In der heutigen datengetriebenen Welt gewinnt die Anomalieerkennung zunehmend an Bedeutung. Unternehmen und Organisationen setzen auf diese Technologien, um ungewöhnliche Muster oder Ausreißer in großen Datenmengen frühzeitig zu identifizieren. Ob in der IT-Sicherheit, im Finanzbereich oder bei Operations-Monitoring – das Erkennen von Anomalien kann entscheidende Hinweise liefern und ist essenziell für die Betrugsbekämpfung, Fehlerdiagnose oder auch die Überwachung von Systemzuständen. Dank der Verfügbarkeit zahlreicher Open-Source-Tools sind solche Technologien heute breiter zugänglich als je zuvor und können flexibel in bestehende IT-Infrastrukturen integriert werden. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Verarbeitung von Zeitreihendaten, Logs und Metriken.
Diese Datenquellen bieten eine Fülle an Informationen, allerdings gestaltet sich die automatische Identifikation von Anomalien oft als Herausforderung. In diesem Zusammenhang gewinnen Systeme, die sich gut anpassen lassen und über aktive Nutzer- und Entwicklergemeinschaften verfügen, an Bedeutung. In diesem Beitrag gehen wir intensiv auf einige der aktuell besten Open-Source-Tools ein, die zur Anomalieerkennung verwendet werden können. Dabei betrachten wir auch deren Stärken, Schwächen und typische Anwendungsgebiete. Weiterhin geben wir Hinweise, wie sie sich in bestehende Überwachungspipelines integrieren lassen, um den größtmöglichen Nutzen zu bringen.
Im Bereich der statistischen Analyse ist R nach wie vor ein starkes Werkzeug. Es bietet umfangreiche Möglichkeiten, insbesondere im Bereich der statistischen Prozesskontrolle. Auch wenn es sich in erster Linie um eine Programmiersprache handelt und nicht um ein spezielles Produkt für Anomalieerkennung, sind viele Pakete und Funktionen verfügbar, die das Erkennen von Ausreißern erlauben. R ist besonders dann empfehlenswert, wenn man bereits mit statistischer Modellierung vertraut ist und tiefgehende Auswertungen manuell vornehmen möchte. Ein großer Vorteil besteht darin, dass R komplett anpassbar ist und viele Spezialbibliotheken für Zeitreihen- und Prozessdaten anbietet.
Allerdings ist der Entscheidungsprozess stark abhängig vom Fachwissen des Anwenders, und die Automatisierung bedarf einiger Programmierarbeit. Für moderne Monitoringanforderungen gibt es spezialisierte Tools, die gezielt für die Integration in Observability-Pipelines entwickelt wurden. Eines der bekanntesten Projekte in diesem Bereich ist Prometheus. Dabei handelt es sich zwar in erster Linie um ein Monitoring-System für zeitbasierte Metriken, das durch seine Alertmanager-Komponente auch einfache Anomalieerkennung ermöglicht. Zusammen mit Exportern und Visualisierungstools bildet Prometheus eine solide Grundlage, die beliebig mit machine-learning-basierten Tools kombiniert werden kann.
Für tiefere Algorithmen zur Anomalieerkennung auf Metriken stehen zahlreiche Add-ons und Bibliotheken zur Verfügung, welche meist in Python oder Go geschrieben sind. Ein weiteres starkes Werkzeug ist ELK Stack (Elasticsearch, Logstash, Kibana). Der ELK Stack eignet sich hervorragend zur Analyse von Log-Daten und bietet mit Machine-Learning-Integrationen wie dem Elastic Machine Learning Plugin Möglichkeiten, ungewöhnliche Muster in Log-Streams zu finden. Auch wenn das Machine-Learning-Feature in der kommerziellen X-Pack-Erweiterung enthalten ist, existieren alternative Open-Source-Erweiterungen und Community-Lösungen, welche die Funktionalität ermöglichen. Entwickler schätzen die Flexibilität von Elasticsearch als Suchmaschine kombiniert mit Kibana als Visualisierungstool, um komplexe Data-Science-Projekte zu erstellen.
