Botnet是一群感染惡意軟體並受駭客控制的電腦，是許多網路安全威脅的主要來源(Sun et al, 2006)。駭客可控制多台電腦進行不同種類的攻擊，包括分散式阻斷服務攻擊(DDoS)、發送垃圾郵件及釣魚郵件、破解密碼、偷取敏感個人資料等。而且Botnet的技術更是日新月異，造成的損失也越來越大，再加上一般民眾使用電腦沒有警覺心，更助長Botnet的擴張，造成網管人員很大的困擾。
ps
attackers can use botnets to perform:
*ddos attacks
*spamming
*sniffing traffic
*keylogging
*spreading new malware
*installing advertisement add-ons and BHOs(browser helper objects)
*google adsense abuse
*attacking IRC chat networks
*manipulating online polls/games
*mass identity theft
Botnet的組成
可分為三部份(Wang et al, 2008)，分別描述如下：
Botmaster：
也就是駭客本身，也可稱為Botheader，主要透過網路傳達命令給Botnet並設法讓自己隱藏而不被找到。
Botclient：
也稱為Bot，一但Botmaster透過惡意程式控制到使用者的電腦，讓該電腦處理被遙控的狀態時，該電腦則為Botclient。一般來說，Botclient很難察覺到自己是否已經成為Botnet的一份子，網管人員更難發現區域網路內有多少電腦中已經被Botmaster所操控。
C&C Server (Command and Control Server)：
接收Botmaster命令的伺服器，負責命令的傳遞與控制整個Botnet，Botmaster可經由C&C Server知道整個Botnet的Botclient數量及相關資訊。
Botnet的感染流程
感染流程主要分為四大步驟(Kalt, 2000; Zhu et al, 2008; Feily et al, 2009)，分別描述如下：
Step1.
Botnet中的成員會透過不同的方式感染主機，常見的感染途經有
(a)掃描有弱點的主機：
類似蠕蟲(worms)的感染模式，會掃描網路上的主機，
在對有弱點的主機，以不同的入侵方法感染受害主機。
(b)傳送惡意訊息：
在信件或即時訊息中，夾帶惡意程式誘導使用者開啟，
或提供惡意網頁的超連結誘導使用者點擊，一但使用者觸發惡意程式就會被入侵。
(c)攜帶式儲存設備：
如同傳統的病毒感染模式，透過隨身碟等可攜帶式的儲存設備，
將惡意程式散播到有使用該設備的電腦，
一但使用者點擊偽裝成正常程式的惡意程式就會被感染。
Step2.
被感染的受害主機會從C&C Server或特別的位置，使用FTP、HTTP、P2P等方式下載並安裝相關Malicious Binary，或稱Bot Binary Code，受害主機一但安裝成功，就會成Botnet的其中一台Botclient
Step3.
Botclient會重覆Step1擴大Botnet範圍，並和C&C Server建立起命令和控制的通道，接著Botmaster就可以透過C&C Server的通道傳播指令給所有Botclient，而Botclient會接收並執行Botmaster的指令
Step4.
Botclient會透過C&C Server持續更新惡意程式本身，常見的理由如下
(a)躲避偵測系統：
惡意程式必須不斷更新以改變特徵，使偵測系統無法立即發現
(b)增加新功能：
Botmaster要增加惡意程式的新功能
(c)更換C&C Server：
C&C Server每隔一段時間會有變動以降低被發現的機率，
因此惡意程式要不斷更新C&C Server的清單
ps:
以agobot為例
Agobot infect step:
1 mode of infection
2 massive spreading stage
3 connect back to IRC
4 attacker takes control of the victim’s computer
C&C Server的拓樸模式
由於Botnet的資料交換與訊息的傳輸主要依賴C&C Server，因此C&C Server的拓樸模式會決定整個Botnet的架構，常見的拓樸模式主要可分為以下幾種：(Ollmann, 2009)
星狀拓樸
所有的Botclient連到同一台C&C Server，Botmaster只要透過此Server就可控制整個Botnet，不過缺點是當Server無法使用時，Botmaster就無法控制整個Botnet，此種拓樸架構也是最容易被瓦解的，因為只要找到一台C&C Server，就可以將整個Botnet破壞掉。
多重Server拓樸
以數台C&C Server彼此互連，當其中一台C&C Server無法使用時，其他的Server將取代它，使Botnet能正常運作，此種拓樸架構可以解決星狀拓樸的缺點，但為了讓Server彼此之間要能互相連繫，所以在設計上困難度較高，因為需要隨時取代其他C&C Server進行工作。
