Adaptive Real-time Anomaly-based Intrusion Detection using Data Mining and Machine Learning Techniques

Die zunehmende Vernetzung der Informations- und Kommunikationssysteme führt zu einer weiteren Erhöhung der Komplexität und damit auch zu einer weiteren Zunahme von Sicherheitslücken. Klassische Schutzmechanismen wie Firewall-Systeme und Anti-Malware-Lösungen bieten schon lange keinen Schutz mehr vor Eindringversuchen in IT-Infrastrukturen. Als ein sehr wirkungsvolles Instrument zum Schutz gegenüber Cyber-Attacken haben sich hierbei die Intrusion Detection Systeme (IDS) etabliert. Solche Systeme sammeln und analysieren Informationen von Netzwerkkomponenten und Rechnern, um ungewöhnliches Verhalten und Sicherheitsverletzungen automatisiert festzustellen. Während signatur-basierte Ansätze nur bereits bekannte Angriffsmuster detektieren können, sind anomalie-basierte IDS auch in der Lage, neue bisher unbekannte Angriffe (Zero-Day-Attacks) frühzeitig zu erkennen. Das Kernproblem von Intrusion Detection Systeme besteht jedoch in der optimalen Verarbeitung der gewaltigen Netzdaten und der Entwicklung eines in Echtzeit arbeitenden adaptiven Erkennungsmodells. Um diese Herausforderungen lösen zu können, stellt diese Dissertation ein Framework bereit, das aus zwei Hauptteilen besteht. Der erste Teil, OptiFilter genannt, verwendet ein dynamisches "Queuing Concept", um die zahlreich anfallenden Netzdaten weiter zu verarbeiten, baut fortlaufend Netzverbindungen auf, und exportiert strukturierte Input-Daten für das IDS. Den zweiten Teil stellt ein adaptiver Klassifikator dar, der ein Klassifikator-Modell basierend auf "Enhanced Growing Hierarchical Self Organizing Map" (EGHSOM), ein Modell für Netzwerk Normalzustand (NNB) und ein "Update Model" umfasst. In dem OptiFilter werden Tcpdump und SNMP traps benutzt, um die Netzwerkpakete und Hostereignisse fortlaufend zu aggregieren. Diese aggregierten Netzwerkpackete und Hostereignisse werden weiter analysiert und in Verbindungsvektoren umgewandelt. Zur Verbesserung der Erkennungsrate des adaptiven Klassifikators wird das künstliche neuronale Netz GHSOM intensiv untersucht und wesentlich weiterentwickelt. In dieser Dissertation werden unterschiedliche Ansätze vorgeschlagen und diskutiert. So wird eine classification-confidence margin threshold definiert, um die unbekannten bösartigen Verbindungen aufzudecken, die Stabilität der Wachstumstopologie durch neuartige Ansätze für die Initialisierung der Gewichtvektoren und durch die Stärkung der Winner Neuronen erhöht, und ein selbst-adaptives Verfahren eingeführt, um das Modell ständig aktualisieren zu können. Darüber hinaus besteht die Hauptaufgabe des NNB-Modells in der weiteren Untersuchung der erkannten unbekannten Verbindungen von der EGHSOM und der Überprüfung, ob sie normal sind. Jedoch, ändern sich die Netzverkehrsdaten wegen des Concept drif Phänomens ständig, was in Echtzeit zur Erzeugung nicht stationärer Netzdaten führt. Dieses Phänomen wird von dem Update-Modell besser kontrolliert. Das EGHSOM-Modell kann die neuen Anomalien effektiv erkennen und das NNB-Model passt die Änderungen in Netzdaten optimal an. Bei den experimentellen Untersuchungen hat das Framework erfolgversprechende Ergebnisse gezeigt. Im ersten Experiment wurde das Framework in Offline-Betriebsmodus evaluiert. Der OptiFilter wurde mit offline-, synthetischen- und realistischen Daten ausgewertet. Der adaptive Klassifikator wurde mit dem 10-Fold Cross Validation Verfahren evaluiert, um dessen Genauigkeit abzuschätzen. Im zweiten Experiment wurde das Framework auf einer 1 bis 10 GB Netzwerkstrecke installiert und im Online-Betriebsmodus in Echtzeit ausgewertet. Der OptiFilter hat erfolgreich die gewaltige Menge von Netzdaten in die strukturierten Verbindungsvektoren umgewandelt und der adaptive Klassifikator hat sie präzise klassifiziert. Die Vergleichsstudie zwischen dem entwickelten Framework und anderen bekannten IDS-Ansätzen zeigt, dass der vorgeschlagene IDSFramework alle anderen Ansätze übertrifft. Dies lässt sich auf folgende Kernpunkte zurückführen: Bearbeitung der gesammelten Netzdaten, Erreichung der besten Performanz (wie die Gesamtgenauigkeit), Detektieren unbekannter Verbindungen und Entwicklung des in Echtzeit arbeitenden Erkennungsmodells von Eindringversuchen.

