Anatomía de los programas de criptominería: aspectos internos de la criptominería

Se tiene constancia de programas de criptominería desde 2013, cuando una empresa de videojuegos supuestamente explotó los equipos de los clientes para minar bitcoin. Más de 10 años después, la amenaza ha crecido a una escala enorme y los programas de criptominería son ahora una parte sustancial de la ciberdelincuencia en todo el mundo.

A lo largo de los años se han publicado muchos casos reales de programas de criptominería: desde la botnet WannaMine en 2017 hasta la reciente campaña Migo, que se centró en Redis, pasando por variantes de scripts específicos para la nube y de minería en navegador. En los últimos años, en Akamai hemos descubierto algunas botnets de criptominería, como Panchan y NoaBot.

Otra tendencia que predecimos que afectará significativamente al paisaje de los programas de criptominería es el reciente aumento de la inteligencia artificial generativa. Dado que el cálculo de IA depende en gran medida de las unidades de procesamiento de gráficos (GPU), estos componentes se están volviendo más comunes en las redes y los servidores de las organizaciones. Debido a que muchos algoritmos de minería también están diseñados para GPU, la infraestructura informática subyacente del sector de la IA es muy atractiva para los operadores de criptominería.

Probablemente sea solo cuestión de tiempo antes de que presenciemos una campaña dirigida a las infraestructuras de IA, ya sea directamente a través de la interacción del modelo o mediante el proceso de formación (o ambos).

Los atacantes eligen emplear programas de criptominería por dos motivos principales:

1. Financieros 
2. De privacidad 

Con la excepción de los atacantes y el hacktivismo patrocinados a nivel estatal, la mayoría de los delitos cibernéticos tienen motivos económicos. Los programas de criptominería son una forma sencilla y directa de rentabilizar una intrusión sin la fase adicional de convertir el control del atacante en capital, como pasa con la extorsión por ransomware o con la venta de datos confidenciales. Esto convierte al malware de criptominería en un atractivo generador de dinero para los atacantes.

Otras consideraciones que los atacantes tienen en cuenta incluyen el valor de las criptomonedas y la tasa de participación en minería. Por ejemplo, si el atacante genera un céntimo de USD al año, no vale la pena correr el riesgo de ser arrestado. Por lo tanto, uno de los objetivos del atacante es encontrar un equilibrio entre esfuerzo y beneficio, lo que nos permite reducir la lista de posibles monedas explotadas por los atacantes.

Durante nuestra investigación, identificamos a un atacante que parece estar activo desde al menos junio de 2018 y que ha podido generar unos ingresos medios de 300 XMR al año. Si calculamos sus ingresos según el valor actual de Monero (1 XMR son 150 USD), vemos que ganó aproximadamente unos 45 000 USD. Este es el ingreso promedio de una pequeña empresa sin empleados en los Estados Unidos en 2024.

La privacidad es intrínseca a la mayoría de las criptomonedas. Emplean algoritmos criptográficos que preservan la privacidad y la propiedad a través de claves secretas emparejadas con las claves públicas correspondientes, que sirven como direcciones de cartera. Al aprovechar esta característica inherente de la criptomoneda, junto con algoritmos de privacidad adicionales diseñados para ocultar los importes de las transacciones, las direcciones del remitente y las direcciones del destinatario, un atacante puede ocultar sus actividades casi por completo.

Como hemos mencionado, los atacantes tienen en cuenta varias compensaciones al dirigir sus botnets para que minen criptomonedas determinadas. Una de estas compensaciones tiene que ver con la privacidad del atacante sobre los beneficios, ya que podría haber monedas más rentables que ofrezcan menos privacidad. La privacidad de la moneda se mide a través del anonimato que podría proporcionar en tres aspectos:

1. Comunicándose con la red; hay monedas que dependen de protocolos de red de privacidad como Tor o I2P.

2. Protegiendo la información de las transacciones, como las direcciones y los importes de la cartera, para evitar el rastreo y la ocultación de los saldos de las cuentas.