階層式拓樸
部份Botclient同時也扮演C&C Server的角色，並以階層式架構互連，提供極高的可擴充性，此種拓樸架構可以解決星狀拓樸的缺點，因為當某一個階層的C&C Server斷線，只會導致一部分的Botclients失聯，而不是讓整個Botnet 失去作用。
隨機式拓樸
最不容易被瓦解的拓樸架構為隨機式拓樸，Botclient會同時扮演C&C Server的角色，並彼此相連，沒有中控Server，任何一個C&C Server失去聯繫，也不會影響到其他的Botclient，Botmaster可下達指令給Botnet中的任一個Botclient，再由它廣播給其他的Botclients，但其設計難度較高，Botmaster必須確認每一個Botclient都可以收到指令，而且只會收到一次，以避免重複執行。
Botnet通訊使用的協定
Botclient會接收Botnet的所傳來的訊息並回應其結果，這之間的傳輸方式，依照使用的通訊協定可以分為以下幾類：(Dagon et al, 2007; Zhu et al, 2008; Feily et al, 2009)
IRC Protocol
最早出現的Botnet以IRC為通訊協定，約在1993年開始陸續出現，主要利用IRC線上聊天的機制。Botclient會透過IRC連接到C&C Server，並加入Botmaster已開好的聊天頻道，並等待Botmaster在頻道上所下達的命令，當Botclient接受命令後會執行並將結果傳回頻道上，並持續與C&C Server保持連繫。像是Agobot、SDBot、 SpyBot、GT bot(Barford et al, 2006)等惡意程式所建立的Botnet，都是屬於這類型的。
HTTP Protocol
在2005開始出現使用以HTTP為通訊協定的Botnet，此種方式將Botclient的流量隱藏在正常網頁流量下，隱蔽性高，這種傳輸方式讓防火牆難偵測，因為防火牆不會去阻擋網頁流量。當電腦成為Botnet的一員後，會用DNS解析並透過HTTP通訊協定連到C&C Server，而C&C Server會回應控制命令或更新惡意程式。像是BlackEnergy(Nazario, 2007)等惡意程式所建立的Botnet，都是屬於這類型的。(Lee et al, 2008)
P2P Protocol
在2003開始出現使用以P2P為通訊協定的Botnet，P2P軟體的架構為一種點對點式的傳輸方式，此方式將Botclient與Botmaster之間的流量包裝在P2P的傳輸中，使來源的追蹤更加困難，該方式會實作隨機式拓樸架構，因此每個Botclient也會扮演C&C Server的角色，也是最不容易被瓦解的架構(Zeidanloo et al,2010; Han et al, 2011)。像是phatbot(Stewart, 2004)、Sinit(Stewart, 2006)和peacomn(Suenaga, 2007)等惡意程式所建立的Botnet，都是屬於這類型的。
除此之外，有些Botnet也會結合多種通訊協定，像在2008年出現的waledac(Jang, 2009)，就是使用P2P over HTTP的技術，結合HTTP不易被防火牆封鎖，以及P2P隨機式拓樸架構的優點。
botnet特徵
web botnet
會透過DNS大量查詢
會透過 HTTP 及 TCP 傳輸下載檔案
會開啟特定的 port 進行連線與溝通
p2p botnet
會模仿P2P軟體的架構大量建立連線,也就是說該殭屍電腦連線數瞬間連結數會極多
會保持bot間彼此間連線,所以會保持資料的傳輸,也就是每條連線都有一定程度上的傳輸量
會盡量用最小的資料量通訊,以保持隱密不被發現,也就是小流量的連線多
不會追求下載速度,也不會一直嘗試大量IP建立連結並下載資料，也就是通訊中的控制封包(syn,finish,reset)數量或比例應遠低於P2P軟體
botnet三大行為
1擴散行為,通常包括
scan(網路掃描)尋找目標
exploit(漏洞攻擊)入侵目標
2通訊行為,包括以下
DNS query(查詢dns)尋找C&C之ip
與C&C通訊
malware download or update(惡意程式下載或更新)
3惡意行為,botmaster最常做的如下
DDoS Attacks
偷取資料
浪費頻寬
透過大量bot形成雲端破解密碼
Botnet的隱密技術
Botnet可以透過很多隱敝技術(Rodriguez-Gomez et al, 2011)，以躲避安全偵測系統，常見的技術如下
Ciphering(加密)
現在的Botnet通常會在C&C的通訊過程中加密，以通訊內容為基礎的分析方法會很難辨識加密過的Botnet，像是SpamThru(Stewart, 2006)和Zeus(Stewart, 2010)就有使用這種技術。
Polymorphism(多形)
Botnet使用的惡意程式透過多形的技術，可以輕易改變惡意程式本身的程式碼，導致惡意程式的特徵產生變化，這會使以特徵為基礎的偵測系統很難發現到它們的存在，因為惡意程式變化太快，偵測系統的特徵碼很難及時得到惡意程式的新特徵，像是PhatBot(Stewart, 2004)和Zeus(Stewart, 2010)就有使用這種技術。
