Hybrid CNN-LSTM Framework for Intelligent Cyber Attack Detection and Prevention in U.S. Critical Digital Infrastructure: A Comparative Machine Learning Evaluation on CSE-CIC-IDS2018
Notice bibliographique
Résumé
Background: The accelerating digitization of United States critical infrastructure — spanning healthcare, finance, energy, transportation, and government services — has created an attack surface that traditional, signature-based intrusion detection systems are no longer equipped to defend. These legacy approaches fail predictably against zero-day exploits, distributed denial-of-service campaigns, botnets, and stealthy infiltration attacks precisely because they can only recognize threats they have already seen. Something more adaptive is needed. Methods: This study proposes and evaluates an intelligent cyber defense framework integrating Artificial Intelligence (AI), Machine Learning (ML), and Deep Learning (DL) to detect and classify cyber threats in real time. Using the CSE-CIC-IDS2018 benchmark dataset — a realistic, multi-vector network traffic corpus generated by the Canadian Institute for Cybersecurity — five model architectures were systematically compared: Random Forest, XGBoost, Support Vector Machine (SVM), Convolutional Neural Network (CNN), Long Short-Term Memory (LSTM), and a Hybrid CNN-LSTM model. The framework incorporated structured data preprocessing, feature engineering, class imbalance handling, and performance evaluation across accuracy, precision, recall, F1-score, ROC-AUC, and false positive rate metrics. Results: Results demonstrate that all models achieved detection accuracy above 96%, with the Hybrid CNN-LSTM model reaching 99.1% accuracy, approximately 99.0% precision and recall, and the lowest false positive rate (~2.0%) among all tested architectures. Flow Duration, Packet Length, and Destination Port emerged as the most predictive features. The hybrid model's dual capacity for spatial feature extraction and temporal sequence learning explained its consistent performance advantage over single-architecture alternatives. Conclusion: These findings suggest that hybrid deep learning frameworks offer a meaningful and deployable improvement over conventional IDS approaches, though validation against post-2020 attack data and live network streams remains necessary before operational conclusions can be drawn.
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.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,003 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».