3. Inscribiendo la criptomoneda en plataformas de intercambio que admitan privacidad.

Por ejemplo, el bitcoin carece de privacidad en las transacciones, lo que hace que los usuarios sean vulnerables a la supervisión y aumenta el riesgo de desanonimización. Esta limitación restringe el rango de criptomonedas que los atacantes pueden explotar. En consecuencia, los adversarios permanecen motivados mientras haya disponibles monedas rentables centradas en la privacidad.

Sin embargo, esta motivación podría disminuir si las monedas de privacidad no resultaran rentables o si el proceso de minería se modificara, como un cambio hacia pruebas de participación (más información a continuación), lo que impediría que los atacantes generaran beneficios fácilmente a través de métodos que utilizan muchos recursos.

Un atacante motivado tiene que considerar cómo ejecutar una campaña de criptominería de este tipo y entender los fundamentos del proceso de minería es crucial para ello. En la siguiente sección, veremos el proceso de minería para comprender dónde centran su atención los atacantes, lo que nos ayudará a crear mejores técnicas de caza y detección.

Una criptomoneda es una forma digital de moneda que aprovecha las técnicas criptográficas para proteger las transacciones y controlar la creación de nuevas unidades, es decir, monedas o tokens. A diferencia de las monedas tradicionales (conocido como dinero real), las criptomonedas operan en redes descentralizadas que utilizan tecnología de blockchain, un sistema de contabilidad distribuido mantenido por una red de nodos.

Cada transacción en el blockchain se registra en un bloque y se vincula al anterior, creando una cadena inmutable de registros que es casi imposible de modificar sin controlar la mayoría de la potencia computacional de la red. Esta naturaleza descentralizada elimina la necesidad de intermediarios, como los bancos, y ofrece mayor seguridad y transparencia.

Un componente esencial de los sistemas de criptomonedas es la cartera, que es un conjunto de secretos criptográficos que permiten a los usuarios realizar transacciones de activos a través del blockchain. La cartera se representa mediante una cadena de caracteres en un formato específico denominado dirección. Las transacciones entre estas direcciones se registran públicamente en el blockchain, pero las identidades de los participantes permanecen ocultas a menos que se vincule información adicional a la dirección.

Las criptomonedas más centradas en la privacidad, como Monero o Zcash, van un paso más allá implementando técnicas criptográficas avanzadas como firmas de anillo, direcciones ocultas y pruebas de conocimiento cero para ocultar los detalles de las transacciones, incluidos el remitente, el destinatario y el importe. Estas características hacen que sea difícil para terceros rastrear transacciones hasta individuos específicos, lo que ofrece más privacidad y anonimato que los sistemas financieros tradicionales.

Para aplicar nuevos bloques al blockchain, todo el mundo debe estar de acuerdo en alguna base de verdad. El uso de una familia de algoritmos denominada algoritmos de consenso y sus variantes especializadas puede hacer que las redes descentralizadas funcionen para validar las transacciones de blockchain. Estos algoritmos están diseñados para evitar el doble gasto, mantener la integridad del libro mayor y permitir transacciones sin necesidad de confianza entre las partes.

Las diferentes criptomonedas utilizan varios mecanismos de consenso, cada uno con su enfoque único para lograrlo y equilibrar factores como la seguridad, la escalabilidad y la eficiencia energética.

El algoritmo de consenso más conocido es Prueba de trabajo (PoW), utilizado para bitcoin y otras criptomonedas. En PoW, los mineros compiten para resolver complejos rompecabezas matemáticos, un proceso que requiere una potencia computacional significativa. El primer minero que resuelve el rompecabezas tiene derecho a añadir un nuevo bloque al blockchain y se le recompensa con criptomonedas.

