wn   in   t h e   ea r ly   e p o ch s ,   g et tin g   clo s e   to   ze r o ,   wh ich   m ea n s   th e   m o d el   is   d o in g   a   g o o d   jo b   of   elim in atin g   er r o r s   in   th e   tr ain i n g   d ata.   T h e   v alid atio n   lo s s   r ep r esen ted   by   th e   o r a n g e   lin e   r e d u ce s   s ig n if ican tly   o v er   th e   in itial   ep o ch s   an d   s tab ilizes   n ea r   ze r o ,   s h o win g   th at   th e   m o d el' s   p r ed ictio n s   r em ain   ac c u r ate   on   p r ev io u s ly   u n k n o wn   d ata.   T h e   p r o x im ity   of   th e   tr ain in g   lo s s   lev el   an d   th e   v alid atio n   lo s s   lev el,   b o th   of   wh ich   ar e   clo s e   to   ze r o ,   len d s   co n f i d en ce   to   t h e   id ea   th at   th e   m o d el   h as   n o t   o v er f it   an d   is   ef f ec tiv ely   g e n er a lizin g   k n o wled g e.     Fig u re   5   in d icate s   th at   th e   DNN   m o d el   is   ef f ec tiv ely   o p ti m ized .   It   attain s   elev ated   ac cu r ac y   an d   r ed u ce d   l o s s   on   b o th   th e   tr ain i n g   an d   v alid atio n   d atasets ,   ex h ib itin g   n eg li g ib le   d iv er g en ce   b etwe en   th em .   T h e   eq u ilib r iu m   of   h ig h   ac cu r ac y   an d   m in im al   lo s s   on   u n k n o wn   d ata   s ig n if ies   th at   th e   m o d el   h as   ac q u ir e d   k n o wled g e   ef f icien tly   with o u t   o v er f itti n g ,   r en d er in g   it   d ep en d ab le   f o r   p r ac tical   ap p licatio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l     I SS N:   2252 - 8 7 7 6       E n s emb le  w in d o w s   in tr u s io n   d etec tio n   s ystem  u s in g   xg b o o s t  a n d   d e ep   …     ( P r a n ith a   K ed a m b a d y  S h iva )   573       ( a)   GNB   ( b )   LR           ( c)   KNN   ( d )   DT           ( e) R F   (f)   XGB           ( g )   DNN   ( h )   Pro p o s ed   h y b r id   m o d el     Fig u r e  4 .   T h e  co n f u s io n   m atr ix   wh er e  0   r ep r esen ts   DDo S,  1   r ep r esen ts   d o s ,   2   r ep r esen ts   in jectio n ,     3   r ep r esen ts   m itm ,   4   r ep r esen ts   n o r m al,   5   r ep r esen ts   a  p ass wo r d ,   6   r ep r esen ts   s ca n n in g ,     an d   7   r ep r esen ts   x s s .   a)   GB N;  b )   L R ; c )   KNN;  d )   DT ; e )   R F; f )   XGB;   g )   DNN;  h )   Pro p o s ed   XGBNN         Fig u re   7   illu s tr ates   th e   r ec eiv er   o p er atin g   c h ar ac ter is tic   ( R O C )   cu r v es   f o r   a   m u lti - class   cla s s if icatio n   m o d el   GNB   en co m p ass in g   eig h t   class es,   d esig n ated   0   to   7.   T h is   g r ap h   illu s tr ates   th at   class es  4   an d   7   ex h ib it   th e   m o s t   s ig n if ican t   AUC   v alu es   of   1 . 0 0 ,   in d icatin g   n ea r - o p ti m al   ef f icac y   in   d if f er e n tiatin g   th ese   g r o u p s   f r o m   th e   r em ain d er .   C lass es   0,   2,   a n d   6   ex h ib it   ex ce llen t   p er f o r m an ce ,   ev id en ce d   by   h ig h   AUC   v alu es   of   0 . 9 9   an d   0 . 9 8 ,   s ig n if y in g   th e   m o d el' s   r o b u s t   ca p ac ity   to   d is tin g u is h   t h ese   class es.   C la s s es   1   an d   5   ex h ib it   m ar g in ally   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,  J u n e   20 2 6 :   5 6 5 - 5 7 7   574   lo wer   AUC   v alu es   of   0 . 9 5 ;   h o wev er ,   th ese   a r e   s till   s u g g esti v e   of   c o m m en d ab le   p e r f o r m an ce .   T h e   elev ated   AUC   v alu es   f o r   all   class es   d em o n s tr ate   th at   th e   m o d el   ef f ec tiv ely   d is tin g u is h es   each   cl ass   f r o m   th e   o th er s   with   n eg lig ib le   co n f u s io n .   T h is   in d icate s   r o b u s t   m o d el   p er f o r m a n ce   an d   ef f icien t   ca t eg o r izatio n   ac r o s s   s ev er al   class es.   Fig u re   8   s h o ws   th e   R OC   cu r v e   f o r   L R ,   R F,   XGB,   DNN,   an d   Pro p o s ed   XGBNN,   wh ich   in d icate s   th at   all   th e   class es   h av e   an   AUC   of   1,   wh ile   Fig u re   9   s h o ws   th e   R OC   cu r v e   of   th e   KNN   an d   DT   class if ier s ,   in d icatin g   th at   all   th e   class es   h av e   an   AUC   of   1,   ex ce p t   class   6,   i.e . ,   s ca n n in g .   T h e   p r o p o s e d   XGBNN   alg o r ith m   is   co m p ar ed   with   th e   b e n ch m ar k ed   tech n iq u es,   as   s h o wn   in   T a b le   3.               Fig u r e  5 .   Acc u r ac y   o v er   th e   e p o ch s   f o r   DNN   Fig u r e  6 .   L o s s   o v er   th e  e p o ch s   f o r   DNN           Fig u re   7 .   R OC   of   GNB           Fig u re   8 .   R OC   of   L R ,   R F,   XGB,   DNN,   an d   Pro p o s ed   XGBNN   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.