Détection de fraude par carte de crédit en fonction du contexte

Context-aware credit card fraud detection

• Auteur / Autrice : Johannes Jurgovsky
• Direction : Sylvie Calabretto, Michael Granitzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 03/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Universität Passau (Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale InfoMaths (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'InfoRmatique en Images et Systèmes d'information (Ecully, Rhône ; 2003-....) - Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information / LIRIS
• Jury : Président / Présidente : Chantal Soule-Dupuy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Calabretto, Michael Granitzer, Chantal Soule-Dupuy, Oliver Amft, Gianluca Bontempi, Gabriele Gianini, Harald Kosch, Pierre-Edouard Portier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Oliver Amft, Gianluca Bontempi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cartes de crédit -- Utilisation frauduleuse

Fraude bancaire

Commerce électronique

Mots clés libres

Détection fraude

Carte de crédit

Apprentissage automatique

Réseau de neurones

Paiement électronique

Sécurité informatique

Détection de Fraude à la Carte

Fraud detection

Credit card

Credit card fraud detection

Machine learning

Memory network

Electronic payment

Computer security

Fraud detection

Card fraud detection

Information Technology

Résumé

La fraude par carte de crédit est devenue un problème majeur dans le secteur des paiements électroniques. Dans cette thèse, nous étudions la détection de fraude basée sur les données transactionnelles et abordons plusieurs de ces défis complexes en utilisant des méthodes d'apprentissage automatique visant à identifier les transactions frauduleuses qui ont été émises illégitimement au nom du titulaire légitime de la carte. En particulier, nous explorons plusieurs moyens d’exploiter les informations contextuelles au-delà des attributs de base d’une transaction, notamment au niveau de la transaction, au niveau de la séquence et au niveau de l'utilisateur. Au niveau des transactions, nous cherchons à identifier les transactions frauduleuses qui présentent des caractéristiques distinctes des transactions authentiques. Nous avons mené une étude empirique de l’influence du déséquilibre des classes et des horizons de prévision sur la performance d d'un classifieur de type random forest. Nous augmentons les transactions avec des attributs supplémentaires extraits de sources de connaissances externes et montrons que des informations sur les pays et les événements du calendrier améliorent les performances de classification, particulièrement pour les transactions ayant lieu sur le Web. Au niveau de la séquence, nous cherchons à détecter les fraudes qui sont difficiles à identifier en elles-mêmes, mais particulières en ce qui concerne la séquence à court terme dans laquelle elles apparaissent. Nous utilisons un réseau de neurone récurrent (LSTM) pour modéliser la séquence de transactions. Nos résultats suggèrent que la modélisation basée sur des LSTM est une stratégie prometteuse pour caractériser des séquences de transactions ayant lieu en face à face, mais elle n’est pas adéquate pour les transactions ayant lieu sur le Web. Au niveau de l'utilisateur, nous travaillons sur une stratégie existante d'agrégation d'attributs et proposons un concept flexible nous permettant de calculer de nombreux attributs au moyen d'une syntaxe simple. Nous fournissons une implémentation basée sur CUDA pour pour accélerer le temps de calcul de deux ordres de grandeur. Notre étude de sélection des attributs révèle que les agrégats extraits de séquences de transactions des utilisateurs sont plus utiles que ceux extraits des séquences de marchands. De plus, nous découvrons plusieurs ensembles d'attributs candidats avec des performances équivalentes à celles des agrégats fabriqués manuellement tout en étant très différents en termes de structure. En ce qui concerne les travaux futurs, nous évoquons des méthodes d'apprentissage artificiel simples et transparentes pour la détection des fraudes par carte de crédit et nous esquissons une modélisation simple axée sur l'utilisateur.

Credit card fraud has emerged as major problem in the electronic payment sector. In this thesis, we study data-driven fraud detection and address several of its intricate challenges by means of machine learning methods with the goal to identify fraudulent transactions that have been issued illegitimately on behalf of the rightful card owner. In particular, we explore several means to leverage contextual information beyond a transaction's basic attributes on the transaction level, sequence level and user level. On the transaction level, we aim to identify fraudulent transactions which, in terms of their attribute values, are globally distinguishable from genuine transactions. We provide an empirical study of the influence of class imbalance and forecasting horizons on the classification performance of a random forest classifier. We augment transactions with additional features extracted from external knowledge sources and show that external information about countries and calendar events improves classification performance most noticeably on card-not-present transaction. On the sequence level, we aim to detect frauds that are inconspicuous in the background of all transactions but peculiar with respect to the short-term sequence they appear in. We use a Long Short-term Memory network (LSTM) for modeling the sequential succession of transactions. Our results suggest that LSTM-based modeling is a promising strategy for characterizing sequences of card-present transactions but it is not adequate for card-not-present transactions. On the user level, we elaborate on feature aggregations and propose a flexible concept allowing us define numerous features by means of a simple syntax. We provide a CUDA-based implementation for the computationally expensive extraction with a speed-up of two orders of magnitude. Our feature selection study reveals that aggregates extracted from users' transaction sequences are more useful than those extracted from merchant sequences. Moreover, we discover multiple sets of candidate features with equivalent performance as manually engineered aggregates while being vastly different in terms of their structure. Regarding future work, we motivate the usage of simple and transparent machine learning methods for credit card fraud detection and we sketch a simple user-focused modeling approach.