DGA家族Orchard持续变化，新版本用比特币交易信息生成DGA域名

DGA是一种经典的botnet对抗检测的技术，其原理是使用某种DGA算法，结合特定的种子和当前日期，定期生成大量的域名，而攻击者只是选择性的注册其中的极少数。对于防御者而言，因为难以事先确定哪些域名会被生成和注册，因而防御难度极大。


360 netlab长期专注于botnet攻防技术的研究，维护了专门的DGA算法和情报库，并通过订阅情报的方式与业界分享研究成果。近期我们在分析未知DGA域名时发现一例不但使用日期，还会同时使用中本聪的比特币账号交易信息来生成DGA域名的例子。因为比特币交易的不确定性，该技术比使用时间生成的DGA更难预测，因而防御难度更大。


该技术发现于一个名为Orchard的botnet家族。自从2021年2月份首次检测到该家族以来，我们发现它至少经历了3个版本的变化，中间甚至切换过编程语言。结合长期的跟踪结果和其它维度的信息，我们认为Orchard会是一个长期活跃、持续发展的botnet家族，值得警惕。本文将介绍Orchard的最新DGA技术，以及它这3个版本的发展过程。本文要点如下：


 * Orchard是一个使用了DGA技术的botnet家族，核心功能是在受害者机器上安装各种恶意软件。
 * 从2021年2月至今，我们先后检测到3个版本的Orchard样本，均使用了DGA技术。
 * Orchard的DGA算法一直未变，但日期的使用方式一直在变，最新版同时支持使用比特币账号信息来生成单独的DGA域名。
 * 除了DGA，Orchard还硬编码了C2域名。
 * Orchard目前仍在活跃，致力于门罗币挖矿。



传播方式、规模以及影响范围


Orchard采用了“硬编码域名+DGA”的冗余C2机制，并且每个版本都硬编码了1个唯一的DuckDNS动态域名作为C2，根据它们的DGA实现方式和硬编码的域名，我们把已经检测到的Orchard样本分为3个版本：


v1, orcharddns.duckdns.org
v2，orchardmaster.duckdns.org
v3, ojena.duckdns.org



它们的时间线如下：


* 2021年3月，检测到v1版本，使用C++开发。结合历史数据，我们将v1首次出现时间提前到2021年2月。
* 2021年9月，检测到v2版本，它使用Golang和C++编写。
* 2022年7月，检测到v3版本，编写语言回到C++。



这3个版本都支持通过感染USB盘的方式进行传播，这一点跟传统的病毒很像，具体实现参考后面的“USB感染逻辑”部分。理论上，Orchard也完全可以通过其它方式传播。


利用我们的图系统结合PDNS和其它维度的数据，我们发现v1和v2的C2存在明显的共享IP的情况，如下图所示。





图系统帮我们找到了更多的C2 IP和域名，详见后面的IoC部分，这里的域名特点是都以duckdns.org结尾。v3因为比较新，没发现其它的关联域名，下面是v3域名的活跃情况。





能看到它是今年5月上线，然后逐渐活跃，目前应该仍然在活跃期内。


基于PDNS我们对3个版本的感染规模做了评估，其中v1和v2节点数近千，v3因为出现较晚，节点数不到500，下面是各个版本域名到具体IP的详细解析数。


# v1, orcharddns.duckdns.org
37, 45.61.185.36
413,  45.61.186.52
1301,  45.61.187.240
207, 205.185.124.143

# v2, orchardmaster.duckdns.org
45,  45.61.185.36
104, 45.61.186.52
659,  45.61.187.240

# v3, ojena.duckdns.org
418, 45.61.185.231



需要强调的是上面的规模数据只是我们视野内看到的，实际的应该要比这更多。



样本分析


Orchard样本在样本层面多使用loader，用于对抗分析和自我保护。目前看到的Orchard loader并不固定，即使单个版本也会出现多种loader的情况，比如v1版本的Orchard以base64字符串的形式存在于loader中，v2/v3版本的样本有的以资源文件的形式存放在loader中。各个版本还都曾使用过例如VMP、Enigma等虚拟壳来保护自身。总的来说，Orchard的工作流程可以用下面的图来总结。





Orchard三个版本的功能基本相同，包括：


 * 上传设备及用户信息
 * 响应指令/下载执行下一阶段的模块
 * 感染USB存储设备


下面从DGA算法、C2通信和主机行为等几个维度分别分析3个版本Orchard的核心功能。



v1版本


该版本的分析以MD5=5c883ff8539b8d04be017a51a84e3af8的样本为基础。它在运行时首先释放内嵌的PE文件到自启动目录下，所释放的PE在内存中进行base64解码得到orchard的数据，随后该PE将System32/SysWOW64下的任一exe作为傀儡进程，来运行保存的orchard代码。该版本Orchard整体逻辑如下图，主要分为网络通信和USB感染两部分，最终功能取决于C2下发的具体模块，因此orchard本身可以认为是一个Downloader的角色。





