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Enregistrement W7092284764 · doi:10.1109/tcss.2025.3606798

An Explainable and Privacy-Preserving Federated Learning Model for Threat Detection in Cyber-Physical-Social Systems

2025· article· W7092284764 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Computational Social Systems · 2025
Typearticle
Langue
DomaineEngineering
ThématiqueSmart Grid Security and Resilience
Établissements canadiensBrandon UniversityUniversity of GuelphUniversity of Guelph-HumberArtificial Intelligence in Medicine (Canada)
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésHomomorphic encryptionDifferential privacyReliability (semiconductor)Resilience (materials science)Anomaly detectionTransparency (behavior)Information privacyPaillier cryptosystemEncryption

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Cyber-physical-social systems (CPSS), the technological backbone of infrastructures such as energy, aerospace, transportation, and human-centric applications, are increasingly prone to cyberattacks due to their interconnected nature. Existing threat detection models focus on performance metrics, while effective, often overlook the reliability and privacy of data in CPSS and lack explainability in detecting anomalies. This article introduces an innovative federated learning (FL) model in threat detection for the resilience assessment and enhancement of CPSS. It is not only explainable and privacy-preserving (PP) but also ensures the reliable operation of systems by addressing their inherent vulnerabilities. It addresses current shortcomings, emphasizing the often-neglected accuracy and reliability in literature. In this regard, we reinforce privacy by utilizing differential privacy (DP) and partially homomorphic encryption (PHE), especially the Paillier homomorphic cryptosystem, for secure model update aggregation in the FL environment. The system’s resilience against malicious attempts is heightened by ensuring a reliable aggregation process. To enhance model transparency and facilitate effective responses to threats, we integrate SHapley Additive exPlanations (SHAP) for detailed predictive contribution breakdowns and discern relationships between CPSS’ sensors, cyber components, and social interactions for aberration detection. This improves system reliability by clarifying the contribution of each sensor, device, or social actor, and identifying potential points of failure. The efficacy of our model was rigorously evaluated on three representative CPSS datasets: Secure Water Treatment (SWaT), Gas Pipeline, and UNSW-NB15. It achieved anomaly detection accuracies of 97.46%, 98.85%, and 93.60%, respectively, outperforming several baseline methods. Our model maintains strong privacy guarantees through cryptographic techniques and provides meaningful explainability during anomaly detection, fostering greater trust and reliability in critical CPSS operations.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict), Études des sciences et des technologies
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,682
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0030,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,017
Tête enseignante GPT0,272
Écart entre enseignants0,255 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle