<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">vdgtu</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2073-6185</issn><issn pub-type="epub">2542-095X</issn><publisher><publisher-name>Daghestan State Technical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21822/2073-6185-2024-51-3-72-85</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">vdgtu-1557</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>INFORMATION TECHNOLOGY AND TELECOMMUNICATIONS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Методика выявления аномалий в данных оценки кибератак с использованием Random Forest и градиентного бустинга в машинном обучении</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Methodology for detecting anomalies in cyber attack assessment data using Random Forest and Gradient Boosting in machine learning</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Кечеджиев</surname><given-names>А. С.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kechedzhiev</surname><given-names>A. S.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Кечеджиев Александр Сергеевич, магистрант кафедры «Вычислительные системы и информационная безопасность»</p><p>344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1 </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Alexander S. Kechedzhiev, Master's Student, Department of Computer Systems and Information Security </p><p>1 Gagarina Square, Rostov-on-Don, 344002 </p></bio><email xlink:type="simple">Kechedzhiev.alex@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-4071-6313</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Цветкова</surname><given-names>О. Л.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Tsvetkova</surname><given-names>O. L.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Цветкова Ольга Леонидовна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Вычислительные системы и информационная безопасность»</p><p>344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1 </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Olga L. Tsvetkova, Cand. Sci. (Eng), Assoc. Prof., Assoc. Prof., Department of Computer Systems and Information Security</p><p>1 Gagarina Square, Rostov-on-Don, 344002 </p></bio><email xlink:type="simple">olga_cvetkova@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0005-8562-9389</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Дубровина</surname><given-names>А. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Dubrovina</surname><given-names>A. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Дубровина Ангелина Игоревна, ассистент кафедры «Вычислительные системы и информационная безопасность»</p><p>344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1 </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Angelina I. Dubrovina, Assistant, Department of Computer Systems and Information Security </p><p>1 Gagarina Square, Rostov-on-Don, 344002 </p></bio><email xlink:type="simple">ministrelia69@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Донской государственный технический университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Don State Technical University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>02</day><month>10</month><year>2024</year></pub-date><volume>51</volume><issue>3</issue><fpage>72</fpage><lpage>85</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Кечеджиев А.С., Цветкова О.Л., Дубровина А.И., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Кечеджиев А.С., Цветкова О.Л., Дубровина А.И.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Kechedzhiev A.S., Tsvetkova O.L., Dubrovina A.I.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1557">https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1557</self-uri><abstract><p>Цель. Исследование направлено на обнаружение аномалий в данных с использованием моделей машинного обучения, в частности случайного леса и градиентного бустинга, для анализа активности сети и обнаружения кибератак. Тема исследования является актуальной, поскольку кибератаки становятся все более сложными и изощренными. Разработка эффективных методов обнаружения аномалий и защиты от киберугроз становится приоритетной задачей для организаций. Метод. Исследование основано на методах комплексного анализа, начиная с разработки алгоритма тестирования и загрузки данных для обучения и тестирования. Исследование проводится с помощью двух алгоритмов машинного обучения: Random Forest и градиентного Бустинга. Процесс включает в себя анализ важных признаков, визуализацию решений, оценку производительности моделей и анализ матриц ошибок для каждой категории атак. Результат. Модель Random Forest показала точность около 94% при использовании топ-10 важных признаков. Графическое представление решений позволяет понять, как модель принимает решения на основе признаков. Модель градиентного бустинга Xgboost достигла высокой точности и достоверности результатов. В классификационном отчете приводится подробное описание производительности моделей по каждой категории. Вывод. Проделанная работа представляет собой результат комплексного анализа модели машинного обучения, предназначенной для обнаружения кибератак. Она включает в себя несколько ключевых шагов и методов, позволяющих оценить эффективность модели, выделить наиболее важные признаки и проанализировать ее производительность для различных категорий атак.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Objective. The research aims to detect anomalies in data using machine learning models, in particular random forest and gradient boosting, to analyze network activity and detect cyberattacks. The research topic is relevant as cyber attacks are becoming increasingly complex and sophisticated. Developing effective methods for detecting anomalies and protecting against cyber threats is becoming a priority for organizations. Method. The research is carried out using two machine learning algorithms: Random Forest and gradient boosting. The process includes analyzing important metrics, visualizing solutions, evaluating the performance of each model, and analyzing error matrices for attack categories. Result. The Random Forest model showed an accuracy of about 94% when using the top 10 important features. The graph provides insight into how the model makes decisions based on features. The Xgboost gradient boosting model achieved high accuracy and reliability of results. The report provides a description of the model's performance for each category. Conclusion. The work done is the result of a comprehensive analysis of a machine learning model designed to detect cyberattacks. It includes several key steps and methods that allow us to evaluate the effectiveness of the model, identify important features, and analyze performance for various attacks.