基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測

蔣鴻玲，邵秀麗

(南開大學(xué)信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院，天津300071)

近年來，僵尸網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展使因特網(wǎng)面臨嚴(yán)重的安全威脅.僵尸網(wǎng)絡(luò)是攻擊者(botmaster)通過傳播僵尸程序控制大量主機(jī)，通過命令與控制信道(command and control，C＆C)與僵尸主機(jī)通信并發(fā)布命令［1］.攻擊者利用僵尸網(wǎng)絡(luò)可發(fā)起多種攻擊，如分布式拒絕服務(wù)攻擊、垃圾郵件、信息竊取等［2］.

目前主流的僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測方法是通過分析網(wǎng)絡(luò)流量來檢測.文獻(xiàn)［3］通過昵稱檢測IRC僵尸網(wǎng)絡(luò);文獻(xiàn)［4］通過PageRank算法計算主機(jī)級別，再根據(jù)已知的僵尸網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行檢測;文獻(xiàn)［5］通過網(wǎng)絡(luò)通信圖識別P2P網(wǎng)絡(luò)，再利用外部系統(tǒng)提供的信息區(qū)分合法P2P網(wǎng)絡(luò)與P2P僵尸網(wǎng)絡(luò);文獻(xiàn)［6-7］通過識別僵尸主機(jī)的惡意行為檢測僵尸網(wǎng)絡(luò).這些僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測方法或者需要數(shù)據(jù)包的內(nèi)部信息，無法檢測加密的僵尸網(wǎng)絡(luò);或者依賴外部系統(tǒng)提供信息，不能獨(dú)立進(jìn)行檢測;或者依賴僵尸主機(jī)的惡意行為，在僵尸主機(jī)不發(fā)起攻擊時，不能有效檢測出僵尸網(wǎng)絡(luò).大多數(shù)現(xiàn)有的檢測方法無法自動學(xué)習(xí)僵尸的網(wǎng)絡(luò)流量特征，檢測系統(tǒng)無法自動進(jìn)行檢測學(xué)習(xí)，沒有聯(lián)想記憶功能，因此本文提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測方法，用大量的樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，然后用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器模型檢測僵尸網(wǎng)絡(luò).本文的檢測方法的優(yōu)點(diǎn)是:1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)只需要數(shù)據(jù)包頭部信息，不需要數(shù)據(jù)包的內(nèi)部信息，可以檢測加密的僵尸網(wǎng)絡(luò);2)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測系統(tǒng)不依賴外部系統(tǒng)提供僵尸網(wǎng)絡(luò)的信息，能獨(dú)立完成檢測;3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器關(guān)注僵尸主機(jī)的控制命令流量，不依賴僵尸網(wǎng)絡(luò)的惡意行為，在僵尸主機(jī)處于“發(fā)呆”狀態(tài)下仍能檢測出僵尸網(wǎng)絡(luò);4)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器能自動記憶僵尸網(wǎng)絡(luò)的流量特征，當(dāng)新的流量達(dá)到，能快速得出檢測結(jié)果.

1 僵尸網(wǎng)絡(luò)流量的特征分析

要通過網(wǎng)絡(luò)流量檢測僵尸網(wǎng)絡(luò)，首先要明確僵尸網(wǎng)絡(luò)流量的特征.僵尸主機(jī)既有惡意攻擊行為也有C＆C通信［6］.僵尸主機(jī)不會持續(xù)不斷地進(jìn)行惡意攻擊，在Botmaster給僵尸主機(jī)發(fā)布命令前，僵尸主機(jī)保持“發(fā)呆”狀態(tài)，不發(fā)起任何攻擊［8］.此外，僵尸主機(jī)的攻擊往往很隱蔽，很難通過網(wǎng)絡(luò)流量檢測出來［9］.相比之下，C＆C 通信存在于僵尸網(wǎng)絡(luò)的整個生命周期中，因此本文通過識別僵尸網(wǎng)絡(luò)的C＆C流量進(jìn)行檢測.

