区块链增强的DUSFAN-PCO框架用于智慧城市物联网网络入侵检测与安全存储

《Scientific Reports》：Blockchain-enhanced SDN framework with deep unfolding spatial frequency attention network and pine cone optimization for smart city IoT cybersecurity

　　

摘要

物联网（IoT）在智慧城市中的快速扩展通过连接大量设备提供智能应用，彻底改变了城市服务。然而，这种互联环境也使物联网网络面临严峻的网络安全风险，包括数据泄露、入侵和高级持续性威胁。传统检测机制通常难以应对高维流量、噪声数据、缺失值以及不断演变的攻击模式，这显著降低了其可靠性。此外，在大规模物联网系统中确保检测结果的安全和防篡改存储仍然是一个主要挑战。为了解决这些问题，本文提出了一种区块链增强的物联网网络安全框架，用于智慧城市，采用了软件定义网络框架，结合深度展开空频注意力网络与松果优化（DUSFAN-PCO）。首先，从UNSW-NB15和CIC-IDS2017数据集中收集输入数据。使用扩散模型缺失值插补（DMMVI）对收集的数据进行预处理，以处理噪声和缺失值。接下来，应用地毯编织优化（CWO）选择最具信息量的属性。然后将这些选定的特征输入深度展开空频注意力网络（DUSFAN），通过实时异常检测将物联网网络流量分类为正常和多种攻击类别。为进一步提高检测精度，使用松果优化（PCO）对DUSFAN的权重参数进行微调。最后，使用基于区块链的安全PBFT轻量级共识（SPBFT-LC）安全存储和管理结果，确保物联网节点之间的不可篡改性、透明性和信任性。提出的DUSFAN-PCO框架在UNSW-NB15上的准确率达到99.20%，在CIC-IDS2017上的准确率达到99.48%，两个数据集上的F1分数分别为99.52%和99.50%，ROC值均为0.99–1.00。结合高区块链安全完整性（>99%），确保了物联网网络入侵的稳健、实时和可靠检测，使其非常适合安全且有韧性的智慧城市物联网环境。