此处主要描述其网络通信过程（三个版本的USB感染逻辑相同，详见USB感染一节）。


C2通信过程较为简单，bot在check-in过程中向C2发送收集到的主机信息，然后等待C2响应的指令。v1版本所收集信息包括：卷序列号（HWID）、电脑名称、用户名、操作系统名称、系统版本、已安装的捕获驱动程序名称、杀软信息、父进程文件修改时间、置顶窗口名称及窗口标题等，这些信息以“[o.r.c.h.a.r.d]”作为分隔符进行拼接后发送，如下图所示。





C2响应数据格式一般为“指令+数据”，指令的功能通过指令码指定。下面是一个具体的C2响应，其中"[&&]"代表指令码2，代表下载执行，具体处理过程分为2种：响应数据如果是URL，则下载URL对应的PE并执行；如果是base64编码的内容，则先解码然后执行解码后的数据。此处响应的数据实际是base64编码的新版本PE文件，相当于升级，这也表明老版本可能已经废弃。





v1版本一共定义了8个指令，指令码与指令字符串的对应关系如下：


1 \[=] 
2 \[&&] 
3 \[##] 
4 \[###] 
5 \[%%] 
6 \[%%%] 
7 \[#\_#] 
8 \[\_\_\] \[>>] \[<<] \[^^] \[\*\] \[\~\] \[@] \[!] \[#\*\#\] \[#@#] 



由于某些指令置空，8个指令实际对应三种操作（后续版本大同小异）：


 * 指令码1和2：判断响应数据为URL或者PE，如果是URL则下载执行，如果是PE，则创建进程执行（CreateProcess创建进程、傀儡进程、远程线程注入等）。
 * 指令码3、4、8：终结当前进程删除原始文件，或者重新启动。
 * 指令码7：再次收集C2、port、PID、文件名信息向C2进行发送，示例：orcharddns.duckdns.org[o.r.c.h.a.r.d]5890[o.r.c.h.a.r.d]2260[o.r.c.h.a.r.d]stage-3_.exe[o.r.c.h.a.r.d]


DGA算法


v1的DGA以日期字符串（比如“2022/07/05”）作为输入，计算其MD5值，然后将MD5字符串均分成长度为8的四个子字符串，依次与 .com、.net、.org、.duckdns.org 这4个后缀拼接，得到每天4组16个DGA域名，算法实现如下。


# 2021/04/15
import datetime
import hashlib

days=30
for i in range(0, days):
    datex = (datetime.datetime.now() - datetime.timedelta(days=i)).strftime('%Y/%m/%d')
    print("seed: ", datex)
    md5 = hashlib.md5(datex.encode()).hexdigest()
    print('md5: ', md5)

    dga_list = []
    dga_list.append(md5[:8])
    dga_list.append(md5[8:16])
    dga_list.append(md5[16:24])
    dga_list.append(md5[24:32])
    for j in range(len(dga_list)):
        print(dga_list[j] + '.com')
        print(dga_list[j] + '.net')
        print(dga_list[j] + '.org')
        print(dga_list[j] + '.duckdns.org')



示例域名如下：


seed:  2022/07/05
md5:  91ac64d29f78281ad802f44648b2137f
91ac64d2.com
91ac64d2.net
91ac64d2.org
91ac64d2.duckdns.org
9f78281a.com
9f78281a.net
9f78281a.org
9f78281a.duckdns.org
d802f446.com
d802f446.net
d802f446.org
d802f446.duckdns.org
48b2137f.com
48b2137f.net
48b2137f.org
48b2137f.duckdns.org




v2版本


v2版本出现了两种编程语言实现的样本，分别是Golang和C++，但是功能相同。这里的分析以MD5=f3e0b960a48b433bc4bfe6ac44183b74的Golang样本为例，它的C2初始化函数如下图所示，能明显看到硬编码的C2域名。


v2版本开始使用json格式，字段含义相对清晰。其收集的信息跟v1大致相同，包括：卷序列号（HWID）、电脑名称、用户名、系统版本、杀软信息、活动窗口信息等，新增的字段有：.net框架版本（比如v2.0.50727）、USB 状态、发包类型及自身版本。下面是一个实际观察到的版本号信息，Bot_Version=1.2/G可能的解释为：版本=v1.2，编写语言=Golang。





v2版本的C++语言样本集成了同样的C2，上线包中的版本信息则变成了“Bot_version:1/C”，它所收集的信息如下图所示。





根据代码相似性分析，v2版本的C++样本跟后来的v3版本代码同源，说明后者是从前者进化而来。


v2版本一共有两种指令：


 * 指令1：终结当前进程删除原始文件，或者重新启动。
 * 指令2：判断响应数据为URL或者PE，如果是URL则下载执行，如果是PE，则创建进程执行（CreateProcess创建进程、傀儡进程、远程线程注入等）。


