Overcoming reputation and proof-of-work systems in botnets

Reputation and proof-of-work systems have been outlined as methods bot masters will soon use to defend their peer-to-peer botnets. These techniques are designed to prevent sybil attacks, such as those that led to the downfall of the Storm botnet. To evaluate the effectiveness of these techniques, a botnet that employed these techniques was simulated, and the amount of resources required to stage a successful sybil attack against it measured. While the proof-of-work system was found to increase the resources required for a successful sybil attack, the reputation system was found to lower the amount of resources required to disable the botnet.

Lutte aux botnets : les politiques de prévention s'avèrent-elles efficaces?

Les alertes que nos logiciels antivirus nous envoient ou encore les différents reportages diffusés dans les médias nous font prendre conscience de l'existence des menaces dans le cyberespace. Que ce soit les pourriels, les attaques par déni de service ou les virus, le cyberespace regorge de menaces qui persistent malgré les efforts qui sont déployés dans leur lutte. Est-ce que cela a à voir avec l'efficacité des politiques en place actuellement pour lutter contre ce phénomène? Pour y répondre, l'objectif général du présent mémoire est de vérifier quelles sont les politiques de prévention (lois anti-pourriel, partenariats publics-privés et démantèlements de botnets) qui influencent le plus fortement le taux de menaces informatiques détectées, tout en s'attardant également à l'effet de différents facteurs socio-économiques sur cette variable. Les données collectées par le logiciel antivirus de la compagnie ESET ont été utilisées. Les résultats suggèrent que les partenariats publics-privés offrant une assistance personnalisée aux internautes s'avèrent être la politique de prévention la plus efficace. Les démantèlements de botnets peuvent également s'avérer efficaces, mais seulement lorsque plusieurs acteurs/serveurs importants du réseau sont mis hors d'état de nuire. Le démantèlement du botnet Mariposa en est un bon exemple. Les résultats de ce mémoire suggèrent que la formule partenariats-démantèlements serait le choix le plus judicieux pour lutter contre les cybermenaces. Ces politiques de prévention possèdent toutes deux des méthodes efficaces pour lutter contre les menaces informatiques et c'est pourquoi elles devraient être mises en commun pour assurer une meilleure défense contre ce phénomène.

Detecting Botnets Through Log Correlation

Botnets, which consist of thousands of compromised machines, can cause a significant threat to other systems by launching Distributed Denial of Service attacks, keylogging, and backdoors. In response to this threat, new effective techniques are needed to detect the presence of botnets. In this paper, we have used an interception technique to monitor Windows Application Programming Interface system calls made by communication applications. Existing approaches for botnet detection are based on finding bot traffic patterns. Our approach does not depend on finding patterns but rather monitors the change of behaviour in the system. In addition, we will present our idea of detecting botnet based on log correlations from different hosts.

An evaluation of current and future botnet defenses

Botnets are large networks of compromised machines under the control of a bot master. These botnets constantly evolve their defences to allow the continuation of their malicious activities. The constant development of new botnet mitigation strategies and their subsequent defensive countermeasures has lead to a technological arms race, one which the bot masters have significant incentives to win. This dissertation analyzes the current and future states of the botnet arms race by introducing a taxonomy of botnet defences and a simulation framework for evaluating botnet techniques. The taxonomy covers current botnet techniques and highlights possible future techniques for further analysis under the simulation framework. This framework allows the evaluation of the effect techniques such as reputation systems and proof of work schemes have on the resources required to disable a peer-to-peer botnet. Given the increase in the resources required, our results suggest that the prospects of eliminating the botnet threat are limited.

Evaluation of TFTP DDoS Amplification Attack.