In der Spezialdisziplin der Anomalieerkennung bei Zeitreihen haben Tools wie Grafana zusammen mit Prometheus, InfluxDB oder OpenTSDB stark an Popularität gewonnen. Grafana bietet vielseitige Visualisierungsmöglichkeiten und kann durch externe Plugins oder APIs Anomalieerkennungssysteme ergänzen. Das ermöglicht eine flexible Gestaltung von Dashboards, die automatisch bei Auffälligkeiten warnen. Tools mit Fokus auf Machine Learning und Deep Learning finden immer mehr Verbreitung. AnomalyDetection ist eine Open-Source-Bibliothek, die von Twitter entwickelt wurde und sich auf zeitbasierte Anomalieerkennung spezialisiert hat.
Diese Bibliothek ist leichtgewichtig, arbeitssparend und kann einfach in Python-Umgebungen integriert werden. Sie eignet sich gut für Anwendungen, die robuste statistische Verfahren benötigen und keine komplexen neuronalen Netze voraussetzen. Hiermit lassen sich insbesondere saisonale und trendbasierte Auffälligkeiten erkennen. Wer nach moderneren, auf Künstlicher Intelligenz basierenden Methoden sucht, findet im Paket PyOD eine breite Sammlung von Outlier-Detection-Algorithmen. Dieses Python-Paket unterstützt mehr als vierzig Algorithmen, inklusive Ensemble-Lösungen, und ist relativ einfach in bestehende Pipelines integrierbar.
Die fortschrittlichen Modelle erlauben es, auch stark verzerrte oder komplexe Daten zu analysieren. Besonders für Betrugserkennung, Anomalien in Finanztransaktionen oder sicherheitskritische Anwendungsfälle bietet PyOD eine sehr leistungsfähige Grundlage, zumal es durch die Open-Source-Lizenz kostenlos nutzbar ist und eine aktive Community besitzt. Im Bereich der Cloud-nativen und containerisierten Umgebungen haben Tools wie KubePrometheus und OpenTelemetry an Bedeutung gewonnen. Sie unterstützen die Sammlung und Verarbeitung von Telemetriedaten und können über integrierte Module oder miteinander verbundene Komponenten Anomalien identifizieren. Solche Kombinationen sind insbesondere für große Systeme, die Microservices-basierte Architekturen nutzen, sinnvoll, da sie aus verteilten Quellen Daten aggregieren und Veränderungen oder Ausreißer erkennen.
Dabei lässt sich auch ein automatisierter Alarmierungsprozess aufsetzen, der auf den erkannten Anomalien basiert. Neben den vorgestellten Tools existieren weitere interessante Projekte, die speziell für Anomaliedetektion entwickelt wurden. Beispiele sind Prophet von Facebook, das sich besonders auf Zeitreihenvorhersagen spezialisiert, wodurch plötzliche Abweichungen frühzeitig als Anomalien interpretiert werden können. Ebenso gibt es Python-Bibliotheken wie Luminol von LinkedIn, welche Anomalieerkennung auf Basis von statistischen Verfahren und Zeitreihentrends ermöglichen und leichtgewichtig sind. Herausforderungen bei der Nutzung von Open-Source-Lösungen ergeben sich meist bei der Anpassung an spezifische Anforderungen oder bei der Integration in bestehende IT-Ökosysteme.
Da sich Architektur, Datenvolumen und Anwendungsfälle stark unterscheiden, ist es wichtig, die Tools vor der Nutzung ausführlich zu testen. Zudem sollte die Community-Aktivität ebenso wie die Dokumentation geprüft werden, da dies essenziell für langfristige Wartbarkeit und Weiterentwicklung ist. Der Praxisbericht eines erfahrenen Users zeigt, dass der kulturelle Wandel innerhalb von Organisationen oft eine der größten Hürden bei der Einführung von Anomalieerkennung darstellt. Es reicht nicht aus, nur die Technik zu implementieren. Vielmehr müssen Teams befähigt werden, die gewonnenen Erkenntnisse richtig zu interpretieren und Maßnahmen abzuleiten.