IP Spoofing(假冒IP來源)
使用假的來源IP對目標進行攻擊，因此很難透過追蹤來源的方式找到攻擊者，常被用在Botnet進行阻斷式服務攻擊(DoS)。
E-mail Spoofing(假冒寄件者)
使用假的EMAIL寄件者對目標進行攻擊，因此很難透過追蹤來源的方式找到攻擊者，常被用在社交工程的釣魚網站(phishing attacks)，目前有使用該技術的Botnet有Bobax(Stewart, 2004)等。
Fast-flux Network
當Botclient要連線到C&C Server的網域時，會先進行dns查詢以得到該網域的某一個IP，而該ip則為某一台代理主機的ip，當Botclient使用該ip連到代理主機時，代理主機會將連線導到真正的C&C Server，由於代理主機會有很多台，並使用不同的ip，因此若被封鎖，也只是某一台代理主機無法使用而已，Botclient仍然可以使用其他代理主機和C&C Server通訊。
fast flux分為以下兩種,主要在dns query的差別
single fast flux
詢問的ns server IP固定
向monthership要求的資料只有http
double fast flux
詢問的ns server IP變動的,須和monthership查
向monthership要求的資料有http,dns
onion routing(洋蔥路由)
防止C&C server被發現
ps:
fast-flux網域有以下特性
TTL設定0或極低(通常小於300秒),會使快取保留越短,讓每次解析網域時在去做完整查詢,而不是使用快取的資料
(正常情況下第一次查詢完該網域的ip後,會保留在快取中,讓下次要查該網域時可直接使用,但CDN的TTL也設定很低)
使用round-robin,所以解析主機時會得到不同IP
(正常情況下每次解析主機會有相同IP,但一般網站為了負載平衡會使用round-robin技術)
DNS回應紀錄都沒有Authority與Additional資訊
fast-flux bot(也就是查詢所得到的ip)
有以下2特徵
1為public ip
2具proxy功能,可對tcp80或udp53做導向
負責2件事
1proxy(流量導向)需求到mothership(真正提供內容的伺服器)
2在從monthership回應的內容傳回去
user特徵
而使用者在查詢flux-domain時會發現該domai會對應多個ip,如下,而且每個ip都對應到相同的內容
88.215.17.167
67.51.31.108
66.183.201.90
70.57.67.175
23.14.118.126
95.32.70.105
66.163.159.63
68.247.85.44
Botnet防制
有很多方法可以防制Botnet，而這些方法可以從兩個方向去實作，分別描述如下(Brezo et al, 2011)
以學習為基礎的方向：
研究人員使用一台主機建立成Honeypot(Challoo et al, 2011)，並誘使Botnet的惡意程式感染這台主機，一但該主機成為Botnet的成員，分析人員在觀察此主機的相關活動，像是網路活動或是系統活動，並從這些活動找出Botnet的弱點或活動規則，或搭配機器學習的技術找出相關規則。
除了Honeypot的方式外，另一種常見的方式是透過Honeynet(Bhatia et al, 2011)的方式，雖然都要誘使Botnet感染本身，在由分析人員收集相關活動，但與Honeypot不同的是，Honeypot是以單台主機做記錄，而Honeynet是建立一個網路，而網路內有多台主機，因此規模可以更大，收集的相關資料也更全面。
在誘使Botnet感染Honeypot方面，我們可以直接將惡意程式丟入Honeypot內執行，並記錄惡意程式的活動以做成資料集，在對資料集進行分析；或是架設在網路上，讓網路上的惡意程式直接感染Honeypot，在收集已知或未知的惡意程式找出其弱點。一但找到Botnet的弱點，我們就可以根據該弱點對Botnet進行擊破。
以偵測為基礎的方向：
透過Botnet的行為或特徵找出問題，像是有問題的封包，有問題的用戶端等，而偵測方式可以分為兩種，分別為誤用偵測及異常偵測(Patcha et al, 2007; Li et al, 2009)，誤用偵測指的是以現有的Botnet規則去找出問題，一但符合Botnet的規則，則判定為Botnet；而異常偵測指的是，先定義正常使用者行為的規則，而未符合這些正常使用者行為的規則即為Botnet。
而根據偵測的地點也可以分為以主機型偵測系統和網路型偵測系統。主機型偵測系統的偵測方式類似防毒軟體，安裝在主機上後會監控主機各種活動；而網路型偵測系統會根據主機的網路流量做偵測，像是入侵偵測系統、防毒牆等設備的工作方式，而這些偵測系統有些是佈署在網路骨幹線路上，一發現問題即可立刻封鎖；有些是以監聽網路流量的方式做偵測，一但發現有問題則通知管理者。
ps:
關於botnet tool: nuclear bot
reference
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