Towards a Reliable Comparison and Evaluation of Network Intrusion Detection Systems Based on Machine Learning Approaches

Presently, we are living in a hyper-connected world where millions of heterogeneous devices are continuously sharing information in different application contexts for wellness, improving communications, digital businesses, etc. However, the bigger the number of devices and connections are, the higher the risk of security threats in this scenario. To counteract against malicious behaviours and preserve essential security services, Network Intrusion Detection Systems (NIDSs) are the most widely used defence line in communications networks. Nevertheless, there is no standard methodology to evaluate and fairly compare NIDSs. Most of the proposals elude mentioning crucial steps regarding NIDSs validation that make their comparison hard or even impossible. This work firstly includes a comprehensive study of recent NIDSs based on machine learning approaches, concluding that almost all of them do not accomplish with what authors of this paper consider mandatory steps for a reliable comparison and evaluation of NIDSs. Secondly, a structured methodology is proposed and assessed on the UGR'16 dataset to test its suitability for addressing network attack detection problems. The guideline and steps recommended will definitively help the research community to fairly assess NIDSs, although the definitive framework is not a trivial task and, therefore, some extra effort should still be made to improve its understandability and usability further

Role based behavior analysis

Tese de mestrado, Segurança Informática, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2009Nos nossos dias, o sucesso de uma empresa depende da sua agilidade e capacidade de se adaptar a condições que se alteram rapidamente. Dois requisitos para esse sucesso são trabalhadores proactivos e uma infra-estrutura ágil de Tecnologias de Informacão/Sistemas de Informação (TI/SI) que os consiga suportar. No entanto, isto nem sempre sucede. Os requisitos dos utilizadores ao nível da rede podem nao ser completamente conhecidos, o que causa atrasos nas mudanças de local e reorganizações. Além disso, se não houver um conhecimento preciso dos requisitos, a infraestrutura de TI/SI poderá ser utilizada de forma ineficiente, com excessos em algumas áreas e deficiências noutras. Finalmente, incentivar a proactividade não implica acesso completo e sem restrições, uma vez que pode deixar os sistemas vulneráveis a ameaças externas e internas. O objectivo do trabalho descrito nesta tese é desenvolver um sistema que consiga caracterizar o comportamento dos utilizadores do ponto de vista da rede. Propomos uma arquitectura de sistema modular para extrair informação de fluxos de rede etiquetados. O processo é iniciado com a criação de perfis de utilizador a partir da sua informação de fluxos de rede. Depois, perfis com características semelhantes são agrupados automaticamente, originando perfis de grupo. Finalmente, os perfis individuais são comprados com os perfis de grupo, e os que diferem significativamente são marcados como anomalias para análise detalhada posterior. Considerando esta arquitectura, propomos um modelo para descrever o comportamento de rede dos utilizadores e dos grupos. Propomos ainda métodos de visualização que permitem inspeccionar rapidamente toda a informação contida no modelo. O sistema e modelo foram avaliados utilizando um conjunto de dados reais obtidos de um operador de telecomunicações. Os resultados confirmam que os grupos projectam com precisão comportamento semelhante. Além disso, as anomalias foram as esperadas, considerando a população subjacente. Com a informação que este sistema consegue extrair dos dados em bruto, as necessidades de rede dos utilizadores podem sem supridas mais eficazmente, os utilizadores suspeitos são assinalados para posterior análise, conferindo uma vantagem competitiva a qualquer empresa que use este sistema.In our days, the success of a corporation hinges on its agility and ability to adapt to fast changing conditions. Proactive workers and an agile IT/IS infrastructure that can support them is a requirement for this success. Unfortunately, this is not always the case. The user’s network requirements may not be fully understood, which slows down relocation and reorganization. Also, if there is no grasp on the real requirements, the IT/IS infrastructure may not be efficiently used, with waste in some areas and deficiencies in others. Finally, enabling proactivity does not mean full unrestricted access, since this may leave the systems vulnerable to outsider and insider threats. The purpose of the work described on this thesis is to develop a system that can characterize user network behavior. We propose a modular system architecture to extract information from tagged network flows. The system process begins by creating user profiles from their network flows’ information. Then, similar profiles are automatically grouped into clusters, creating role profiles. Finally, the individual profiles are compared against the roles, and the ones that differ significantly are flagged as anomalies for further inspection. Considering this architecture, we propose a model to describe user and role network behavior. We also propose visualization methods to quickly inspect all the information contained in the model. The system and model were evaluated using a real dataset from a large telecommunications operator. The results confirm that the roles accurately map similar behavior. The anomaly results were also expected, considering the underlying population. With the knowledge that the system can extract from the raw data, the users network needs can be better fulfilled, the anomalous users flagged for inspection, giving an edge in agility for any company that uses it