Web threats are becoming a major issue for both governments and companies. Generally, web threats increased as much as 600% during last year (WebSense, 2013). This appears to be a significant issue, since many major businesses seem to provide these services. Denial of Service (DoS) attacks are one of the most significant web threats and generally their aim is to waste the resources of the target machine (Mirkovic & Reiher, 2004). Dis-tributed Denial of Service (DDoS) attacks are typically executed from many sources and can result in large traf-fic flows. During last year 11% of DDoS attacks were over 60 Gbps (Prolexic, 2013a). The DDoS attacks are usually performed from the large botnets, which are networks of remotely controlled computers. There is an increasing effort by governments and companies to shut down the botnets (Dittrich, 2012), which has lead the attackers to look for alternative DDoS attack methods. One of the techniques to which attackers are returning to is DDoS amplification attacks. Amplification attacks use intermediate devices called amplifiers in order to amplify the attacker's traffic. This work outlines an evaluation tool and evaluates an amplification attack based on the Trivial File Transfer Proto-col (TFTP). This attack could have amplification factor of approximately 60, which rates highly alongside other researched amplification attacks. This could be a substantial issue globally, due to the fact this protocol is used in approximately 599,600 publicly open TFTP servers. Mitigation methods to this threat have also been consid-ered and a variety of countermeasures are proposed. Effects of this attack on both amplifier and target were analysed based on the proposed metrics. While it has been reported that the breaching of TFTP would be possible (Schultz, 2013), this paper provides a complete methodology for the setup of the attack, and its verification.

Using Markets and Spam to Combat Malware

We propose an economic mechanism to reduce the incidence of malware that delivers spam. Earlier research proposed attention markets as a solution for unwanted messages, and showed they could provide more net benefit than alternatives such as filtering and taxes. Because it uses a currency system, Attention Bonds faces a challenge. Zombies, botnets, and various forms of malware might steal valuable currency instead of stealing unused CPU cycles. We resolve this problem by taking advantage of the fact that the spam-bot problem has been reduced to financial fraud. As such, the large body of existing work in that realm can be brought to bear. By drawing an analogy between sending and spending, we show how a market mechanism can detect and prevent spam malware. We prove that by using a currency (i) each instance of spam increases the probability of detecting infections, and (ii) the value of eradicating infections can justify insuring users against fraud. This approach attacks spam at the source, a virtue missing from filters that attack spam at the destination. Additionally, the exchange of currency provides signals of interest that can improve the targeting of ads. ISPs benefit from data management services and consumers benefit from the higher average value of messages they receive. We explore these and other secondary effects of attention markets, and find them to offer, on the whole, attractive economic benefits for all – including consumers, advertisers, and the ISPs.

Le capital virtuel : entre compétition, survie et réputation

Les avancées technologiques liées à l’internet ont permis une démocratisation des outils de communication et une transformation des relations interpersonnelles. L’impact de ces changements s’est ressenti autant dans la sphère légitime que dans les marchés criminels. Ces derniers ont migré, au cours des dernières années, vers des plateformes en ligne qui leur permettent de mieux gérer les risques associés avec leurs activités illégales. Cette thèse s’intéresse à l’impact de l’internet sur la criminalité et sur l’adaptation des criminels à cet environnement virtuel. Ces derniers forment maintenant des communautés en ligne et gardent le contact entre eux à l’aide de salles de clavardage et de forums de discussions. Nous nous intéresserons dans cette thèse à trois formes particulières de crime soit la fraude de propriété intellectuelle (la scène des warez), le piratage d’ordinateurs (les botnets) ainsi que la fraude de données personnelles et financières (le carding). Chacune de ces formes de crime sera analysée à l’aide d’un article publié ou présentement en évaluation. L’article sur la scène des warez décrit l'organisation sociale ainsi que la distribution de la reconnaissance dans la communauté des pirates informatiques. Les systèmes de délinquance (Sutherland, 1947) et l’individualisme réseauté (Boase & Wellman, 2006) sont utilisés pour théoriser l'organisation sociale et la distribution de la reconnaissance dans la scène warez. L’article sur les botnets tente de comprendre la distribution de la réputation dans une communauté de criminels. En utilisant les données d’un forum de discussion où des botmasters louent et achètent des biens et services illégaux, cette recherche modélise les facteurs qui permettent d’augmenter le niveau de réputation de certains acteurs. Finalement l’article sur le carding mesure le lien entre la réputation telle que développée par Glückler & Armbrüster (2003) et la performance criminelle. Notre thèse démontre que l’internet a eu un effet transformateur sur la criminalité à six niveaux : 1) l’augmentation de la facilité à trouver des co-criminels; 2) l’augmentation de la compétition entre les criminels; 3) l’augmentation du nombre de victimes; 4) la diminution des risques d’arrestation; 5) l’augmentation du taux de réussite des criminels et; 6) les changements dans l’équilibre entre criminels, victimes et protecteurs. Elle nous permet également de démontrer l’importance de la réputation, le capital virtuel, dans les marchés criminels en ligne.