Enhanced Reality Visualization in a Surgical Environment

Enhanced reality visualization is the process of enhancing an image by adding to it information which is not present in the original image. A wide variety of information can be added to an image ranging from hidden lines or surfaces to textual or iconic data about a particular part of the image. Enhanced reality visualization is particularly well suited to neurosurgery. By rendering brain structures which are not visible, at the correct location in an image of a patient's head, the surgeon is essentially provided with X-ray vision. He can visualize the spatial relationship between brain structures before he performs a craniotomy and during the surgery he can see what's under the next layer before he cuts through. Given a video image of the patient and a three dimensional model of the patient's brain the problem enhanced reality visualization faces is to render the model from the correct viewpoint and overlay it on the original image. The relationship between the coordinate frames of the patient, the patient's internal anatomy scans and the image plane of the camera observing the patient must be established. This problem is closely related to the camera calibration problem. This report presents a new approach to finding this relationship and develops a system for performing enhanced reality visualization in a surgical environment. Immediately prior to surgery a few circular fiducials are placed near the surgical site. An initial registration of video and internal data is performed using a laser scanner. Following this, our method is fully automatic, runs in nearly real-time, is accurate to within a pixel, allows both patient and camera motion, automatically corrects for changes to the internal camera parameters (focal length, focus, aperture, etc.) and requires only a single image.

An Application of Augmented Reality (AR) in the Teaching of an Arc Welding Robot

Augmented Reality (AR) is an emerging technology that utilizes computer vision methods to overlay virtual objects onto the real world scene so as to make them appear to co-exist with the real objects. Its main objective is to enhance the user’s interaction with the real world by providing the right information needed to perform a certain task. Applications of this technology in manufacturing include maintenance, assembly and telerobotics. In this paper, we explore the potential of teaching a robot to perform an arc welding task in an AR environment. We present the motivation, features of a system using the popular ARToolkit package, and a discussion on the issues and implications of our research.

Assembly Design and Evaluation in an Augmented Reality Environment

The technologies and methodologies of assembly design and evaluation in the early design stage are highly significant to product development. This paper looks at a promising technology to mix real components (e.g. physical prototypes, assembly tools, machines, etc.) with virtual components to create an Augmented Reality (AR) interface for assembly process evaluation. The goal of this paper is to clarify the methodologies and enabling technologies of how to establish an AR assembly simulation and evaluation environment. The architecture of an AR assembly system is proposed and the important functional modules including AR environment set-up, design for assembly (DFA) analysis and AR assembly sequence planning in an AR environment are discussed in detail.

Assembly Guidance in Augmented Reality Environments Using a Virtual Interactive Tool

The application of augmented reality (AR) technology for assembly guidance is a novel approach in the traditional manufacturing domain. In this paper, we propose an AR approach for assembly guidance using a virtual interactive tool that is intuitive and easy to use. The virtual interactive tool, termed the Virtual Interaction Panel (VirIP), involves two tasks: the design of the VirIPs and the real-time tracking of an interaction pen using a Restricted Coulomb Energy (RCE) neural network. The VirIP includes virtual buttons, which have meaningful assembly information that can be activated by an interaction pen during the assembly process. A visual assembly tree structure (VATS) is used for information management and assembly instructions retrieval in this AR environment. VATS is a hierarchical tree structure that can be easily maintained via a visual interface. This paper describes a typical scenario for assembly guidance using VirIP and VATS. The main characteristic of the proposed AR system is the intuitive way in which an assembly operator can easily step through a pre-defined assembly plan/sequence without the need of any sensor schemes or markers attached on the assembly components.

Facilitating Mechanical Design with Augmented Reality

By enhancing a real scene with computer generated objects, Augmented Reality (AR), has proven itself as a valuable Human-Computer Interface (HCI) in numerous application areas such as medical, military, entertainment and manufacturing. It enables higher performance of on-site tasks with seamless presentation of up-to-date, task-related information to the users during the operation. AR has potentials in design because the current interface provided by Computer-aided Design (CAD) packages is less intuitive and reports show that the presence of physical objects help design thinking and communication. This research explores the use of AR to improve the efficiency of a design process, specifically in mechanical design.

