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【6h】

基于PCA和改进BP神经网络的入侵检测系统研究与设计

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声明

1绪论

1.1网络安全现状

1.2信息安全技术与网络安全模型

1.2.1信息安全技术的分类

1.2.2常见的信息安全技术

1.2.3网络安全模型

1.3课题研究的目的和意义

1.4本文主要研究内容及结构

1.5本章小结

2入侵检测概述

2.1入侵检测相关概念

2.2入侵检测系统的分类

2.2.1基于主机的入侵检测系统

2.2.2基于网络的入侵检测系统

2.3入侵检测主要技术

2.3.1异常检测常用技术

2.3.2滥用检测常用技术

2.4入侵检测系统模型

2.4.1 Denning模型

2.4.2 CIDF模型

2.5入侵检测面临的问题及发展方向

2.5.1入侵检测面临的问题

2.5.2入侵检测技术的发展方向

2.6本章小结

3人工神经网络概述

3.1什么是人工神经网络

3.2人工神经网络的发展历程

3.3人工神经网络模型

3.3.1生物神经元

3.3.2人工神经元模型

3.3.3典型传输函数

3.3.4.网络拓扑结构

3.4人工神经网络的学习规则

3.4.1学习规则分类

3.4.2典型学习规则

3.5人工神经网络的特点

3.6人工神经网络应用于入侵检测

3.6.1神经网络的优势

3.6.2神经网络的劣势

3.7本章小结

4神经网络入侵检测系统设计

4.1入侵检测系统总体设计

4.1.1系统设计目标

4.1.2系统设计方案

4.2数据采集模块

4.2.1网络探测器的结构

4.2.2网络探测器的位置

4.2.3数据采集方法

4.3数据预处理模块

4.3.1数据清理

4.3.2数据集成

4.3.3数据选择

4.3.4数据变换

4.3.5数据规约

4.4 PCA特征提取模块

4.4.1数据降维的两种方法

4.4.2 PCA基本原理

4.5 BP神经网络分类器模块

4.5.1 BP神经网络

4.5.2 BP神经网络的学习过程

4.5.3 BP算法的改进

4.5.4关键指标设计

4.6响应模块

4.6.1响应技术的分类

4.6.2系统响应方案

4.7本章小结

5仿真实验及分析

5.1实验数据源

5.2 MATLAB仿真平台

5.2.1 MATLAB简介

5.2.2 PCA相关函数

5.2.3神经网络相关函数

5.3实验过程及源代码

5.3.1准备阶段

5.3.2仿真阶段

5.3.3 MATLAB源代码

5.4实验结果及分析

5.4.1实验结果

5.4.2实验分析及结论

5.5本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录:作者在攻读学位期间发表的论文目录

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摘要

随着互联网的日益普及和发展,其丰富的信息资源给人们的生活带来了极大的便利,但同时也带来了网络安全问题。虽然传统的防火墙、加密等信息安全技术有一定的防御作用,但都属于静态安全技术范畴,需要人工来实施和维护。而入侵检测作为一种积极主动的动态安全技术,提供了对内部攻击、外部攻击和误操作的实时保护,已成为信息安全领域的研究热点。由于入侵技术迅猛发展,传统的入侵检测技术已不能完全满足当前网络安全的需要,因此,将神经网络、遗传算法、模糊技术等智能化技术融入入侵检测系统势在必行。
   本文从介绍入侵检测相关概念入手,通过对入侵检测系统经典模型和主要检测技术的分析,发现了当前入侵检测系统中存在的如漏报率过高等诸多问题。通过对神经网络理论知识的研究表明,将神经网络应用于入侵检测可以充分发挥其自学习、分布存储等优势,研究与设计基于神经网络的入侵检测系统,将具有重要的理论与实际意义。同时,针对传统BP算法收敛速度慢、学习过程易发生振荡等缺点,提出了多种改进方案。针对网络数据普遍维数较高的特点,还引入了主成分分析技术,在将数据送入神经网络处理前先对其进行降维处理,从而简化神经网络规模,降低神经网络的运算量。在此基础上,本文设计了一个包含五个模块的完整的入侵检测系统模型,阐述了该模型的设计思想、模型原理图,并对各个模块的功能和实现进行了详细的设计。最后利用KDD-99数据集构造了大量训练、测试样本,对网络流量进行模拟,完成了系统的仿真研究。
   通过MALTAB下的实验结果表明:(1)对BP算法进行改进后,收敛速度明显加快,系统实时性增强。(2)各种改进算法的漏报率均较低,对常见攻击的识别率普遍达90%以上,说明结合主成分分析技术的改进BP神经网络在入侵检测方面具有很大的优势。(3)各种算法对每种攻击的识别效果存在明显差异,由此提出的在各种算法间“寻优”的思想为后续研究开辟了道路。

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