Este proceso consume mucha energía, pero proporciona una seguridad sólida, ya que la modificación del blockchain requeriría que un atacante controlara más del 50 % de la potencia informática de la red, lo que hace que estos ataques sean muy poco prácticos.

Otro algoritmo de consenso popular es Prueba de participación (PoS), utilizado por criptomonedas como Ethereum 2.0 y Cardano. En PoS, los validadores son elegidos para crear nuevos bloques basados en el número de monedas que poseen y están dispuestos a arriesgar.

Este enfoque es más eficiente energéticamente que el de PoW, ya que no requiere recursos computacionales extensos. Sin embargo, PoS asume que aquellos con más participación en la red están más incentivados a actuar con honestidad.

Los programas de criptominería utilizan algoritmos de minería SOLO PoW (o de "Prueba de capacidad (PoC)", que no se trata en este artículo), ya que el vector de ataque se basa en el secuestro de recursos. Por lo tanto, a partir de ahora, consideraremos la PoW en el contexto de la minería.

Existen varios tipos de hardware que se utilizan para calcular el algoritmo de consenso. Una unidad central de procesamiento (CPU) es un circuito integrado (IC) de propósito general que se puede utilizar para calcular cualquier algoritmo de consenso fácilmente, pero a veces no de manera eficiente. Esta es la razón por la que algunos algoritmos están diseñados para una unidad de procesamiento de gráficos (GPU), que puede manejar aritmética compleja de forma más eficaz que la CPU.

Otro tipo de hardware utilizado por los mineros es el circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) y la matriz de puerta programable en campo (FPGA), que son unidades de procesamiento optimizadas para realizar una tarea específica. Ambos son excelentes con tareas deterministas como el cálculo del algoritmo de hash sha1, pero ambos fallan cuando hay una alta demanda de memoria o un gran número de posibles ramas durante la realización del tiempo de ejecución, lo que depende del resultado de la iteración anterior.

La mayoría de las criptomonedas dependen de la descentralización, que es necesaria para mantener el blockchain seguro y fiable. Si una red se centraliza controlando la mayoría de los nodos de la red o siendo el minero principal por tasa de hash, un atacante podría realizar un ataque del 51 %. Para mitigar esto, muchas monedas agregaron algoritmos de hashing especializados que hacen que el diseño y la producción de ASIC sean menos viables financieramente.

Los algoritmos se basan en prácticas que utilizan un procesador de propósito general para ejecutar algoritmos complejos de memoria dura diseñados para trabajar con características de optimización de CPU. En otras palabras, el algoritmo utiliza un gran espacio de direcciones de memoria y tantas funciones modernas de CPU como sea posible para hacer inviable la creación de un ASIC dedicado. Básicamente, si alguien intenta crear un ASIC para dicho algoritmo, terminará con una CPU en toda regla.

El proceso de minería es como una lotería a gran escala. Cada participante tiene un trabajo que resolver, que consiste en información de bloque y un nonce. Los mineros están obligados a encontrar un nonce que cumpla con la dificultad objetivo de la red, lo cual es estadísticamente posible en un plazo de tiempo determinado. Este tiempo se conoce como tiempo objetivo y se logra estableciendo una dificultad (d) para los futuros bloques a fin de mantener la tasa de minería estable y dentro del marco de tiempo objetivo.

La dificultad suele sugerir cuántos hashes se deben calcular para encontrar un hash válido que satisfaga el valor objetivo (t). El valor objetivo indica un supremo para todos los hashes válidos. La forma en que la moneda Monero calcula la dificultad es tomar el número de posibles hashes y dividirlo entre el objetivo.

Muchas monedas definen su propio cálculo de dificultad, pero el resultado es similar ya que debería restringir la tasa de hash (hashrate) de red (hashrate[hashs]). Esto significa que si tomamos la dificultad y la dividimos entre el tiempo objetivo podemos obtener la tasa de hash de la red.