DGA算法


v2版本的DGA算法跟v1相同，差别在于对日期字符串的处理，v2会在日期字符串后拼接硬编码的域名“orchardmaster.duckdns.org”，形如“2022/07/05orchardmaster.duckdns.org"，然后套用v1版本的DGA算法生成域名。



v3版本


v3的开发语言回到C++编写，同样包括C2通信和USB感染功能。C2通信逻辑在一个线程中运行，同时该线程还包括一个跟XMRig挖矿绑定的辅助线程，当Orchard接收完毕下发的XMrig程序并创建傀儡进程运行之后，辅助线程会向C2再次发送挖矿相关的硬件信息，尝试从C2读取挖矿软件的配置，目的是为了检查是否需要动态修改XMRig运行时的配置（XMRig提供了一套HTTP api，支持动态读取并修改运行时的挖矿配置）。


以MD5=cb442cbff066dfef2e3ff0c56610148f的样本为例，C2通信功能如下。





v3版本在C2通信中同样使用json格式来保存主机信息，发送数据的整体结构为Byte_0x46+TotalLen+InfoLen+Info.json。相比v2，v3增加了多个跟挖矿相关的字段，收集的信息包括：


 * Active_Window：当前活动窗口名称
 * Antivirus：杀软信息
 * Authentiate_Type：Windows身份验证类型
 * CPU_Model：CPU信息
 * Camera：是否存在摄像头
 * Elevated：是否是管理员权限
 * GPU_Models：显卡信息
 * Identity：HWID\用户名\电脑名称
 * Operating_System：系统版本信息
 * Ram_Size：运行内存大小
 * System_Architecture：处理器个数
 * Threads：每个处理器内核个数
 * Version：Orchard版本


v3的上线包实例如下所示。





C2响应消息的body部分也为json格式，其结构为：TotalLen.dword+ Byte0x46+TotalLen+RespDataLen+RespData.json。v3支持8个指令，对应3种操作：


 * 指令1：收集主机信息/自身运行状态并发送到C2（字段包括Domain、In_Memory、Install_Path、Is_Patched、Message_Type、Patch_Name、Port、Power_SaverMode、Process_ID、Process_Name、Process_Path、System_Idle、System_Uptime）
 * 指令4、6：终结当前进程删除原始文件，或者重新启动。
 * 指令7、8：下载&执行下发的矿机程序


下面是一个实际跟踪到的C2响应指令。





其中Transfer_Port表示希望主机再次向2929进行请求，Message_Type表示指令码，其值为7，表示下载&执行。


收到上述指令后，bot再次向C2的TCP 2929端口发起请求，Cuda是Nvidia推出的只能用于自家GPU的并行计算框架，这里的Cuda_Version为0表示不支持Cuda。





随后C2响应一个XMRig矿机程序，Client接收保存后根据指令7将XMRig注入傀儡进程开始执行挖矿工作。





分析过程中我们发现v3版本最近在持续分发一个同样的XMRig挖矿程序，后者集成了默认的挖矿配置信息，私有矿池地址：45.61.187.7:7733


DGA算法


v3的DGA算法未变，但输入的变化较大。实际上它会生成两组DGA域名，第一组域名的输入拼接算法是日期字符串+“ojena.duckdns.org”， 形如 “2022-08-02ojena.duckdns.org”。第二组域名的输入为https://blockchain.info/balance?active=1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa 这个URL的返回结果，一个典型的返回结果如下所示：


{"1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa":"final_balance":6854884253,"n_tx":3393,"total_received":6854884253}}



相关字段的含义可以参考Blockchain的API手册：


n_tx：交易数量
total_received：接收比特币总量
final_balance：最终余额



值得强调的是v3版本并未对返回的结果进行解析，而是作为整体直接输入DGA算法来生成域名。而钱包地址1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa 据说是中本聪本人所持有的比特币创世地址。过去的十几年间，由于各种原因，每天都会有人向该钱包转入小量比特币，因此它是变化的，并且该变化很难预测，因此该钱包的余额信息也可以作为DGA输入。


在我们编写文章时，发现近期已有其他研究人员注意到v3版本这种将比特币账号交易信息用作DGA输入的现象，所分析结果与我们一致，但对方并没有注意到Orchard其实早已出现。


