基于行為分析的計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄒海林，伍琴蘭

（江西工程學(xué)院，江西 新余 338000）

木馬和蠕蟲是常見的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)攻擊形式，其中木馬程序可以隱藏在普通文件中，很難被殺毒軟件識(shí)別，因此生存周期更長、破壞性更強(qiáng)。目前常用的木馬檢測(cè)技術(shù)有防火墻、入侵檢測(cè)、行為分析等。行為分析是利用人為規(guī)定的惡意行為，判斷某個(gè)程序的動(dòng)態(tài)行為是否符合規(guī)定的惡意行為，如果符合則確定為可疑程序或非法程序。將行為分析理論應(yīng)用到計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)中，可以對(duì)已知和未知的惡意程序進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)隱藏較深的木馬程序也能精準(zhǔn)識(shí)別出來，從而提高了計(jì)算機(jī)抗木馬攻擊能力。

1 計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)

本文基于模塊化、規(guī)范化和可擴(kuò)展原則設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于Windows 平臺(tái)下木馬程序及其變種程序的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的全面監(jiān)控，及時(shí)攔截和清除可疑程序，顯著提升計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的抗木馬攻擊能力。計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)基于Windows 10 平臺(tái)開發(fā)，開發(fā)語言為C++，系統(tǒng)由監(jiān)控模塊、響應(yīng)模塊、木馬行為特征庫等組成，整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)的組成架構(gòu)

監(jiān)控模塊能夠?qū)ψ?cè)表、系統(tǒng)文件、通信以及關(guān)鍵API 調(diào)用等對(duì)象進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，若監(jiān)測(cè)到可疑行為會(huì)立即采取攔截措施；信息收集模塊會(huì)收集監(jiān)控模塊監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，并關(guān)聯(lián)程序的行為信息（如進(jìn)程名、創(chuàng)建關(guān)系等），并將收集到的信息上傳到行為判定模塊；行為判定模塊利用判定算法，對(duì)收集到的信息展開分析，并將分析結(jié)果與木馬行為特征庫中的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度計(jì)算，如果兩者的相似度超過設(shè)定的閾值，即可確認(rèn)為木馬；響應(yīng)模塊是在行為判定結(jié)果為木馬后，發(fā)出報(bào)警信息提醒系統(tǒng)管理員，同時(shí)立即結(jié)束該程序的運(yùn)行，并清除攜帶木馬的文件。同時(shí)提取本次木馬的行為特征，添加到數(shù)據(jù)庫中，不斷完善數(shù)據(jù)庫；自保護(hù)模塊可以對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，避免木馬破壞，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

2 計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控模塊可以收集計(jì)算機(jī)程序的全部行為，包括攔截系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用和I/O 請(qǐng)求。利用檢測(cè)規(guī)則策略控制監(jiān)測(cè)模塊各個(gè)子模塊（如注冊(cè)表監(jiān)測(cè)、通信監(jiān)測(cè)等）的開啟或關(guān)閉狀態(tài)，以及設(shè)置監(jiān)控規(guī)則、監(jiān)控內(nèi)容。在檢測(cè)規(guī)則策略中有一份白名單，支持管理人員自定義白名單程序[1]。任何添加到白名單中的程序，在運(yùn)行時(shí)不受監(jiān)控模塊的監(jiān)視。白名單見表1。

表1 白名單示例

同樣，除了白名單中包含的程序，其余程序均默認(rèn)為“不可信程序”，需要密切監(jiān)視這些程序的行為。在首次檢測(cè)到某程序存在危險(xiǎn)行為時(shí)，監(jiān)控模塊會(huì)根據(jù)檢查結(jié)果執(zhí)行一個(gè)判斷“是否直接報(bào)警”的程序。若判斷為“是”，則報(bào)警并中止該程序運(yùn)行，將行為信息上報(bào)；若判斷為“否”，則將程序作為嫌疑程序進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。如果再次發(fā)現(xiàn)該程序存在危險(xiǎn)行為，則暫停程序運(yùn)行，并將行為信息上報(bào)。監(jiān)控模塊的執(zhí)行流程如圖2 所示。

圖2 監(jiān)控模塊執(zhí)行流程

2.2 信息收集模塊設(shè)計(jì)

該模塊可接收監(jiān)控模塊上傳的行為信息，并采用進(jìn)程、線程、代碼塊3 種方式進(jìn)行信息組織。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難易程度上看，代碼塊較為復(fù)雜，本文在設(shè)計(jì)時(shí)選擇進(jìn)程/線程方式組織信息，將木馬進(jìn)程和木馬啟動(dòng)進(jìn)程/線程的危險(xiǎn)行為進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到行為信息的集合，作為下一步行為判定的依據(jù)。在設(shè)計(jì)行為信息集合時(shí)，在頭部加入了一個(gè)“標(biāo)志”，其作用是標(biāo)示該行為信息下一步的處理措施。如果標(biāo)志為1，則后續(xù)處理中不再對(duì)該信息進(jìn)行判定，直接報(bào)警；如果標(biāo)志為0，則后續(xù)處理中需要對(duì)該行為信息做判定。信息收集模塊除了組織行為信息，還能記錄可疑程序創(chuàng)建或修改的文件、注冊(cè)表等信息，為響應(yīng)模塊徹底清除木馬提供了幫助。

