Online Privacy-Preserving Data-Driven Network Anomaly Detection

计算机科学 异常检测 差别隐私 库苏姆 概率逻辑 假警报 异常(物理) 上下界 数据挖掘 在线算法 算法 数学 人工智能 统计 物理 数学分析 凝聚态物理
作者
Mehmet Necip Kurt,Yasin Yılmaz,Xiaodong Wang,Pieter J. Mosterman
出处
期刊:IEEE Journal on Selected Areas in Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:40 (3): 982-998 被引量:17
标识
DOI:10.1109/jsac.2022.3142302
摘要

We study online privacy-preserving anomaly detection in a setting in which the data are distributed over a network and locally sensitive to each node, and a probabilistic data model is unknown. We design and analyze a data-driven solution scheme where each node observes a high-dimensional data stream for which it computes a local outlierness score. This score is then perturbed, encrypted, and sent to a network operator. The network operator then decrypts an aggregate statistic over the network and performs online network anomaly detection via the proposed generalized cumulative sum (CUSUM) algorithm. We derive an asymptotic lower bound and an asymptotic approximation for the average false alarm period of the proposed algorithm. Additionally, we derive an asymptotic upper bound and asymptotic approximation for the average detection delay of the proposed algorithm under a certain anomaly. We show the analytical tradeoff between the anomaly detection performance and the differential privacy level, controlled via the local perturbation noise. Experiments illustrate that the proposed algorithm offers a good tradeoff between privacy and quick anomaly detection against the UDP flooding and spam attacks in a real Internet of Things (IoT) network.
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