基于字符和词特征融合的恶意域名检测

news2024/11/18 1:42:44

传统的恶意域名检测方法在检测由域名生成算法（DGA）随机生成的恶意域名方面性能不佳，尤其是对于那些由随机单词组成的域名。文章提出了一种新的检测算法，通过融合字符和词特征来提高对恶意域名的检测能力，特别是对于更具挑战性的恶意域名家族。

CWNet算法：该算法利用并行卷积神经网络（CNN）提取域名中的字符和词特征，然后将这些特征进行拼接融合，并通过Softmax函数实现合法域名与恶意域名的分类检测。

在这里插入图片描述

将域名字符串作为cwnet的输入，利用卷积神经网络CNN分别提取字符级特征和词级特征；然后，将两种特征进行融合，最后，利用Softmax实现待测域名的分类。

字符级特征提取

字符嵌入

根据数据集中最长域名的字符个数（本例中为67个字符），设置字符级向量表示的长度L1为67。对于长度小于67的域名字符串，使用零向量进行填充。
域名字符串向量化，将数据集中每条域名的每个字符Di转换为一个L1长度的向量{d1, …, dL1}，然后将所有字符的向量串联起来，得到整条域名的向量化表示。在这里插入图片描述

字符特征提取

设定卷积核的大小，使用卷积核在输入数据上进行卷积操作。通过卷积操作，可以提取多个不同大小的卷积核对应的特征图。这些特征图可以被拼接起来，以捕获不同尺度的特征。在提取了特征图之后，使用最大池化（Max Pooling）操作来降低特征的维数。经过卷积和池化操作后，网络输出一组降维后的特征，这些特征可以被用于后续的分类或其他任务。

在这里插入图片描述

词级特征提取

单独的字符级特征不足以区分所有类型的域名，融合字符和词特征进行合法域名与恶意域名的分类。

简单词嵌入

在这里插入图片描述

字符级词嵌入

在这里插入图片描述

词特征提取

在这里插入图片描述

特征融合

将字符级和词级得到的特征图进行拼接分别接入256个结点的全连接层。最后，使用concat将字符和词的特征进行融合，作为之后全连接层的输入。

在这里插入图片描述

全连接层

在这里，融合后的特征向量被送入三个连续的全连接层。每一层的节点数依次减少，分别为256、128和64。这种设计有助于逐步减少数据的维度，同时学习更高层次的特征表示。在全连接层之后，使用Softmax函数作为激活函数来处理最终的输出层。Softmax函数可以将一个向量或一组实数输入转换成概率分布，即输出每个类别的概率预测值。为每个输入样本输出两个概率值，分别对应于合法域名和恶意域名。这些概率值表示模型预测样本属于每个类别的置信度。
在这里插入图片描述

Focal Loss引入

为了减少简单样本对损失函数的影响，更加关注难分类的样本，引入了Focal Loss作为损失函数。Focal Loss旨在调整模型的注意力，使其更加关注那些难以正确分类的样本。
在这里插入图片描述
根据实验结果，将 𝛼，β 分别设置为0.5和2可以得到最佳效果。

实验设计与结果分析

在这里插入图片描述

验证本文提出的模型（CWNet）的有效性，与其他5种不同的深度学习结构模型进行比较。
准确率（Accuracy）：模型正确预测的样本数占总样本数的比例。
召回率（Recall）：模型正确识别的正样本数占所有实际正样本数的比例。
精确率（Precision）：模型正确预测为正的样本数占模型预测为正的样本数的比例。
F1值（F1-Score）：精确率和召回率的调和平均值，是评价模型性能的一个综合指标。
误报率（False Positive Rate）：错误地将负样本预测为正样本的比例。

在这里插入图片描述
研究者构建了10个黑名单数据集，这些数据集包括7个由随机字符组成的DGA家族（如cryptolocker、dyre、ramnit、shuibot、necro、qadars、virt）以及3个由随机单词组成的较难检测的DGA家族（如ngioweb、suppoobox、matsnu）。CWNet模型在所有10个黑名单数据集中均展现出最高的准确率。特别地，在"dyre"家族的检测中达到了100%的准确率。
在这里插入图片描述