為了有效識別出僵尸網(wǎng)絡(luò)的C＆C通信，首先確定最能區(qū)分出僵尸網(wǎng)絡(luò)的C＆C通信流量和正常流量的特征.被僵尸網(wǎng)絡(luò)感染的用戶并不知道自己已被感染，仍然進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)活動，同時僵尸程序偷偷在后臺執(zhí)行，因此僵尸主機(jī)既有正常的流量也有僵尸網(wǎng)絡(luò)流量.如果以被測網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)作為分析對象，僵尸網(wǎng)絡(luò)流量的特征會被大量正常流量覆蓋，因此本文將被測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部主機(jī)和外部主機(jī)作為一個主機(jī)對，以主機(jī)對作為分析對象，這樣可以有效分離出與內(nèi)部主機(jī)通信的合法主機(jī)和僵尸主機(jī).

為提取僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對的特征，首先分析僵尸網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)對和正常主機(jī)對的區(qū)別.僵尸主機(jī)為了獲取命令或者更新，需要頻繁/周期性地連接C＆C服務(wù)器或者其他僵尸主機(jī)［10-11］.與正常流量相比，僵尸主機(jī)間的C＆C通信一般字節(jié)數(shù)較小，并且持續(xù)時間較短.而主機(jī)對的一次通信會形成一個流，因此主機(jī)對的通信特征可通過分析主機(jī)對間流的特征提取出來.由于僵尸網(wǎng)絡(luò)通常采用TCP協(xié)議通信，因此本文只分析TCP流，并提取主機(jī)對的TCP流的特征，而不考慮其他僵尸網(wǎng)絡(luò)流量特征，本文提取主機(jī)對的特征包括:

1)通信次數(shù)，即TCP流個數(shù);

2)前后2次通信的時間間隔的平均值;

3)前后2次通信的時間間隔變化的平均值;

4)TCP流的字節(jié)數(shù)平均值;

5)TCP流的數(shù)據(jù)包個數(shù)平均值;

6)TCP流的持續(xù)時間平均值.

提取出這些特征后，每個主機(jī)對即可用1個六維的特征向量表示，特征向量的每一維表示主機(jī)對的一個特征.

2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測模型

首先用大量樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，然后用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器檢測僵尸網(wǎng)絡(luò).圖1為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測模型.

圖1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測模型Fig.1 Botnet detection model based on neural network

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的僵尸檢測過程如下:

1)捕獲網(wǎng)絡(luò)流量.主要獲取被測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部主機(jī)和外部主機(jī)通信的數(shù)據(jù)包.2)形成流.2個主機(jī)間的一次通信會形成一個流，因此將原始數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為流.3)提取主機(jī)對的特征.主機(jī)對是指2個互相通信的主機(jī)，即被測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部主機(jī)及與其通信的外部主機(jī).本文的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測模型以主機(jī)對作為分析對象，是為了分離出與內(nèi)部被感染主機(jī)通信的合法主機(jī)和僵尸主機(jī).4)特征值預(yù)處理.對提取的主機(jī)對特征進(jìn)行預(yù)處理，通過歸一化操作使各個特征值的取值在同一范圍內(nèi).5)分類器設(shè)計.根據(jù)特征向量設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器各層神經(jīng)元的個數(shù).6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器訓(xùn)練.利用具有類標(biāo)簽的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器.7)僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測.利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器檢測測試數(shù)據(jù)集中的僵尸網(wǎng)絡(luò)，得到檢測結(jié)果.

其中，1)～4)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及預(yù)處理;5)～6)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的形成;7)是利用訓(xùn)練好的分類器檢測僵尸網(wǎng)絡(luò).

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及預(yù)處理

為了得到檢測性能好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，首先要準(zhǔn)備訓(xùn)練數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理.訓(xùn)練數(shù)據(jù)要能體現(xiàn)出僵尸網(wǎng)絡(luò)流量的特征，區(qū)分出正常流量和僵尸網(wǎng)絡(luò)流量.訓(xùn)練數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及預(yù)處理包括3個過程，首先是網(wǎng)絡(luò)流量捕獲，然后是流的形成，最后是主機(jī)對特征的提取和預(yù)處理.

2.1 .1 網(wǎng)絡(luò)流量捕獲

網(wǎng)絡(luò)流量捕獲主要抓取被測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部主機(jī)與外部主機(jī)通信的數(shù)據(jù)包.圖2為網(wǎng)絡(luò)流量捕獲圖.本文通過交換機(jī)端口鏡像技術(shù)采集真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的流量.流量采集器運(yùn)行tcpdump工具捕獲被測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)訪問Internet的流量，由于僵尸網(wǎng)絡(luò)通常采用TCP協(xié)議通信，因此只采集TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，每個小時新建一個pcap文件存儲數(shù)據(jù)包.數(shù)據(jù)解析器將采集的原始數(shù)據(jù)解析為文本文件，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中.真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的流量都標(biāo)記為非僵尸網(wǎng)絡(luò)流量，僵尸網(wǎng)絡(luò)流量通過模擬產(chǎn)生，并導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中，同時標(biāo)記為僵尸網(wǎng)絡(luò)流量.

