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P2P僵尸网络跨域体系结构的构建与评估

更新时间：2019-12-24 00:10:22 大小：1M 上传用户：守着阳光1985查看TA发布的资源 标签：p2p 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对现有P2P僵尸网络抗追踪性较差的问题,提出了一种P2P僵尸网络跨域体系结构(CRA).CRA将僵尸主机间的通信严格限制在不同的域之间,并引入IP伪造技术隐藏通信的源IP.考虑到监控全球互联网的不可行性以及IP溯源的困难性,现实中防御者将很难对CRA展开追踪.模拟实验结果表明,较之当前主流的P2P僵尸网络体系结构,CRA具备更好的抗追踪性和鲁棒性.


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P2P僵尸网络跨域体系结构的构建与评估.pdf 1M

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4
Vol． 46 No． 4  
Apr． 2018  
第
期
电
子
学
报
2018  
4
ACTA ELECTRONICA SINICA  
年
月
P2P  
僵尸网络跨域体系结构的  
构建与评估  
1，2  
1，2  
1，2  
， ，  
庹宇鹏 张永铮 尹 涛  
( 1．  
，
中国科学院信息工程研究所 北京  
100093; 2．  
， 100049)  
中国科学院大学网络空间安全学院 北京  
:
P2P  
，
僵尸网络抗追踪性较差的问题 提出了一种  
P2P  
( CRA) ． CRA  
僵尸网络跨域体系结构 将  
摘
要
针对现有  
， IP IP．  
僵尸主机间的通信严格限制在不同的域之间 并引入 伪造技术隐藏通信的源  
考虑到监控全球互联网的不可行  
P2P  
IP ，  
性以及 溯源的困难性 现实中防御者将很难对  
CRA  
． ，  
展开追踪 模拟实验结果表明 较之当前主流的  
僵尸网络  
，CRA  
．
体系结构  
关键词  
中图分类号  
URL: http: / /www． ejournal． org． cn  
具备更好的抗追踪性和鲁棒性  
:
;
;
; IP  
;
伪造 抗追踪  
僵尸网络 体系结构 跨域  
:
TP393. 08  
:
A
: 0372-2112 ( 2018) 04-0791-06  
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2018． 04． 004  
文献标识码  
文章编号  
电子学报  
Modeling and Evaluating a Cross-Realm  
Architecture for P2P Botnet  
1，2  
1，2  
1，2  
TUO Yu-peng ，ZHANG Yong-zheng ，YIN Tao  
( 1． Institute of Information Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100093，China;  
2． School of Cyber Security，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)  
Abstract: To construct a tracking-resistant P2P botnet，a Cross-Realm Architecture ( CRA) was proposed． CRA  
strictly restricts bots’interactions across different realms and hides the origins of bots’interactions by IP spoofing． Consid-  
ering the infeasibility of monitoring the global Internet and the difficulty of IP traceback，it is very hard for defenders to track  
CRA in the real world． The simulation results show that compared to recent popular P2P botnet architectures，CRA has better  