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>аномалия в данных</kwd><kwd>машинное обучение</kwd><kwd>алгоритм Random Forest (случайный лес)</kwd><kwd>модель градиентного бустинга</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>data anomaly</kwd><kwd>machine learning</kwd><kwd>Random Forest algorithm</kwd><kwd>gradient boosting model</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гайдук, К. А. К вопросу о реализации алгоритмов выявления внутренних угроз с применением машинного обучения / К. А. Гайдук, А. Ю. Исхаков // Вестник СибГУТИ. – 2022. – Т. 16, № 4. – С. 80-95. – DOI 10.55648/1998-6920-2022-16-4-80-95. – EDN SGBSIH.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gaiduk, K. A. On the implementation of algorithms for identifying internal threats using machine learning / K. A. Gaiduk, A. Yu. Iskhakov. Bulletin of SibSUTI. 2022;16(4): 80-95. DOI 10.55648/1998-6920-2022-16-4-80-95. - EDN SGBSIH. ( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Савицкий, Д. Е. Выявление аномалий при обработке потоковых данных в реальном времени / Д. Е. Савицкий, М. Е. Дунаев, К. С. Зайцев // International Journal of Open Information Technologies. – 2022. – Т. 10, № 6. – С. 70-76. – EDN IGAWAO.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Savitsky D. E., M. E. Dunaev, K. S. Zaitsev. Detecting anomalies in real-time streaming data processing. International Journal of Open Information Technologies. 2022;10(6):70-76. - EDN IGAWAO. ( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Токарев, Д.М. Обнаружение аномалий на основе машинного обучения с использованием сочетания алгоритмов K-MEAN и SMO / Д.М. Токарев, М.Г. Городничев // Телекоммуникации и информационные технологии. – 2023. – Т. 10, № 1. – С. 5-13. – EDN ILCJZP.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tokarev D.M., Gorodnichev M. G. Machine Learning-Based Anomaly Detection Using a Combination of K-MEAN and SMO Algorithms. Telecommunications and Information Technologies. 2023;10(1):5-13. - EDN ILCJZP. ( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мельник М. В., Котенко И. В. Обнаружение аномального поведения пользователей и сущностей в контейнерных системах на основе методов машинного обучения// Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2023) : XIII Санкт-Петербургская межрегиональная конференция. Материалы конференции, Санкт-Петербург, 25–27 октября 2023 года. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургское Общество информатики, вычислительной техники, систем связи и управления, 2023. – С. 97-98. – EDN QOBTZP.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Melnik, M. V. Detection of Anomalous Behavior of Users and Entities in Container Systems Based on Machine Learning Methods / M. V. Melnik, I. V. Kotenko. Information Security of Russian Regions (IBRR-2023): XIII St. Petersburg Interregional Conference. Conference Proceedings, St. Petersburg, October 25-27, 2023. - St. Petersburg: St. Petersburg Society for Informatics, Computer Engineering, Communications and Control Systems, 2023; 97-98. - EDN QOBTZP. ( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Терских М.Г., Тишина Е.М. Обнаружение аномального поведения пользователей в журналах событий безопасности Windows с применением алгоритмов машинного обучения// Теория и практика современной науки. – 2018. – № 5(35). – С. 821-839. – EDN UYMTHC.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Terskikh M.G., E.M. Tishina. Detecting abnormal user behavior in Windows security event logs using machine learning algorithms. Theory and practice of modern science. 2018; 5(35):821-839. - EDN UYMTHC( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сафин, А. Р. Обнаружение аномального поведения сетевого трафика на основе статистических методов при помощи машинного обучения / А. Р. Сафин // Информационная безопасность и защита персональных данных. Проблемы и пути их решения: Материалы XIII Межрегиональной научно-практической конференции, Брянск, 30 апреля 2021 года. – Брянск: Брянский государственный технический университет, 2021. – С. 228-231. – EDN UDRGDA.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Safin, A.R. Detecting abnormal network traffic behavior based on statistical methods using machine learning / A.R. Safin // Information security and personal data protection. Problems and solutions: Proceedings of the XIII Interregional Scientific and Practical Conference, Bryansk, April 30, 2021. - Bryansk: Bryansk State Technical University, 2021;228-231. - EDN UDRGDA. ( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Динамическая аутентификация пользователей на основе анализа работы с компьютерной мышью / А.В. Березникер, М.А. Казачук, И.В. Машечкин [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 15: Вычислительная математика и кибернетика. – 2021. – № 4. – С. 3-16. – EDN XIQNIZ.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dynamic user authentication based on the analysis of work with a computer mouse / A.V. Bereznik, M.A. Kazachuk, I.V. Mashechkin [et al.] Bulletin of Moscow University. Series 15: Computational Mathematics and Cybernetics. 2021;4:3-16. - EDN XIQNIZ. ( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Попова, И.А. Обнаружение аномалий в наборе данных с помощью алгоритмов машинного обучения без учителя Isolation Forest и Local Outlier Factor / И.А. Попова // StudNet. – 2020. – Т. 3, № 12. – С. 1460-1470. – EDN XILRBX.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Popova I.A. Detecting anomalies in a dataset using unsupervised machine learning algorithms Isolation Forest and Local Outlier Factor StudNet. 2020;3(12):1460-1470. - EDN XILRBX. ( In Russ)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">А. Асунсьон, Д. Ньюман. Репозиторий машинного обучения UCI, 2007.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Asuncion, D. Newman. UCI Machine Learning Repository, 2007.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">М. М. Брейниг, Х.-П. Кригель, Р. Т. Нг и Дж. Сандер. LOF: идентификация локальных выбросов на основе плотности. Запись ACM SIGMOD, 29(2):93-104, 2000.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">M.M. Breunig, H.-P. Kriegel, R. T. Ng, and J. Sander. LOF: Density-based local outlier identification. ACM SIGMOD Record, 29(2):93–104, 2000.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Т. Ши, С. Хорват. Неконтролируемое обучение со случайными лесными предикторами. Журнал вычислительной и графической статистики, 15 (1): 118-138, март 2006.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">T. Shi and S. Horvath. Unsupervised learning with random forest predictors. Journal of Computational and Graphical Statistics, 15(1):118–138, March 2006.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