圖2 網(wǎng)絡(luò)流量捕獲結(jié)構(gòu)Fig.2 Architecture of traffic capture

2.1 .2 流的形成

主機(jī)間的一次TCP通信會形成一個TCP流，因此首先將捕獲的原始TCP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為TCP流.具有相同五元組(本地IP地址、本地端口號、遠(yuǎn)程IP地址、遠(yuǎn)程端口號、協(xié)議)的數(shù)據(jù)包集合構(gòu)成一個流，同時滿足前后相鄰的2個數(shù)據(jù)包的時間間隔小于閾值Tin(實驗中Tin=60 s).其中本地IP地址和本地端口號是被測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)的IP地址和端口號，遠(yuǎn)程IP地址和遠(yuǎn)程端口號是被測網(wǎng)絡(luò)外的主機(jī)的IP地址和端口號.

一個TCP流通常以3次握手(SYN，SYN-ACK，ACK)開始，4 次握手(FIN，ACK，F(xiàn)IN，ACK)或者RST包結(jié)束.因此首先按照五元組對數(shù)據(jù)包分組，組中按照時間排序，每組從第1個數(shù)據(jù)包開始掃描，找出TCP 3次握手包作為TCP流的開始，TCP 4次握手包或者RST包作為TCP流的結(jié)束，從開始到結(jié)束的所有數(shù)據(jù)包組成一個TCP流.記錄每個TCP流，包括如下屬性:本地IP地址、本地端口號、遠(yuǎn)程IP地址、遠(yuǎn)程端口號、流的開始時間、流的結(jié)束時間、流中數(shù)據(jù)包個數(shù)和流的字節(jié)數(shù).

2.1 .3 特征提取及預(yù)處理

根據(jù)第1節(jié)所述，以主機(jī)對為分析對象，提取主機(jī)對通信的流的特征，每個主機(jī)對有6個特征，這樣，即可用下維向量表示一個主機(jī)對.

為了提高僵尸網(wǎng)絡(luò)的檢測率，在訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器前，需要對特征值進(jìn)行預(yù)處理.2.1.2中提取出的主機(jī)對的各個特征值的取值范圍差別很大，如果直接用提取出的特征向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入，則訓(xùn)練的效果會受取值較大的特征值所影響，因此要對特征值歸一化處理.歸一化操作將所有特征值映射到相同的范圍內(nèi)，能有效提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的分類性能.本文采用z-score方法進(jìn)行規(guī)范化:

圖3為特征值預(yù)處理的結(jié)果，前2列是主機(jī)對的IP地址，即內(nèi)部主機(jī)和遠(yuǎn)程主機(jī)的IP地址，第3～8列為主機(jī)對的特征值，最后一列是類標(biāo)簽，0表示非僵尸主機(jī)對，1表示僵尸主機(jī)對.從圖3可以看出，預(yù)處理后所有特征值的取值都在同一個范圍內(nèi).

圖3 數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果Fig.3 The results of data preprocessing

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器結(jié)構(gòu)的設(shè)計

首先設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，主要是隱層的層數(shù)，然后設(shè)計各層神經(jīng)元個數(shù)，包括輸入層、隱層、輸出層的神經(jīng)元個數(shù)，最后是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激活函數(shù).

本文的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器采用單隱層結(jié)構(gòu)，因為如果隱層較多，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練會比較慢，尤其數(shù)據(jù)量比較大時，單隱層有較快的訓(xùn)練速度，且不會對網(wǎng)絡(luò)精度影響很大.考慮到網(wǎng)絡(luò)流量一般較大，本文的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用單隱層.

本文的單隱層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)如圖4所示.對應(yīng)主機(jī)對的特征向量是六維的，因此輸入層設(shè)置了六個神經(jīng)元，分別是:1)TCP流個數(shù)flowCount;2)前后2個TCP流的時間間隔的平均值avgInterval;3)時間間隔變化的平均值avgItvChange;4)TCP流的字節(jié)數(shù)平均值avgByte;5)TCP流的數(shù)據(jù)包個數(shù)平均值avgPktCount;6)TCP流的持續(xù)時間平均值avgDuration.