Characterizing Internet worm spatial-temporal infection structures

Since the Morris worm was released in 1988, Internet worms continue to be one of top security threats. For example, the Conficker worm infected 9 to 15 million machines in early 2009 and shut down the service of some critical government and medical networks. Moreover, it constructed a massive peer-to-peer (P2P) botnet. Botnets are zombie networks controlled by attackers setting out coordinated attacks. In recent years, botnets have become the number one threat to the Internet. The objective of this research is to characterize spatial-temporal infection structures of Internet worms, and apply the observations to study P2P-based botnets formed by worm infection. First, we infer temporal characteristics of the Internet worm infection structure, i.e., the host infection time and the worm infection sequence, and thus pinpoint patient zero or initially infected hosts. Specifically, we apply statistical estimation techniques on Darknet observations. We show analytically and empirically that our proposed estimators can significantly improve the inference accuracy. Second, we reveal two key spatial characteristics of the Internet worm infection structure, i.e., the number of children and the generation of the underlying tree topology formed by worm infection. Specifically, we apply probabilistic modeling methods and a sequential growth model. We show analytically and empirically that the number of children has asymptotically a geometric distribution with parameter 0.5, and the generation follows closely a Poisson distribution. Finally, we evaluate bot detection strategies and effects of user defenses in P2P-based botnets formed by worm infection. Specifically, we apply the observations of the number of children and demonstrate analytically and empirically that targeted detection that focuses on the nodes with the largest number of children is an efficient way to expose bots. However, we also point out that future botnets may self-stop scanning to weaken targeted detection, without greatly slowing down the speed of worm infection. We then extend the worm spatial infection structure and show empirically that user defenses, e.g. , patching or cleaning, can significantly mitigate the robustness and the effectiveness of P2P-based botnets. To counterattack, we evaluate a simple measure by future botnets that enhances topology robustness through worm re-infection.

Spam campaign detection, analysis, and formalization

Les courriels Spams (courriels indésirables ou pourriels) imposent des coûts annuels extrêmement lourds en termes de temps, d’espace de stockage et d’argent aux utilisateurs privés et aux entreprises. Afin de lutter efficacement contre le problème des spams, il ne suffit pas d’arrêter les messages de spam qui sont livrés à la boîte de réception de l’utilisateur. Il est obligatoire, soit d’essayer de trouver et de persécuter les spammeurs qui, généralement, se cachent derrière des réseaux complexes de dispositifs infectés, ou d’analyser le comportement des spammeurs afin de trouver des stratégies de défense appropriées. Cependant, une telle tâche est difficile en raison des techniques de camouflage, ce qui nécessite une analyse manuelle des spams corrélés pour trouver les spammeurs. Pour faciliter une telle analyse, qui doit être effectuée sur de grandes quantités des courriels non classés, nous proposons une méthodologie de regroupement catégorique, nommé CCTree, permettant de diviser un grand volume de spams en des campagnes, et ce, en se basant sur leur similarité structurale. Nous montrons l’efficacité et l’efficience de notre algorithme de clustering proposé par plusieurs expériences. Ensuite, une approche d’auto-apprentissage est proposée pour étiqueter les campagnes de spam en se basant sur le but des spammeur, par exemple, phishing. Les campagnes de spam marquées sont utilisées afin de former un classificateur, qui peut être appliqué dans la classification des nouveaux courriels de spam. En outre, les campagnes marquées, avec un ensemble de quatre autres critères de classement, sont ordonnées selon les priorités des enquêteurs. Finalement, une structure basée sur le semiring est proposée pour la représentation abstraite de CCTree. Le schéma abstrait de CCTree, nommé CCTree terme, est appliqué pour formaliser la parallélisation du CCTree. Grâce à un certain nombre d’analyses mathématiques et de résultats expérimentaux, nous montrons l’efficience et l’efficacité du cadre proposé.