2.3 行為判定模塊設(shè)計(jì)

該模塊是以創(chuàng)建的行為信息集合作為基礎(chǔ)，對(duì)該集合中所有行為的權(quán)值求和，計(jì)算結(jié)果即為程序的可疑度。將可疑度與設(shè)定閾值作對(duì)比，如果可疑度超出閾值，則將集合中的行為信息與木馬行為特征庫進(jìn)行對(duì)比，利用判定算法確定可疑程序是否為木馬。反之，如果可疑度低于閾值，則允許該程序繼續(xù)運(yùn)行。由此可見，在設(shè)計(jì)行為判定模塊時(shí)，閾值的設(shè)定至關(guān)重要。閾值設(shè)定偏高，會(huì)導(dǎo)致一些木馬無法被檢測(cè)出來；閾值設(shè)定偏低，導(dǎo)致行為信息減少，判斷結(jié)果失準(zhǔn)。本文在設(shè)計(jì)中，將可疑度的區(qū)間設(shè)定為[0，1]，閾值設(shè)定為0.8。

2.4 響應(yīng)模塊設(shè)計(jì)

該模塊會(huì)根據(jù)行為判定模塊提交的結(jié)果，對(duì)判定的嫌疑程序作出進(jìn)一步的操作。若嫌疑程序判定為木馬，則直接中止木馬程序的運(yùn)行，同時(shí)將木馬及其相關(guān)文件清除，并將該木馬的行為特征添加到木馬行為特征庫中，實(shí)現(xiàn)特征庫的更新。若嫌疑程序判定為非木馬，則根據(jù)設(shè)定的響應(yīng)方式做2 種操作：①響應(yīng)方式為“自動(dòng)”，則直接放行該程序，并繼續(xù)對(duì)該程序進(jìn)行密切監(jiān)控；②響應(yīng)方式為“手動(dòng)”，則將嫌疑程序報(bào)告給用戶，由用戶決定是否允許程序運(yùn)行[2]。響應(yīng)模塊的執(zhí)行流程如圖3 所示。

圖3 響應(yīng)過程

本文在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，將響應(yīng)模塊的響應(yīng)方式默認(rèn)為“自動(dòng)”，減少對(duì)用戶的打擾，用戶可在系統(tǒng)的“設(shè)置”選項(xiàng)中修改為“手動(dòng)”。

2.5 自保護(hù)模塊設(shè)計(jì)

該模塊的功能是對(duì)計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)中其他關(guān)鍵模塊進(jìn)行保護(hù)，使其免遭木馬的攻擊。自保護(hù)模塊與監(jiān)控模塊進(jìn)行信息共享，在監(jiān)控模塊發(fā)現(xiàn)有可疑程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)程構(gòu)成威脅，或者是準(zhǔn)備修改系統(tǒng)文件、注冊(cè)表時(shí)，會(huì)對(duì)該程序進(jìn)行報(bào)警；此時(shí)自保護(hù)模塊同步啟動(dòng)，實(shí)行雙進(jìn)程守護(hù)，保證系統(tǒng)進(jìn)程不受木馬程序的影響。

3 基于行為分析的計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 木馬行為分析方法

本文設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)，基于行為分析實(shí)現(xiàn)對(duì)“可疑程序是否為木馬程序”的判定。而完成這一判定的關(guān)鍵在于木馬行為的特征分析，在分析的基礎(chǔ)上歸納木馬行為特征，即可構(gòu)建起木馬行為特征庫。考慮到木馬程序的運(yùn)行會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)帶來破壞，因此本文在進(jìn)行木馬行為分析時(shí)，使用了VMware 虛擬機(jī)創(chuàng)建了虛擬的操作系統(tǒng)，將木馬程序放到虛擬環(huán)境下運(yùn)行，避免木馬程序?qū)χ鳈C(jī)造成破壞[3]。木馬行為分析步驟如下。

步驟1：運(yùn)行VMware 虛擬機(jī)，啟動(dòng)Process Monitor v3.03 系統(tǒng)監(jiān)控工具和Ice Sword v1.46 木馬檢測(cè)工具。

