MQTT protokolüne uygulanan siber saldırıların analizleri
Analysis of cyber attacks on MQTT protocol
- Tez No: 695867
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN YÜCE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Siber Güvenlik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgi Güvenliği Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Endüstri 4.0 ile birlikte yaygınlaşan nesnelerin internetinde teknolojik gelişim, uygulama katmanında kullanılan haberleşme protokolleri üzerinden gözlemlenebilmektedir. Sensör verilerinin işlenmek üzere iletilmesi bu protokoller üzerinden gerçekleşmektedir. Kullanım basitliği ve anlaşılması açısından MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protokolü diğer protokollere göre birçok artı yöne sahiptir ve kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. MQTT protokolünde sensörler, verileri sunucu ile paylaşırlar, sunucular konulara abone olan cihazlara bu verileri iletirler. MQTT protokolü küçük ev sistemlerinden akıllı şehir sistemlerine kadar büyük ve küçük ölçekte sistemler için kullanılabilir ve bu yüzden bilgi güvenliğinin sağlanması elzemdir. Tezin ilk amacı, MQTT güvenliğine odaklanmak ve bu konuda yapılan güncel yayınları da içine alan çalışmaları bileştirerek sunmaktır. Tezde aynı zamanda MQTT protokolüne uygulanan saldırılar makine öğrenmesi ile tespit edilmiş ve saldırıların makine öğrenmesi modeli üzerinden analiz edilerek, yorumlanabilir hale gelmesi sağlanmıştır. Makine öğrenmesinde, MQTTset veri seti kullanılmıştır. MQTTset, MQTT ağı için özelleşmiş geniş kapsamlı güncel bir veri seti olmakla birlikte, içerisinde 5 farklı tipte saldırı trafiğini ve normal MQTT trafiğini bulundurmaktadır. Saldırıların tespit edilmesinde XGBoost algoritması kullanılmıştır. XGBoost (eXtreme gradient boosting), karar ağacı temelli ve hesaplamalarında eğim artırma yöntemini kullanan yenilikçi bir makine öğrenmesi algoritmasıdır. XGBoost, yarışmalarda elde ettiği üstün başarılar ve hızlı işlem kabiliyeti sayesinde birçok veri bilimcinin dikkatini çekmiştir. Makine öğrenmesi çalışmalarında yeni trend, modelin açıklanabilirliğinin araştırılmasıdır. Bir makine öğrenmesi modelinin, bir kelebeği tespit ederken hangi özelliklere göre karar verdiğinin bilinmesi modelin analiz edilmesine bir örnektir. XGBoost ve MQTTset kullanılarak oluşturduğumuz model SHAP (SHapley Additive Explanations) ile analiz edilmiştir. SHAP, oyun teorisi yaklaşımını benimsemiştir ve basit anlamda bir oyuncunun oyuna katkısını ölçmektedir. SHAP ile hangi özelliklerin saldırıların tespitine etki ettiği araştırılmıştır. SHAP ile modelin analiz edilmesi sonucunda elde edilen çıktılar, veri analizi kısmındaki gözlemler ile doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
The technological development in the internet of things which has become widespread with Industry 4.0 can be observed through the communication protocols used in the application layer. Transmission of sensor data for processing perform over these protocols. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protocol has many advantages when we are compare with other protocols in terms of simplicity and understanding of use and its usage is becoming increasingly. In the MQTT protocol, the sensors share the data with the server and the servers transmit this data to the devices that subscribe to the topics. The MQTT protocol can be used for small home systems or large smart city systems therefore information security is very important. The first aim of the thesis is to focus on MQTT security and to present the studies including current publications on this subject. In addition, the attacks applied to the MQTT protocol were detected by machine learning and the attacks were analyzed and interpreted through the machine learning model. MQTTset dataset is used in our machine learning. MQTTset is a comprehensive up-to-date dataset which specialized for MQTT network and it contains 5 different types of attack and legitimate MQTT traffic. We used XGBoost algorithm to detect attacks. XGBoost (eXtreme gradient boosting) is an innovative machine learning algorithm based on decision tree and using gradient boosting method in its calculations. XGBoost has attracted the attention of many data scientists thanks to its superior success in competitions and its fast processing capability. The new trend in machine learning studies is the research for the explainability of the model. Knowing what features a machine learning model decides on when detecting a butterfly is an example of analyzing the model. The model we created using XGBoost and MQTTset was analyzed with SHAP (SHApley Additive Explanations). SHAP takes the game theory approach and simply measures a player's contribution to the game. It has been investigated which features affect the detection of attacks with SHAP. The outputs obtained as a result of analyzing the model with SHAP were verified with the observations in the data analysis part.
Benzer Tezler
- IoT için makine öğrenmesi tabanlı saldırı tespiti
Machine learning based intrusion detection for IoT
AYÇA NUR KAHYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriEskişehir Osmangazi ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA NERGİS YOLAÇAN
- Nesnelerin interneti için hafif siklet kriptoloji algoritmalarına dayalı güvenli haberleşme modeli tasarımı
Design of a lightweight cryptography-based secure communication model for the internet of things
URAS PANAHI
Doktora
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CÜNEYT BAYILMIŞ
- Networked computing-based system identification and control of electromechanical systems with industrial IoT
Endüstriyel IoT ile elektromekanik sistemlerin ağ hesaplama tabanlı sistem tanıma ve kontrolü
RAMAZAN KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
- Nesnelerin interneti uygulama katmanı haberleşme protokollerinin başarım analizi
Examination and performance evaluation for internet of things application layer communication protocols
MEHMET ALİ EBLEME
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT BAYILMIŞ
- Ağ iletişimlerinde temel yenilikçi çözümlerin standartlaştırılması
Standardization of basic innovative solutions in network communications
MUHAMMED SALİH KALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SEÇİNTİ