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title: '文章閱讀: Abnormal User Behavior Generation based on DCGAN in Zero Trust Network'
tags: [GAN]

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# 文章閱讀: Abnormal User Behavior Generation based on DCGAN in Zero Trust Network

- 作者：Yansheng Qua, Jianfei Chena, Ming Lia, Yunxiao Wanga, Ning Lia, Hua Huanga, Bo Maob

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DCGANs 是對抗式網路，和 GAN 的差別在於 DCGANs 是專門生成高質量圖片。此篇論文透過比較兩個零信任模型(直接以用戶行為作為訓練資料，以及將用戶行為轉成圖片形式再進行訓練)來說明圖片有助於模型準確率提高。

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## 實現方法
### Semantic temporal behavior image
- 將用戶行為數據轉換為具有一致語義背景的統一表示格式
    - 使用圖像結構來記錄用戶行為
    - 圖形結構有兩個維度: 語義(semantic)和時間
        - 目的是同時表示網路用戶行為的語義(semantic)和時間
            - 語義(semantic): 表示使用者的不同操作類型，e.g. 服務
            - 時間: 一天中的一段時間， e.g. 每個像素的值是用戶在該小時內訪問服務的次數。
- 以這些行為作為數據，訓練 GAN 模型，以自動生成異常數據，進一步用於異常檢測模型的訓練


#### 範例

![截圖 2024-07-20 上午11.15.35](https://hackmd.io/_uploads/r1rJhsd_A.png)

根據不同的系統，列和行可以進行調整。在本文中，作者創建了一個 48x48 的圖像，其中包含 48 種服務類型和一天中的每半小時。

### User behavior generation with DCGAN
- CNN 改進
    - 替換空間池化層為卷積層
        - 空間池化層被替換為卷積層，只需將卷積步長設置為大於 1 的值。
        - 允許網絡自我學習 down sampling method
    - 移除全連接層
        - 將生成器中的 noise 輸入重塑為 4D tensor 來使用卷積代替全連接層。
    - 使用 Batch Normalization(BN) 層
        - 幫助網絡收斂。
- 生成器和判別器的主要修改
    - 用指定步長的卷積層替代池化層。
        - 實驗顯示，全球均值池化有助於模型的穩定性，但會降低模型的收斂速度。
    - 在生成器和判別器中使用 BN。
    - 移除全連接層。
    - 生成器使用 ReLU 作為激活函數，除了輸出層使用 Tanh。
    - 判別器的所有層使用 LeakyReLU 作為激活函數。
- DCGAN 架構
![截圖 2024-07-20 上午11.17.20](https://hackmd.io/_uploads/Bk_vhju_A.png)


## 資料與訓練
作者從本地網絡中收集了 36 位用戶在十個月內的數據。總共生成了超過 10000 張行為圖像，這些圖像是使用上面提及的方法生成的。整體服務/網站根據相似性或數據敏感性被分類為 48 類。異常行為由專家手動識別。異常數據僅占總數據集的 3%。例如，一位用戶被木馬控制，並試圖對伺服器發起 DOS 攻擊。其他一些異常行為包括未經授權的數據收集、有害網頁訪問等。

用戶行為圖像被分類為五個類別：正常、DOS、未經授權的數據收集、有害網頁訪問和其他。根據訓練數據集，作者創建了一個 DCGAN 模型來生成不同類型的異常用戶行為。

經過 10000 個訓練 epoch，DCGAN 的生成器和判別器損失未能像普通 CNN 那樣平滑收斂，如圖 2a 所示。經過 100000 個訓練時代後，生成器和判別器損失已經收斂，如圖 2b 所示。

![截圖 2024-07-20 上午11.28.17](https://hackmd.io/_uploads/HJLx13d_C.png)
![截圖 2024-07-20 上午11.28.29](https://hackmd.io/_uploads/BkPZknd_A.png)

## 實驗結果
使用訓練好的模型，每個類別生成了 100 張用戶行為圖像。這些生成的數據由網絡安全專家進行標註。數據生成的整體準確率約為 87.8%，如表 2 所示。我們進一步將所提方法與傳統的 GAN 模型進行比較，包括有無用戶行為圖像的情況。結果顯示，基於 DCGAN 的方法在數據生成準確率上提高了超過 7%。

![截圖 2024-07-20 上午11.30.40](https://hackmd.io/_uploads/Skxd1n_O0.png)