圖4 單隱層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)Fig.4 Model structure of BP neural network with a hidden layer

隱層神經(jīng)元個數(shù)根據(jù)式(2)可取3～12的值，實驗中對不同隱層神經(jīng)元個數(shù)進(jìn)行測試，選取最優(yōu)值.式(2)為文獻(xiàn)［12］指出的最佳隱層神經(jīng)元個數(shù)，其中，k為隱層神經(jīng)元個數(shù)，m為輸入層神經(jīng)元個數(shù)，n為輸出層神經(jīng)元個數(shù)，α為1～10的常數(shù).

輸出層的神經(jīng)元個數(shù)設(shè)置為2.第1個輸出神經(jīng)元用于表示非僵尸主機(jī)對，第2個輸出神經(jīng)元用于表示僵尸主機(jī)對.如果是僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對，則第1個神經(jīng)元的輸出為0，第2個神經(jīng)元輸出為1;如果不是僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對，則第1個神經(jīng)元輸出為1，第2個神經(jīng)元輸出為0.實際訓(xùn)練過程中，輸出神經(jīng)元的取值是［0，1］.訓(xùn)練時，若第1個神經(jīng)元的值大于第2個，則將第1個神經(jīng)元取值置為1，將第2個神經(jīng)元取值置為0，并標(biāo)記為非僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對.若第1個神經(jīng)元的值小于第2個，則將第1個神經(jīng)元取值置為0，將第2個神經(jīng)元取值置為1，并標(biāo)記為僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對.

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激活函數(shù)采用S型函數(shù)，如式(3):

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的訓(xùn)練流程

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器設(shè)計完成后，即可利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程是不斷迭代的過程，其訓(xùn)練算法流程圖如圖5所示.

圖5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器訓(xùn)練算法流程Fig.5 Flow chart of BP neural network training algorithm

具體步驟如下:

1)初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需的各個參數(shù).參數(shù)包括輸入層到隱層的權(quán)值和偏置、隱層到輸出層的權(quán)值和偏置、權(quán)值和偏置的初始值是［－0.05，0.05］的隨機(jī)值.另外，還需要設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的期望誤差和最大訓(xùn)練次數(shù).本文設(shè)置的期望誤差是0.001，最大循環(huán)次數(shù)是1 000，即在1 000次循環(huán)內(nèi)，誤差小于等于0.001，則BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器訓(xùn)練結(jié)束，否則循環(huán)1 000次后結(jié)束.

2)從訓(xùn)練樣本中選1組主機(jī)對，給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)賦值為主機(jī)對的6個特征.

3)計算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的期望輸出，如果是僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對，則輸出層的第1個節(jié)點(diǎn)賦值為0，第2個節(jié)點(diǎn)賦值為1，如果不是僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對，則輸出層的第1個節(jié)點(diǎn)賦值為1，第2個節(jié)點(diǎn)賦值為0.

4)計算出輸入層到隱層再到輸出層各節(jié)點(diǎn)的輸出.

5)計算誤差E.

6)反向計算誤差信號.

7)調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和偏置.

8)重復(fù)2)～7)，直到達(dá)到期望誤差或者達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)為止.

訓(xùn)練結(jié)束后，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器已形成，即可用訓(xùn)練好的分類器檢測僵尸網(wǎng)絡(luò).

3 實驗及結(jié)果分析

本文實驗數(shù)據(jù)采集了天津某高校校園網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)流量，通過核心交換機(jī)端口鏡像捕獲網(wǎng)絡(luò)流量，選擇其中一個端口，被測子網(wǎng)內(nèi)主機(jī)約200臺，白天的網(wǎng)絡(luò)流量為150～200 MB/s.實驗中采用了2011年4月6日的網(wǎng)絡(luò)流量，共24 h.真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的流量作為背景流量，將其解析后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，并注入模擬的僵尸網(wǎng)絡(luò)流量.隨機(jī)選取背景流量中若干臺主機(jī)，替換僵尸主機(jī)的IP地址為這些主機(jī)的IP地址，使這些主機(jī)既有正常流量也有僵尸網(wǎng)絡(luò)流量，更符合真實場景.本文模擬的僵尸網(wǎng)絡(luò)流量特征符合現(xiàn)有大部分僵尸網(wǎng)絡(luò)流量特征，因而本文研究這類僵尸網(wǎng)絡(luò)，其他類型的僵尸網(wǎng)絡(luò)不在本文研究范圍內(nèi).實驗用C#編寫程序，用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫存儲解析后的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù).