步驟2：在虛擬環(huán)境中運(yùn)行木馬程序，同時(shí)記錄木馬在虛擬系統(tǒng)中的行為，以分析日志形式保存。

步驟3：使用查殼工具Peid 查看木馬PE 信息，若該木馬存在加殼情況，則對(duì)其進(jìn)行脫殼處理。

步驟4：脫殼后，運(yùn)行反匯編軟件IDA v7.2，分析關(guān)鍵API 和行為動(dòng)作，分析結(jié)果以分析日志形式保存。

步驟5：重復(fù)步驟1—4，直到所有木馬樣本分析結(jié)束。

在木馬行為分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納木馬行為特征，建立木馬行為特征庫。

3.2 計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)的監(jiān)控模塊用于監(jiān)視和攔截程序可疑行為，如果監(jiān)控模塊無法精準(zhǔn)、及時(shí)地采集程序行為，那么后續(xù)的行為信息收集、行為判斷等各模塊均無法運(yùn)行。監(jiān)控模塊作為木馬檢測(cè)系統(tǒng)的核心，監(jiān)控對(duì)象主要由注冊(cè)表檢測(cè)、關(guān)鍵API 調(diào)用檢測(cè)和文件檢測(cè)等組成。這里以文件檢測(cè)為例，簡(jiǎn)述其實(shí)現(xiàn)過程。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)文件操作行為的監(jiān)控，必須了解文件訪問過程，Windows文件訪問過程如圖4 所示。

圖4 Windows 文件訪問過程

結(jié)合圖4 可知，文件訪問是由用戶模式調(diào)用文件操作API 發(fā)起，經(jīng)系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)傳遞到I/O 管理器，再由I/O 管理器生成IRP 請(qǐng)求；在請(qǐng)求響應(yīng)后，分別執(zhí)行文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序和存儲(chǔ)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序，從而實(shí)現(xiàn)文件訪問。基于上述訪問過程，可采取文件過濾驅(qū)動(dòng)方式對(duì)文件進(jìn)行監(jiān)控[4]。具體實(shí)現(xiàn)方式：在文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上附加一個(gè)過濾驅(qū)動(dòng)程序，該程序具有較高權(quán)限，可收集任意的Windows 文件操作行為。由于該驅(qū)動(dòng)程序采用分層結(jié)構(gòu)，I/O 管理會(huì)將其發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備上的IRP 先發(fā)送到設(shè)備棧中。這樣一來，文件過濾驅(qū)動(dòng)就能獲取IRP，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)控、截取的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的監(jiān)控。

3.2.2 響應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)可疑程序判定為木馬，響應(yīng)模塊立即報(bào)警，并通過彈窗形式顯示報(bào)警信息，主要有2 部分：①木馬程序所在位置，如C：WindowsSystem32 est.exe；②當(dāng)前操作，如終止進(jìn)程，文件清除。響應(yīng)模塊強(qiáng)制結(jié)束木馬程序的實(shí)現(xiàn)方法是調(diào)用PspTerminateThreadByPointer，具體實(shí)現(xiàn)方法如下。

步驟1：在“用戶模式”下，確定需要中止的木馬進(jìn)程PID，并將其傳遞給內(nèi)核模塊。

步驟2：在“內(nèi)核模式”下，調(diào)用PspTerminateThread－ByPointer，得到木馬程序的地址。

步驟3：調(diào)用PsLookupProcessByProcessId 獲取進(jìn)程的Eprocess，確定線程鏈表頭。

步驟4：遍歷線程鏈表，并結(jié)束線程，中止木馬程序[5]。

3.2.3 自保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)的自保護(hù)功能可以做到文件防刪、注冊(cè)表防改、進(jìn)程防結(jié)束等。該系統(tǒng)的自保護(hù)功能是基于雙進(jìn)程守護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，在有效抵抗木馬攻擊的基礎(chǔ)上，還能保證主進(jìn)程的穩(wěn)定運(yùn)行。雙進(jìn)程守護(hù)原理：在主進(jìn)程以外，同步運(yùn)行一個(gè)監(jiān)控進(jìn)程，負(fù)責(zé)對(duì)主進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果主進(jìn)程突然結(jié)束，則立即重啟主進(jìn)程。同時(shí)，在主進(jìn)程中也添加了一個(gè)監(jiān)控子線程，用于監(jiān)視監(jiān)控進(jìn)程。若監(jiān)控進(jìn)程突然結(jié)束，則立即重啟監(jiān)控進(jìn)程，如圖5 所示。將監(jiān)控模塊與自保護(hù)模塊相結(jié)合，共同構(gòu)成了自保護(hù)體系，很好地應(yīng)對(duì)木馬對(duì)本系統(tǒng)的惡意攻擊。

圖5 雙進(jìn)程守護(hù)原理

4 結(jié)束語

木馬攻擊是造成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)破壞和用戶信息泄露的主要因素，鑒于木馬具有隱藏性和破壞性，要想保障計(jì)算機(jī)的運(yùn)行安全和用戶的信息安全，必須要堅(jiān)持預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則。基于行為分析的計(jì)算機(jī)木馬檢測(cè)系統(tǒng)，通過監(jiān)控并采集程序信息，利用木馬行為特征庫與監(jiān)控信息做對(duì)比，判斷程序是否為木馬。在確定為木馬后，立即中止木馬程序的運(yùn)行，并恢復(fù)被木馬程序破壞的文件。該系統(tǒng)在準(zhǔn)確識(shí)別木馬、恢復(fù)受損文件等方面表現(xiàn)出突出優(yōu)勢(shì)，顯著提高了系統(tǒng)抗木馬攻擊的能力。