面向工控入侵检测的双服务器安全串行联邦学习
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国家重点研发计划 (2021YFF0901001)


Dual-server Secure Serial Federated Learning for Industrial Control Intrusion Detection
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    摘要:

    联邦学习已广泛应用于工业控制系统入侵检测, 通过整合不同系统的高质量数据集, 共同训练高性能神经网络模型, 显著提升入侵检测能力. 然而, 现有工控联邦学习方法难以在高性能、低资源消耗和高隐私保护之间实现平衡. 为此, 提出一种面向工控入侵检测的双服务器安全串行联邦学习(dual-server secure serial federated learning, DS-SSFL)方法. 通过双中心服务器协调客户端进行异步串行训练, 高效挖掘各个客户端的数据特征, 共同构建高性能入侵检测模型; 结合决策差分隐私保护机制, 全方位保护数据隐私安全; 并通过抗遗忘聚合策略有效缓解串行训练中的模型灾难性遗忘问题. 实验结果表明, 相比于传统联邦学习方法, DS-SSFL显著降低了通信和计算资源开销, 提升了模型的鲁棒性与收敛效率.

    Abstract:

    Federated learning is widely applied in industrial control system intrusion detection, significantly enhancing detection capabilities by integrating high-quality datasets from various systems and collaboratively training high-performance neural network models. However, existing federated learning methods for industrial control systems struggle to balance high performance, low resource consumption, and robust privacy protection. To address this, a dual-server secure serial federated learning (DS-SSFL) approach is proposed for industrial control intrusion detection. The dual-center server coordinates clients for asynchronous serial training, efficiently mining the data features of each client and collaboratively constructing a high-performance intrusion detection model. The approach integrates a decision-differential privacy-preserving mechanism to comprehensively safeguard data privacy and security, while the anti-forgetting aggregation strategy effectively mitigates the catastrophic forgetting issue in serial training. Experimental results show that, compared to traditional federated learning methods, DS-SSFL significantly reduces communication and computational resource overhead, and enhances the model’s robustness and convergence efficiency.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

贾鹏洲,栗维勋,卜明新,郭素梅,杨广杰,杨圣洪,袁理想.面向工控入侵检测的双服务器安全串行联邦学习.计算机系统应用,,():1-8

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  • 收稿日期:2024-12-24
  • 最后修改日期:2025-01-26
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  • 在线发布日期: 2025-06-27
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