為了確定最佳隱層神經(jīng)元個數(shù)，做了如下實驗.分別將隱層神經(jīng)元個數(shù)設(shè)置為3～12的不同值，觀察訓(xùn)練誤差和訓(xùn)練次數(shù)的變化情況.實驗中期望誤差為0.001，隱層神經(jīng)元個數(shù)取不同值時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差都相同，因此只觀察訓(xùn)練次數(shù)的變化.圖6是不同隱層神經(jīng)元個數(shù)的訓(xùn)練循環(huán)次數(shù)，從圖中可以看出訓(xùn)練循環(huán)次數(shù)隨著隱層神經(jīng)元個數(shù)增加而增大.在誤差相同情況下，訓(xùn)練次數(shù)越少越好，因此隱層神經(jīng)元個數(shù)為3時效果最佳，后續(xù)的實驗中都將隱層神經(jīng)元個數(shù)設(shè)為3.

圖6 不同隱層神經(jīng)元個數(shù)的訓(xùn)練循環(huán)次數(shù)Fig.6 The training times for different number of hidden layer neuron

圖7是期望誤差取不同值時的訓(xùn)練循環(huán)次數(shù)，實驗數(shù)據(jù)取3次實驗的平均值.從圖中可以看出，期望誤差越大，訓(xùn)練循環(huán)次數(shù)越小.因此期望誤差大只需較少次數(shù)的循環(huán)誤差即可達(dá)到期望值，可提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練效率.但是期望誤差大，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的精度就下降，因此要取一個合理的值，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的精度和訓(xùn)練次數(shù)達(dá)到平衡，從圖7可以看出，期望誤差為0.002時效果較好.

圖7 期望誤差不同時的訓(xùn)練循環(huán)次數(shù)Fig.7 The training times for different expected error

為了驗證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器檢測僵尸網(wǎng)絡(luò)的性能，本文用測試數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)包含類標(biāo)簽，即是否是僵尸網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對.本文采用檢測率(detection rate，DR)和誤報率(false positive rate，F(xiàn)PR)2個指標(biāo)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的性能進(jìn)行評估.檢測率為僵尸主機(jī)被正確檢測出來的概率:

式中:TP表示正確檢測出的僵尸主機(jī)個數(shù)，F(xiàn)N表示未被檢測出的僵尸主機(jī)個數(shù).誤報率為合法主機(jī)被錯誤地檢測為僵尸主機(jī)的概率，如式(5)

式中:FP為被錯誤地檢測為僵尸主機(jī)的合法主機(jī)個數(shù)，TN為正確檢測出的合法主機(jī)個數(shù).

驗證時首先以測試數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，判斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測結(jié)果和真實結(jié)果是否相同，然后分別統(tǒng)計TP、FN、FP和TN的值，最后根據(jù)式(4)和(5)計算檢測率和誤報率.圖8為期望誤差不同時算法的檢測率和誤報率.從圖8(a)可以看出，期望誤差為0.001到0.009時，檢測率都為100%，當(dāng)期望誤差為0.01時，檢測率下降到99.4%.

圖8 期望誤差不同時的檢測率和誤報率Fig.8 DR and FPR for different expected errors

從圖8(b)可以看出，隨著期望誤差的增大，誤報率呈上升趨勢，期望誤差為0.01時誤報率稍微降低但檢測率也降低.

綜上所述，期望誤差為0.001時檢測率和誤報率都達(dá)到最佳水平.從實驗中也可以看出本文算法的檢測率達(dá)到99%，誤報率在1%以下，具有較好的檢測性能.

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測方法.該方法以主機(jī)對作為分析對象，提取主機(jī)對之間通信的流量特征，然后將預(yù)處理后的特征作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器，用訓(xùn)練好的分類器進(jìn)行僵尸網(wǎng)絡(luò)檢測.通過實驗確定了最佳的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層神經(jīng)元個數(shù)和期望誤差，實驗表明，該方法有較高的檢測率和較低的誤報率，具有良好的性能.

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