anti-tracking performance and robustness．  
Key words: botnet; architecture; cross-realm; IP spoofing; anti-tracking  
P2P  
( C＆C: Command and  
僵 尸 网 络 复 杂 的 命 令 控 制  
1
引言  
Control)  
机制不可避免地引起僵尸主机频繁地相互联  
僵尸网络已成为互联网面临的最大安全威胁之  
， ，  
系 而图追踪方法正是基于僵尸主机间的相互联系 提  
， ，  
一 它常被用来发起各种形式的网络攻击 如分布式拒  
P2P  
，
僵尸网络的通信特征 进而利用特定  
取用于识别  
［1］  
、 、  
绝服务攻击 窃取敏感信息 传播垃圾邮件等  
．
早期  
P2P  
．
的算法从网络通信图中追踪  
僵尸网络通信子图  
P2P  
［3］  
，
的僵尸网络普遍采用集中式体系结构 这种体系结构  
Coskun B  
等人 认为网络内部属于同一  
僵尸网络  
， ，  
存在单点失效的问题 一旦中心服务器被追踪到 则僵  
， “ ”(  
的僵尸主机 在网络外部有 朋友 共同联系的僵尸主  
［2］  
) ， “ ”  
机 的概率远远高于正常主机 进而基于 共同联系 提  
．
，P2P  
尸网络将被斩首  
如今  
体系结构因其鲁棒性强  
． P2P  
体系结构允许攻击  
“dye pumping” ，  
出了 算法 根据已知僵尸主机追踪网络  
的优势而被僵尸网络广泛采用  
P2P  
．
僵尸网络的潜在僵尸主机 实  
内部与其属于同一  
，
者从任意僵尸主机注入命令 从而避免了单点失效的  
，
验证明 该方法具有较高的准确率和召回率  
． Fran ois J  
，
问题 也增强了攻击者的隐蔽性  
．
［4］  
［3 ～ 5］  
P2P  
等人 认为  
体系结构中僵尸主机之间的通信模式  
，
近年来 随着图追踪方法  
，P2P  
体系结  
的提出  
［6］  
，
具有高辨识度 并利用  
PageRank  
算法对僵尸网络进  
．
构抗追踪性较差的问题也随之暴露 问题的关键在于  
:
: 2016-09-19;  
: 2017-04-18; :  
责任编辑 李勇锋  
收稿日期  
修回日期  
:
基金项目 国家自然科学基金  
( No． 61572496)  
792  
2018  
年
电
子
学
报
． ，  
行追踪 实验证明 在已知  
5%  
，
的僵尸主机前提下 该方  
99% ，  
误报率仅为  
0. 1% ． Nagaraja S  
等
法的准确率达到  
［5］  
P2P  
fast-mixing  
特
人
认为  
僵尸网络的拓扑结构具有  
BotGrep  
［7 ～ 10］  
，
，
算法 迭代地将网络通信图  
性
并提出了  
faster-mixing  
slower-mixing  
，
子图 并最终缩小  
划分为  
和
fast-mixing  
， ，  
子图 其中 包含已知僵尸主机的  
fast-mix-  
到
ing  
，
子图 被认为是  
P2P  
． ，  
僵尸网络通信图 实验证明 该  
0. 6%  
93-99%  
方法能够以低于  
的误报率追踪到  
的僵尸  
．
主机  
P2P  
，
僵尸网络的抗追踪能力 本文  
为了提升现有  
C＆C  
， C＆C  
通信模式入手 将  
从改变传统  
通信严格限制  
，
在不同域的僵尸主机之间 并且引入  
IP  
伪造技术隐藏  
C＆C  
IP，  
使防御者很难从网络通信图中追踪  
通信的源  
．
到僵尸网络通信子图 本文的主要贡献如下  
:
( 1)  
( CRA) ，  
其中任  
提出了一种跨域体系结构模型  
． CRA  
． CRA  
P2P  
不仅继承了传统  
一个不同的域  
体系结构的  
CRA  
( )  
意邻接节点颜色 域 不同  
IP  
、
伪造 数字签  
融合  
， ． ，  
属性 还融入了新的特性 概括起来 我们提出  
的
，
名及加密技术 实现了一种高安全的  
C＆C  
，
通信机制 能  
:
两个基本特性  
1)  
跨域性  
、 、 、  
够有效防回溯 防劫持 防窃听 防重放  
．
: CRA  
中任意一条边的两个端点颜色不  
P2P  
( 2) CRA  
