《电子技术应用》
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基于StatAvg的网络安全数据共享策略研究
电子技术应用
杨晨1,柳晓阳1,尹习双2,成昱村2
1.中国雅江集团有限公司; 2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
摘要: 随着物联网(IoT)和人工智能(AI)技术的快速发展,网络安全威胁日益复杂化,传统的入侵检测系统(IDS)面临巨大挑战。联邦学习(FL)作为一种新兴的隐私保护分布式学习方案,能够有效地解决数据隐私和集中式训练的矛盾。然而,FL在实际应用中常常遇到数据非独立同分布(non-iid)的问题,这严重影响了全局模型的性能。提出了一种名为StatAvg的统计平均方法,旨在缓解FL中的数据异质性问题。StatAvg通过让FL客户端共享本地数据统计信息(如均值和方差),服务器聚合生成全局统计信息用于数据标准化,从而改善模型收敛。主实验在TON-IoT和CIC-IoT-2023两个网络安全数据集上进行,StatAvg的性能显著优于现有的FedAvg、FedLN和FedBN等方法,平均提升了检测准确率和F1分数4%~17%。……
中图分类号:TN8;TH36 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257665
中文引用格式: 杨晨,柳晓阳,尹习双,等. 基于StatAvg的网络安全数据共享策略研究[J]. 电子技术应用,2026,52(8):24-32.
英文引用格式: Yang Chen,Liu Xiaoyang,Yin Xishuang,et al. Research on network security data sharing strategies based on StatAvg[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(8):24-32.
Research on network security data sharing strategies based on StatAvg
Yang Chen1,Liu Xiaoyang1,Yin Xishuang2,Cheng Yucun2
1.China Yajiang Group Co., Ltd.;2.POWERCHINA Chengdu Engineering Corporation Limited
Abstract: With the rapid development of the Internet of Things (IoT) and Artificial Intelligence (AI) technologies, cyber threats have become increasingly sophisticated, posing significant challenges to traditional Intrusion Detection Systems (IDS). Federated Learning (FL), as an emerging privacy-preserving distributed learning framework, effectively addresses the contradiction between data privacy and centralized training. However, FL often encounters the issue of non-independent and identically distributed (non-iid) data in practical applications, which severely affects the performance of the global model. This paper proposes a statistical averaging method named StatAvg to alleviate the data heterogeneity problem in FL.
Key words : Federated Learning(FL);Intrusion Detection System(IDS);data heterogeneity;statistical averaging;privacy preservation;model convergence

引言

智能技术的快速发展使物联网、人工智能与未来无线网络广泛应用,也大幅扩大了网络攻击面。攻击者可协同实施多步骤、跨系统攻击,传统入侵检测系统难以充分保障关键基础设施安全[1-4]。近年来,机器学习(Machine Learning, ML)和深度学习(Deep Learning, DL)在网络攻击检测中展现出潜力,但依赖大量难以获取的安全数据集,且需调整和集成。传统集中式训练需汇集所有数据,存在隐私风险和通信开销[5-8]。为此,联邦学习(federated learning, FL)作为一种隐私保护的分布式学习方案被提出,支持多方在不共享本地数据的情况下协作建模。然而在入侵检测场景中,客户端数据常呈非独立同分布,这种异质性易导致全局模型出现偏差,影响泛化能力与收敛效率[9-11]。

本文提出了一种名为StatAvg(统计平均)的方法,旨在缓解FL中客户端数据的非独立同分布特征问题。与传统的FL聚合策略相比,StatAvg能够在FL训练之前生成全局数据统计信息,为模型训练提供一种通用的输入数据标准化方法。实验结果表明,StatAvg在检测准确率和F1分数等关键指标上显著优于基线方法,证明了其在缓解客户端非iid特征分布问题上的有效性。此外,本文还探讨了在FL中引入差分隐私(Differential Privacy, DP)技术以进一步增强隐私保护的可能性,为FL在隐私敏感场景下的应用提供了新的思路。


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https://www.chinaaet.com/resource/share/2000007204


作者信息:

杨晨1,柳晓阳1,尹习双2,成昱村2

(1.中国雅江集团有限公司,西藏 林芝 860100; 

2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 611130)

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