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データ圧縮アルゴリズムを用いたマルウェア感染通信ログの判定
- 1. Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. 2016年6月18日 NTTセキュアプラットフォーム研究所 サイバーセキュリティプロジェクト 岡野 靖 データ圧縮アルゴリズムを用いた マルウェア感染通信ログの判定
- 2. 2Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential はじめに •Proxyサーバ等、NW機器のログを分析し、 マルウェアによる通信由来の悪性通信ログを 判定、マルウェア感染端末を検出 •機械学習手法適用時、ログの特徴抽出手法は 課題の一つ • N-Gram、情報エントロピー、正規表現パターン化、 etc,etc…. •文書を特徴抽出せずに分類可能な手法、 データ圧縮による分類を悪性通信ログ判定に 適用可能かを検討
- 3. 3Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential データ圧縮による分類 類似したデータ同士なら、よりデータ圧縮される性質を用い、推論対 象の悪性・良性通信ログとの類似度を圧縮サイズ・圧縮率で評価 • 圧縮サイズ C悪性 ≪ C良性 （ C良性/ C悪性 ＞閾値） なら、推論対象は悪性と判定 • データはテキスト、バイナリ等どんな種類のものでも良い。事前の特徴抽出は不要 • データ圧縮は LZSS (gzip)、LZW (compress)、LZT、LZMA、PPM (rar) 等を利用可 http://stc.uol.com/c/webfont/proj eto-grafico/uol-font/uol-text-regul …. http://53bvmfnea4p.o62fttv.com/ 8fd32e79869bad839e5da6828bf61 http://serv.the-app-data.info//offe rs/DynamicOfferScreen?offerid=2 http://crl.microsoft.com/pki/crl/pr oducts/microsoftrootcert.crl …. http://ajax.googleapis.com/ajax/lib s/jquery/1.8.3/jquery.min.js http://serv.the-app-data.info//offe rs/DynamicOfferScreen?offerid=2 訓練データ 悪性 通信ログ 訓練データ 良性 通信ログ 尾に結合 推論対象: 各訓練データ 最後尾に結合 iaInaokLEN03nn(0903jnnksa ou9eeI)93$9bf)#$hf940f)($j …. saiurnI8fd32e79869bad839e 5da6828bf61))4004jj9DJj""9 Inisianfa>kw-kk88finfnaeinfa jiInfEIn93fn8fj$%jks89#ni89# Hd#)Nncj)0=-j3bn)CkL>#9hh …. 0i8ikl&y(0#$nLiknlwp0Hni89 sijjise-j9)cc9ue4u-2^jE$knclO 9(kInnliNEIni=0kn)nBWhjjfiNi ninIEh84hf8lNn)Sjen9-^ データ 圧縮 データ 圧縮 悪性母体の 圧縮サイズ C悪性 良性母体の 圧縮サイズ C良性
- 4. 4Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential データ圧縮による分類 関連研究 • 「情報量」としてデータ圧縮による算出量 (relative entropy) を提案 Benedetto, et.al., "Language trees and zipping", Phys. Rev. Lett., vol.88, 2002. • 分類問題 Keogh, et.al., "Towards Parameter-Free DataMining", KDD, pp. 206-215 ,2004. • 著作者判定 (Authorship Identification) • 文書: Marton, et.al., "On compression-based text classification", European Conference on Information Retrieval, pp. 300-314 , 2005. • 楽曲: 足達 他、「圧縮類似度による楽譜からの作曲者の判定」、DEIM2013. • SPAMメール判定 Bratko, et.al., “Spam filtering using statistical data compression”, Journal of Machine Learning Research, vol.7, pp.2673-2698, 2006. • Twitter分類 西田他, 「データ圧縮によるツイート話題分類」, 日本データベース学会論文誌, Vol.10, No.1, 2011.
- 5. 5Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential 悪性通信ログ例 (URL) マルウェア "OutBrowse" http://installer.apps-track.com/Installer/Flow?pubid=7302 &distid=13467&productid=1694&subpubid=-1&campaigni d=0&networkid=0&dfb=-1&os=5.1&iev=8.0&ffv=&chrome v=&macaddress=&netv=&d1=15693&d2=-1&d3=-1&d4=-1 &d5=-1&ds1=&hb=2&systembit=32&vm=1&version=4.0 http://serv.the-app-data.info//offers/DynamicOfferScree n?offerid=2&distid=13467&leadp=1694&countryid=142&s ysbit=32&dfb=-1&hb=2&isagg=0&version=4.0&external=0 &external=0& http://cdn.file7desktop.com/ProductS/PlayerStubWrapper 1.exe http://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/1.5/jquery.mi n.js …(中略)… http://d.castplatform.com/api/vp/1?clk=gLg_PHWA9aSyio Xkt-F4b3J9cI1ybf-t-x7VxWH5dmAWXwln-z (以下略) ① APIのような規則 性があるURLが良く 出現する ② 良性・悪性どちら でもよくアクセスさ れるサイトがある Google, Microsoft等 ③ しばしば符号化・ 暗号化される
