Maestrías de la Facultad de Ingeniería · 2023
Implementación de estrategia de control de acceso para plataformas IoT basadas en microservicios
RESUMEN : Las plataformas IoT pueden tener vulnerabilidades que permiten a los atacantes interrumpir el funcionamiento normal del sistema y comprometer la seguridad de la información. En este trabajo de investigación se desarrolla un sistema de detección de ataques en redes, utilizando modelos de aprendizaje automático para analizar el flujo de datos de paquetes de red en busca de tráfico malicioso. El sistema implementa un extractor de tráfico de red en tiempo real para capturar la información que viaja por la red y extraer los atributos que describen a los paquetes de red. Además, cuenta con un detector de ataques, que está diseñado bajo una arquitectura de microservicios que ejecuta cuatro modelos de aprendizaje automático (árboles de decisión, bosques aleatorios, regresión logística y máquinas de soporte vectorial) que han sido previamente entrenados mediante tres bases de datos (BoT-IoT, UNSW-NB15 y una base de datos propia), la cuales contienen patrones de ataques. También se construye un escenario de prueba para evaluar el rendimiento del sistema de detección, ejecutando ataques hacia una máquina víctima que ejecuta la plataforma IoT. La evaluación del sistema de detección se realiza mediante métricas de rendimiento como el accuracy, el recall, la precisión y el F1-score. Los resultados muestran que el modelo de árboles de decisión tiene el mejor desempeño, con un valor F1 del 98.08%, precisión del 99.25%, sensibilidad del 96.96% y exactitud del 99.62%. Además, se mide el tiempo de predicción de un ataque en la red, el cual es de 0.36 segundos desde la captura de 100 datos hasta la recepción de la predicción.
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Contenido
- RESUMENp. 10
- INTRODUCCIÓNp. 12
- OBJETIVOSp. 16
- Objetivo generalp. 16
- Objetivos específicosp. 16
- ESTADO DEL ARTE Y ESTRATEGIA DE SEGURIDAD PROPUESTAp. 17
- Plataformas IoT basadas en microserviciosp. 17
- Vulnerabilidades en el contexto de plataformas IoTp. 19
- Análisis de mecanismos de seguridadp. 23
- Autenticaciónp. 24
- Autorizaciónp. 26
- Detección de intrusosp. 28
- Seguridad en la plataforma Snap4Cityp. 31
- Estrategia de seguridad propuestap. 34
- METODOLOGÍAp. 36
- Implementación del escenario de pruebap. 36
- Máquina víctimap. 37
- Extractor de tráfico de redp. 38
- Detector de ataquesp. 38
- Máquinas atacantesp. 39
- Construcción de los modelos de aprendizaje automáticop. 39
- Exploración y selección de datos de entrenamientop. 39
- Base de datos BoT-IoT [58]p. 40
- Base de datos UNSW-NB15 [62]p. 42
- Generación de una base de datos propiap. 42
- Preprocesamiento de datosp. 45
- Características categóricasp. 45
- Corrección de etiquetasp. 46
- Eliminación de característicasp. 47
- Estandarización de los datosp. 47
- Entrenamiento y evaluación de los modelosp. 48
- Desarrollo e implementación del sistema de detección de ataques en tiempo realp. 51
- Extractor de tráficop. 51
- Detector On-line de ataques basado en microserviciosp. 53
- Microservicio de preprocesamientop. 55
- Microservicio de predicciónp. 58
- RESULTADOS Y DISCUSIÓNp. 61
- Resultados sobre el entrenamiento de los modelosp. 61
- Resultados sobre la detección de ataque en tiempo realp. 65
- CONCLUSIONESp. 70
- TABLA I VULNERABILIDADES IDENTICIADASp. 22
- TABLA II AMENZAS DE SEGURIDAD EN EL CONTEXTO DE PLATAFORMAS IOTp. 22
- SEGURIDADp. 23
- TABLA IV MECANISMO DE SEGURIDAD EN SNAP4CITYp. 33
- TABLA V CARACTERÍSTICAS DE LAS BASES DE DATOSp. 40
- BASE DE DATOS BOT-IOTp. 41
- TABLA VIII DISTRIBUCIÓN DE LOS REGISTROS DE LA BASE DE DATOS PROPIAp. 43
- TABLA IX CARACTERÍSTICAS GENERADAS POR LA HERRAMIENTA ARGUSp. 44
- ARGUSp. 44
- TABLA XI DESCRIPCIÓN DE LA VARIABLE CATEGÓRICA ESTADO DEL FLUJOp. 46
- TABLA XII DESCRIPCIÓN DE LA VARIABLE CATEGÓRICA TIPO DE PROTOCOLOp. 46
- AUTOMÁTICOp. 49
- TABLA XIV REPRESENTACIÓN DE LA MATRIZ DE CONFUSIÓNp. 50
- DE ATAQUESp. 63
- TABLA XVI MATRICES DE CONFUSIÓN PARA EL MODELO ÁRBOL DE DECISIÓNp. 62
- TABLA XIX MATRICES DE CONFUSIÓN PARA EL MODELO SVMp. 63
- PRUEBAp. 42
- TABLA XXI PARÁMETROS DE LAS HERRAMIENTAS DE ATAQUEp. 65
- TABLA XXV MATRIZ DE CONFUSIÓN PARA EL MODELO SVMp. 67
- AUTOMÁTICOp. 67
- en tiempo realp. 37
- Fig. 2 Estructura del extractor de tráfico de redp. 52
- Fig. 3 Arquitectura del detector de ataques basada en microserviciosp. 54
- Fig. 4 Diagrama de las entidades en el microservicio de preprocesamientop. 56
- Fig. 5 Diagrama de las entidades en el microservicio de predicciónp. 59
- Fig. 6 Tiempo de entrenamiento de cada clasificadorp. 64
- Fig. 7 Tiempo de predicción de los datos de prueba para cada clasificadorp. 64
- Fig. 8 Tiempo promedio en calcular las predicciones de 100 registrosp. 68