完整的v3版本DGA算法如下：


# 2022/07/05
import datetime
import requests
import hashlib

# cluster 1
days = 30
for i in range(0, days):
    domains = ['ojena.duckdns.org', 'vgzero.duckdns.org']
    for do in domains:
        datex = (datetime.datetime.now() - datetime.timedelta(days=i)).strftime('%Y-%m-%d' + do)
        print("seed_1: %s" % datex)
        md5 = hashlib.md5(datex.encode()).hexdigest()
        print("md5: %s" % md5)
        
        dga_list = []
        dga_list.append(md5[:8])
        dga_list.append(md5[8:16])
        dga_list.append(md5[16:24])
        dga_list.append(md5[24:32])
        for j in range(len(dga_list)):
            print(dga_list[j] + '.com')
            print(dga_list[j] + '.net')
            print(dga_list[j] + '.org')
            print(dga_list[j] + '.duckdns.org')


# cluster 2
url = 'https://blockchain.info/balance?active=1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa' 
res = requests.get(url)
wallet_info = res.text
print('seed_2: %s' % wallet_info)
md5 = hashlib.md5(wallet_info.encode()).hexdigest()
print('md5: %s' % md5)

dga_list = []
dga_list.append(md5[:8])
dga_list.append(md5[8:16])
dga_list.append(md5[16:24])
dga_list.append(md5[24:32])
for j in range(len(dga_list)):
    print(dga_list[j] + '.com')
    print(dga_list[j] + '.net')
    print(dga_list[j] + '.org')
    print(dga_list[j] + '.duckdns.org')





USB感染逻辑


Orchard的文件感染并非传统的代码插入，而是一种文件替换。当检测到USB存储设备时，Orchard会在设备根目录下创建隐藏目录，遍历所有文件进行感染，并将感染前和感染后的文件都备份到该隐藏目录下，被感染对象在感染时去掉了类型属性，感染后全部变为exe类型，并追加了.exe后缀，变成了可执行文件。随后样本会复制自身到被感染目录下并随机命名，该字符串保存到了被感染文件的资源里。当设备中的被感染文件在新系统中被用户执行后，则会启动隐藏目录中的样本文件，达到感染传播的目的。


USB感染过程会涉及两个内嵌的PE文件，第一个文件是DLL文件，会被释放到%LocalAppData%目录下，该DLL被Orchard称作CGO_Helper，主要用于提取和替换被感染文件的图标，其MD5是10D42F5465D5D8808B43619D8266BD99。第二个文件是exe文件，MD5为f3c06399c68c5fdf80bb2853f8f2934b，作为存储感染代码的模板文件，被感染文件的全部数据将被替换为该模板文件的数据。该模板的功能是根据资源中的exe名称寻找隐藏目录下对应的exe启动执行，所以被感染文件的资源中保存的是备份的Orchard样本名称。


USB感染情况示例如下，被感染文件资源中保存了Orchard样本的名称，当用户点击受感染的exe，将启动隐藏目录下的Orchard样本文件：






总结


Orchard是一个使用了DGA技术的botnet家族，最新版本致力于挖矿，并开始使用中本聪的比特币账号交易信息这类更难预测的信息作为DGA的输入，增加了检测难度。在1年多的时间里，Orchard先后出现了至少3个不同版本，编程语言和DGA实现都有变化，这说明Orchard是一个仍处于活跃期的botnet家族，预计后续会有更多的变种出现，值得我们警惕。对Orchard我们会持续保持关注，有新的发现会继续公开。



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IOCs



C2


orcharddns.duckdns.org
orchardmaster.duckdns.org
ojena.duckdns.org
vgzero.duckdns.org
victorynicholas.duckdns.org
zamarin1.duckdns.org

45.61.185.36
45.61.186.52
45.61.187.240
205.185.124.143
45.61.185.231




MD5


5c883ff8539b8d04be017a51a84e3af8
f3e0b960a48b433bc4bfe6ac44183b74
9cbe4bd27eba8c70b6eddaeb6707659b
cb442cbff066dfef2e3ff0c56610148f
10D42F5465D5D8808B43619D8266BD99
f3c06399c68c5fdf80bb2853f8f2934b
19159280736dbe6c11b7d6a57f6bb7b9
b5a6f78d5575a60316f4e784371d4f8c
3c20ba851edecd28c198691321429883
2b244a39571ab27f7bb4174d460adeef
ae1e9b3621ee041be6ab5e12bff37c53
00b1620f89b7980b34d53737d9e42fd3
4d2445a43591d041cabbbf3dfca6dfbd




私有矿池


45.61.187.7:7733