- 6. 6Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential 実験 方式 概要 大規模ログデータ対応 BoW+ 線形SVM 対象実験。URLの特徴抽出は '/', '?','&',=' を区切りとしたBoW、 分類器に線形SVMを使用 － LZSS (LZ77) gzip. スライド辞書方式。圧縮対象の 直前領域(スライド窓 32kB)中の最長 一致文字列を探索、相対位置を出力 分割圧縮: 複数分割した 学習データ+推論対象で圧 縮、最小サイズを採用 LZW (LZ78) compress（gif形式）. 動的辞書方式。 新規文字列を辞書に順次登録、最 長一致文字列の辞書登録No.を出力 Jubatus Classifier に実装: 学習: 辞書登録あり圧縮 推論: 辞書登録なし圧縮 bzip2 ブロックソートで同一文字が連続した 文字列を得やすいことを利用 ブロックサイズ最大 (Level9: 900kB) を使用 悪性通信ログ: マルウェア検体の動的解析により収集 良性通信ログ： 社内NWの NW装置ログ Holdout検証： 訓練データ(前) 悪性6.5万件 良性10万件 推論データ(後) 悪性10万件 良性10万件
- 7. 7Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential 結果 方式 パラメータ等 総実行時間 AUC pAUC TPR0.5% BoW+ 線形SVM L2正則 C＝0.75 27 s 学習 16s 推論 11s 0.956 0.0787 64.2% LZSS level 6 16490 s 0.968 0.0797 60.9 % LZW (Jubatus) 辞書長20bit 40 s 学習 24s 推論 16s 0.973 0.0825 68.1% bzip2 level 9 68690 s 0.521 0.0057 0.4 %
- 8. 8Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential 悪性通信URL LZW圧縮結果： ①API的URL [未圧縮: 1352bit] http://serv.the-app-data.info//offers/Dy namicOfferScreen?offerid=2&distid=13467&leadp=1694&cou ntryid=142&sysbit=32&dfb=-1&hb=2&isagg=0&version=4.0&e xternal=0&external=0& [良性母体: 900bit] |http://serv|.the|-ap|p-|data.|info/|/of |fers|/D|yna|mic|Off|erS|cre|en|?o|ffe|rid=2|&dis|tid=1|3 467|&le|adp|=16|94&c|ountry|id=14|2&s|ys|bit|=32&|dfb |=-1&|hb=|2&is|agg|=0&ver|sion=|4.0|&ex|ternal|=0&e|xt er|nal|=0&| [悪性母体: 220bit] |http://serv.the-app-data.info//offers/Dy namicOfferScreen?offerid=2|&distid=1|3467|&leadp=1694& |countryid=142&sysbit=32&df|b=-1&hb=2|&isagg=0&versio| n=4|.0&e|xternal=0&e|xternal=0&| *圧縮時、|| 間の文字列は1Code (本実験では20bit)で表現 ||
- 9. 9Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential 悪性通信URL LZW圧縮結果： ③符号化URL [未圧縮: 4688bit] http://d.castplatform.com/api/vp/1?clk=g Lg_PHWA9aSyioXkt-F4b3J9cI1ybf-t-x7VxWH5dmAWXwln-z (以下 略) [良性母体: 4420bit] |http://d.|cast|platform|.com/api/|vp|/1 |?cl|k=|gLg|_PH|WA9|aS|yio|Xkt|-F4|b3J|9cI|1y|bf-|t-|x7|Vx W|H5d|mAW|Xwl|n-|z (以下略) [悪性母体: 4980bit] |http://d.|cast|platform|.com/api/v|p/1 |?cl|k=|gL|g_|PH|WA|9a|Sy|io|Xk|t-|F4|b3|J9|cI|1yb|f-|t-x| 7V|xWH|5d|mA|WX|wl|n-|z (以下略) *圧縮時、|| 間の文字列は1Code (本実験では20bit)で表現
- 10. 10Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential 分離平面図： LZW ｘ軸は悪性通信ログ訓練データ母体での圧縮率、ｙ軸は良性通信ログ 訓練データ母体での圧縮率、各点はログ1行を示す (ログ行毎の判定) 推論データ：悪性通信ログ 推論データ：良性通信ログ 悪性母体の圧縮率 悪性母体の圧縮率 良 性 母 体 の 圧 縮 率 良 性 母 体 の 圧 縮 率
- 11. 11Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential 推論データ 圧縮率分布図 悪性通信ログのみ学習 良性通信ログのみ学習 ■ 推論データ 良性通信ログ ■ 推論データ 悪性通信ログ 悪性母体の圧縮率 良性母体の圧縮率 ② ① API的 URL 等 ③符号化 URL等
- 12. 12Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential [参考] JubaclassifierへのLZW実装概要 jubatus_coreライブラリを修正し、 分類アルゴリズム lzwクラスを実装； • jubatus::core::classifier::linear_classifie r を継承 • 以下のメソッドを実装: コンストラクタ, train (学習), name, classify_with_scores (推論) • LZWの辞書(Trie木)はKVS型のJubatus 学習モデル(local_strage)で代用 • 学習、推論ともにLZW圧縮を実施。 辞書登録は学習時あり、推論時なし。 圧縮データは生成せず、圧縮サイズの み算出。 • 推論時スコアはクラス毎に「1/圧縮率」 を出力 KVSによるLZW圧縮サンプルコード (Python) 出典: http://rosettacode.org/wiki/LZW_compression def compress(uncompressed): dict_size = 256 dictionary = dict((chr(i), chr(i)) for i in xrange(dict_size)) w = "" result = [] for c in uncompressed: wc = w + c if wc in dictionary: w = wc else: result.append(dictionary[w]) # Add wc to the dictionary. dictionary[wc] = dict_size dict_size += 1 w = c if w: result.append(dictionary[w]) return result
- 13. 13Copyright©2016 NTT corp. All Rights Reserved. NTT Confidential まとめ •圧縮アルゴリズムでの分類でURLによる悪性通 信ログ判定を行えた • 特にAPI的URLの判定に優れる • 訓練データの運用が楽。オンライン学習可能、 悪性と良性を別々に学習させるのも可。 • 符号化URLの判定に関しては、より検討が必要 •たまにはこういう「変化球」もいかがでしょうか？