提出了  
，
的构建算法 其复杂度受节点分  
．
同 这是  
CRA  
，
体系结构最大的区别 其目的  
与传统  
2
，
布影响 但最坏情况下仍能以  
O( n )  
CRA  
，
内部联系被监控的风险 增强其抗追踪性  
．
的时间复杂度完成  
P2P  
是降低  
2)  
CRA  
． ，  
的构建 仿真实验表明 相比两种主流的  
: G ， G  
强连通性 图 必须是强连通图 即图 中存在  
僵尸  
［5］  
［6］  
( TDL-4 、ZeroAccess ) ，  
该算法构建的  
．
一条经过每个节点至少一次的回路 这是  
CRA  
网络体系结构  
CRA  
继承的  
．
P2P  
， G ，  
体系结构特性 即命令从图 中任意节点注入 均  
具有更好的抗追踪性和鲁棒性  
．
可覆盖到所有节点  
2
CRA  
模型  
， 2( b)  
根据上述描述 图  
CRA  
模型的示  
给出了一个  
2. 1  
背景知识  
， 8 ，3 ( 、 、 ) ．  
例 其中包含 个节点 种颜色 黑色 白色 灰色 从  
，
众所周知 全球互联网可按不同维度划分为许多  
2( b)  
，
中可以看出 存在一条延顺时针方向经过每个  
图
．
，
(
/
/
…)  
、
划分 按自治  
个域 例如 按地域 国家 省份 城市  
( AS) ( ISP) ．  
划分等等 每  
，
节点至少一次的回路 且每条边的两个端点颜色均不  
、
域
划分 按互联网服务提供商  
． ，  
相同 因此 该示例满足  
CRA  
．
的跨域性和强连通性  
，
个域具有统一的管理机构和路由策略 且各个域之间  
2. 3  
命令控制机制  
． ， ．  
相互独立 欲对多个域进行监控 需要域间协作 特别  
C＆C  
． CRA  
采用  
机制是僵尸网络运作的核心机理  
， ． 1  
地 监控全球互联网在现实中具有不可行性 图 以  
AS  
PUSH  
C＆C  
， ，  
机制 节点平时处于被动监听状态 当接  
式
， ， ，  
为域 给出了对 互联 网进行 划分的示意 图 其中 仅  
C＆C  
， ，  
消息后 再向其下一跳节点转发 直至消息覆  
收到  
AS4、AS5 AS6  
和
， ．  
为监控域 其余均为非监控域  
． ，  
盖所有节点 在消息传播的过程中 主要面临两方面的  
［11 ～ 14］  
，
基于对僵尸网络分布情况的调研  
我们发现  
: ，  
安全问题 一是僵尸网络劫持 即敌手可能冒充控制者  
．
僵尸网络在全球多个域中呈现出非均匀分布的特点  
CRA  
， ;  
中注入虚假命令 从而劫持僵尸网络 二是僵尸  
向
，
而对防御者来说 仅监控域内僵尸主机的相互联系对  
， ，  
网络窃听 即敌手可能捕获某个节点 掌握其通信密钥  
，
，
其可见 因此限制域内僵尸主机相互联系有助于提升  
CRA C＆C  
内部的  
．
通信  
从而窃听  
． ，  
僵尸网络的抗追踪性 在此基础上 若僵尸主机利用伪  
，
针对上述问题 我们设计了身份认证及个性化加  
IP  
，
地址相互联系 则会进一步提升僵尸网络的抗  
造的  
追踪性  
2. 2  
．
密相结合的方案 对  
CRA  
v，  
中的任意节点 其属性可用  
'
+
．
: ( v. ip，v. color，v. K ，K ，v. peerlist) ．  
五元组表示为  
，v. ip  
其
模型描述  
IP  
; v. color  
表示对应  
中
表示对应僵尸主机的  
地址  
'
G( V，E，C)  
CRA， ，  
其中  
我们用染色的有向图  
描述  
; v. K  
僵尸主机所属的域  
表示对应僵尸主机生成的对称  
+
V
，
; E  
表示节点集 每一个节点表示一台僵尸主机  
表示  
IP  
表示源节点 用伪造的 地址向目  
，
C＆C  
; K ，  
表示控制者的公钥 事先  
密钥 用以加密  
被硬编码在所有僵尸程序中 用以验证控制者身份  
v. peerlist C＆C  
消息  
， ＜ v ，v ＞  
边集 边  
j
v
，
;
i
i
v
标节点 发起  
j
C＆C  
; C ，  
通信 表示颜色集 每种颜色代表  
v
，
，
消息 记  
表示 的下一跳信息 用以路由  

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