Por ejemplo, si t = 0x1F y el tamaño de t es de un byte, entonces la dificultad es 0xFF0x1F = 8. Eso significa que es estadísticamente posible encontrar un valor coincidente para cada ocho cálculos de hash de nonce aleatorio.

Después de establecer un tiempo objetivo para que la red controle la tasa de crecimiento del blockchain, podríamos calcular la media de búsqueda de tiempo por bloque en n bloques y obtener la tasa de hash. Utilizando la tasa de hash podemos establecer la siguiente dificultad; en algunas monedas, esto cambia en cada bloque en relación con los últimos bloques N, mientras que otras monedas cambian la dificultad cada cierto número de bloques.

Bitcoin es la primera criptomoneda ampliamente utilizada que utiliza tecnología de blockchain para registrar las transacciones de red. Estas transacciones se almacenan en texto sin formato y son accesibles públicamente para cualquier persona a través de los servicios de explorador de blockchain (o manualmente, si se prefiere). El anonimato asociado con el bitcoin es algo engañoso: aunque el uso de carteras digitales es de hecho anónimo, las interacciones con terceros no lo son. 

Por ejemplo, si alguien desea intercambiar dinero real (como el dólar estadounidense) por bitcoin, debe revelar su cartera, lo que lleva a la desanonimización al vincular la identidad a la cartera. Los intentos de realizar transacciones de distracción para que la identidad sea confusa tendrán en última instancia el mismo resultado, ya que estas transacciones se pueden rastrear hasta que salen de la red a través de una plataforma de intercambio. La desanonimización se produce con mayor frecuencia en los puntos en los que los fondos se depositan o retiran de la red.

Las criptomonedas orientadas a la privacidad surgieron debido a la necesidad de privacidad en varios contextos legítimos, como la mitigación del uso indebido del conocimiento de las transacciones. Sin embargo, también se puede abusar de la privacidad para ocultar actividades delictivas, lo que hace que las criptomonedas orientadas a la privacidad sean un requisito común para los programas de criptominería y otros agentes maliciosos. 

Hoy en día, las monedas orientadas a la privacidad pueden ocultar las direcciones del remitente y el destinatario, así como las cantidades de las transacciones entre ellos. Este nivel de privacidad hace que las transacciones que implican fondos adquiridos ilícitamente no sean rastreables dentro de la red.

La tabla 1 muestra la clasificación en función de la rentabilidad de la moneda en el momento en que se escribió este artículo. En esta investigación, nos centraremos en las monedas más comunes utilizadas por los programas de criptominería y analizaremos muestras en su entorno natural. Para regenerar la tabla de candidatas a monedas de acuerdo con los valores de mercado actuales y la tasa de recompensa, publicamos nuestro código en el repositorio de GitHub de Akamai.

Pudimos construir esta tabla de candidatas después de examinar las motivaciones de los atacantes y los principios fundamentales de un blockchain de criptomonedas y su proceso de minería. Ahora, examinaremos más de cerca tres monedas y las topologías mineras que tanto los mineros legítimos como los maliciosos pueden utilizar para obtenerlas.

• Monero, conocida por su uso por parte de los atacantes
• Zephyr, que parece prometedora
• Safex, que creemos que los atacantes pueden pasar por alto 

Monero es la moneda más notoria utilizada por los criptomineros. Se trata de una moneda orientada a la privacidad basada en el algoritmo RandomX, resistente a ASIC, que la convierte en la combinación perfecta para los programas de criptominería. Monero utiliza algoritmos de criptografía avanzados para lograr una tecnología de privacidad de vanguardia, como firmas de anillo, varias claves asimétricas, protocolos bulletproof, RingCT y mucho más. Puede encontrar más información sobre estas técnicas y algoritmos de privacidad en Moneropedia.

Monero implementa RingCT, un algoritmo que combina un número de transacciones de entrada no válidas junto con la real para ocultar la entrada utilizada para la transacción y, por lo tanto, la cantidad transmitida. También utiliza varias técnicas para firmar valores de modo que solo los participantes de la transacción puedan leerlos. La identidad del remitente y la del destinatario están protegidas criptográficamente, lo que significa que logra la privacidad a través de los tres factores principales: remitente, destinatario y cantidad.