Afrolatinidad y globalización : perspectiva étnica de la globalización. Estudio de caso : Proyecto Minero Mande Norte entre los municipios colombianos del Carmen del Darien y Murindó

El fenómeno de la globalización es una realidad que caracteriza la política internacional mundial que hace referencia principalmente a los procesos económicos, y a las innovaciones tecnológicas, sociales y culturales que están transformando nuestra manera de percibir e interpretar el mundo. En Colombia se han dado cambios muy importantes para el reconocimiento de los derechos de los grupos afrocolombianos. Uno de los cambios importantes, es el derecho de las comunidades afrocolombianas en cuanto a su desarrollo social, cultural y económico. Dentro del contexto nacional, el Pacifico colombiano es un territorio caracterizado por ser un polo de desarrollo, una región reconocida por su riqueza biológica y cultural, donde se realizan grandes proyectos de desarrollo y de extracción de recursos naturales. Pero estos proyectos tiene una alta incidencia en la pérdida de control de las comunidades sobre su territorio e incluso sobre su propio destino. La Muriel Minning Company es una multinacional de los Estados Unidos que actualmente desarrolla el Mega proyecto minero "Mandé Norte"; el gobierno colombiano le otorgó nueve títulos mineros para explotar y comercializar las reservas de cobre y los subproductos de oro y molibdeno. Colombia, como muchos otros países del sur, esta siendo fuertemente afectada en términos de diversidad cultural, construcción de sociedades sustentables y preservación del medio ambiente, por la intervención que en nuestros territorios hacen las multinacionales a través de megaproyectos, que sólo están generando pobreza, perdida de la diversidad cultural y biológica, deterioro de las condiciones ambientales sustentables, desplazamiento forzado.

TU Graz: Course: 707.000 Web Science and Web Technology: Lecture 10: Text Mining

This class introduces basics of web mining and information retrieval including, for example, an introduction to the Vector Space Model and Text Mining. Guest Lecturer: Dr. Michael Granitzer Optional: Modeling the Internet and the Web: Probabilistic Methods and Algorithms, Pierre Baldi, Paolo Frasconi, Padhraic Smyth, Wiley, 2003 (Chapter 4, Text Analysis)

INFO2009 2012-13 Resource Group 7 video Augmented Reality

This repository contains the coursework for group 7 - The Kamikaze Spanners for the module INFO2009. Our work consists of an educational movie/video on the legal and ethical issues raised by the use of Augmented Reality, a flyer in docx and pdf format and a readme.txt file. The two presenting slides used during lectures have also been uploaded to the repository, as per the coursework instructions. To view our video, please download and run it on any standard video player. Alternatively, our video can also be seen on Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=ZYXJ7Ma4RrQ

INFO2009 2012-13: An Educational Video on Augmented Reality by Group 8 - Team Infinity

An educational resource set on Augmented Reality and whether it really is "A Vision of Tomorrow". Our educational video takes the audience on a journey through the current uses of AR, then to the future and we also discusses legal and ethical issues towards the end.

INFO2009 2012-13 Resource Group 9; Augmented Reality: Past, Present and Future.

Augmented Reality: Past, present and future. An Educational Video on Digital Futures Awareness: Augmented Reality. Designed to be informative and entertaining.

INFO2009 2012-13 Resource Group 19 Video "Movie Tech: Fantasy or Reality?"

Directory containing a teaching resource titled Movie Tech: Fantasy or Reality?, as well as a flyer promoting this resource and a file readme.txt which contains further information

INFO2009 2012-13 Resource Group 20: video "Panorama: An Investigation into Augmented Reality"

Group 20 (km) "Kirk's Krew" is proud to present "Panorama: An Investigation into Augmented Reality," an exciting and entertaining video used for the general public which engages through a fast-paced investigatory style. You'll never forget the story of students Jake and Andrew as they seek to thwart the villianous schemes of Larry Beige with help and hindrance from AR! Explore the past, present and future of AR in a Panorama style investigation! ECS' very own Dr Enrico Costanza is on hand with years of expertise! For a full listing of share contents, please see readme.txt

Useful academic references for data mining and usage statistics

Relates to the following software for analysing Blackboard stats http://www.edshare.soton.ac.uk/11134/ Is supporting material for the following podcast: http://youtu.be/yHxCzjiYBoU