Para hacer que RandomX (y, por lo tanto, Monero) sea resistente a ASIC, define su propio conjunto de instrucciones y una máquina virtual (VM) que lo ejecuta. A diferencia de las VM tradicionales, esto no hace referencia a un sistema operativo independiente, sino a una especie de intérprete que traduce el conjunto de instrucciones personalizadas al hardware subyacente.

La mayor parte de nuestra investigación se centra en Monero, y las mismas prácticas que utilizamos para analizar la red, los programas y el blockchain de Monero se pueden aplicar a cualquier otra criptomoneda.

En este marco, ZEPH es la moneda explotable que sirve como moneda de referencia. ZRS funciona como respaldo de reserva para ZSD, la moneda estable equivalente. En 2024, Zephyr lanzó ZYS, un mecanismo de rendimiento diseñado para generar beneficios a partir del crecimiento de los tokens ZYS distribuidos.

Esto significa que el valor de ZYS aumenta consistentemente en relación con ZSD, ofreciendo a los usuarios una inversión potencialmente rentable vinculada al rendimiento de la criptomoneda estable. Los atacantes utilizarán el token ZEPH minable y tendrán en cuenta las tendencias de los demás tokens como incentivos para atacarlo.

Actualmente, esta es casi la moneda menos rentable para la minería y, por lo tanto, la menos atractiva para los criptomineros. Sin embargo, podríamos encontrar muestras de malware que minan Zephyr. Podemos especular sobre por qué los atacantes lo utilizarán como parte de su campaña: puede que sea la recompensa más grande (7,896 ZEPH) por encontrar un bloque o evadir un motor de detección específico de Monero.

Safex es una plataforma de blockchain diseñada para un marketplace privado y descentralizado en el que los usuarios pueden comprar y vender productos sin intermediarios. Utiliza dos criptomonedas principales: Safex Token (SFT) y Safex Cash (SFX). Al dar prioridad a la privacidad, Safex utiliza firmas de anillo y direcciones ocultas para mantener las transacciones no rastreables y proteger las identidades de los usuarios, basándose esencialmente en Monero.

La moneda SafeX parece ser la más rentable para la minería en este momento. Esto la hace atractiva para los atacantes, pero no hemos encontrado criptominería activa aparte de unas cuantas carteras en los archivos de configuración.

Mediante la asignación de la red Safex utilizando la herramienta dedicada que hemos creado, podemos ver que la red es muy pequeña en comparación con la red de Monero. Pudimos encontrar 298 nodos, pero solo 6 nodos disponibles públicamente.

Aunque esta moneda parece ser rentable para la minería, los atacantes la están pasando por alto. Nuestra especulación es que los atacantes no son conscientes de la rentabilidad de SafeX y creemos que no pasará mucho tiempo hasta que veamos una actividad maliciosa abusando de esta moneda.

Los mineros pueden establecer una red de minería en varias topologías. Cada configuración tiene sus propios pros y contras, pero la conclusión es que todas están diseñadas para optimizar la compensación entre rentabilidad y seguridad. Algunas de las topologías utilizan una arquitectura descentralizada para apoyar la red y asegurar su sostenibilidad. Otras se centran en optimizar la tasa de hash y aumentar las posibilidades de obtener las recompensas por bloques.

Los componentes de las distintas topologías son esencialmente los mismos. Todos ellos interactúan mediante protocolos de red como IP, I2P, Tor y protocolos de aplicación como Levin para la comunicación punto a punto y el protocolo de STRATUM a través de JSON-RPC. El protocolo de Stratum es el estándar de criptominería para hacer funcionar una flota de mineros utilizando simples trabajos estructurados en JSON que contienen todos los datos necesarios para calcular el algoritmo de consenso de hash.

Como caso real de las diferentes topologías mineras, nos centraremos en Monero. Una topología minera típica de Monero consta de uno de los componentes que se muestran en la tabla 2.

En las próximas secciones se detallan los diferentes tipos de topologías que se pueden utilizar para operaciones de minería, entre las que se incluyen:

• En solitario
• Conjunta
• Conjunta P2Pool
• NiceHash
• Proxy

Ya sea con fines legítimos o maliciosos, estas topologías desempeñan un papel crucial en la caza y detección de programas de criptominería.

Con la minería en solitario, el minero trabaja directamente con su propio nodo o con uno confiable (Figura 5). Si bien la minería en solitario aumenta las ganancias potenciales del atacante cuando se encuentra un bloque, también reduce significativamente sus posibilidades de ser recompensado. Si la botnet del atacante es lo suficientemente grande, la minería en solitario podría merecer la pena.

Sin embargo, si una sola persona controla una cantidad sustancial de la tasa de hash supone un riesgo grave para la red.

Aún no hemos encontrado malware de criptominería configurado para minería en solitario. Esto podría deberse a que la minería en solitario no siempre recompensa al atacante, por lo que otras estrategias de minería podrían proporcionar más valor a largo plazo. También podría deberse a los altos costes operativos de mantenimiento de un nodo y al hecho de que poseer uno podría comprometer el anonimato del atacante.

El P2Pool de Monero es un conjunto de minería descentralizada que aborda los problemas de centralización a menudo encontrados en los conjuntos de minería tradicionales. En lugar de depender de una autoridad central para gestionar las operaciones mineras y distribuir las recompensas, P2Pool crea una red de punto a punto en la que los mineros colaboran directamente (Figura 7). Este enfoque concuerda con el compromiso de Monero con la privacidad y la descentralización, mejorando tanto la seguridad como la equidad en el proceso de minería.

En el sistema P2Pool, cada minero ejecuta un nodo completo de Monero y contribuye a la potencia de hash de la red mientras mantiene el control sobre sus propias actividades mineras. Las recompensas se distribuyen proporcionalmente en función de la contribución de cada minero, sin comprometer las sólidas funciones de privacidad de Monero. 

Al eliminar el control centralizado, P2Pool reduce riesgos como puntos únicos de fallo y posible censura, y ofrece un entorno más resistente y democrático para los mineros en el ecosistema de Monero.

A pesar de las ventajas de utilizar la topología P2Pool, incluida la ausencia de tarifas y una mayor tasa de encuentro de bloques, no hemos encontrado una muestra maliciosa que funcione en dicha topología. Si el funcionamiento de un nodo estable es una desventaja desde el punto de vista del atacante, eso puede comprometer su anonimato.

NiceHash es un servicio para el comercio de recursos computacionales. Los mineros pueden poner a la venta la tasa de hash de sus plataformas sin especificar un solo algoritmo y obtener un precio fijo por ello. Elimina tanto el elemento estadístico de la minería como el factor suerte, y lo reemplaza con ingresos reducidos pero constantes.

Este tipo de minería es similar a la minería de pool, en la que los trabajos de minería combinan múltiples algoritmos al mismo tiempo, lo que significa que el minero utilizará diferentes algoritmos al mismo tiempo para varios compradores.

Es menos probable encontrar a criptomineros vinculados a NiceHash debido a su requisito "conozca a su cliente" (KYC) para la identificación de los vendedores y compradores. Podrían vincularse mediante identidades falsas o robadas, pero probablemente no duraría mucho.

Pudimos encontrar ambos tipos utilizados por los atacantes, donde la diferencia distintiva era que uno intentaba ocultar la dirección del pool de minería, mientras que el otro ocultaba el pool y la cartera utilizados.

El uso de criptomonedas en operaciones de ciberdelincuencia es común, pero normalmente se emplea como método de pago. Por el contrario, el malware de criptominería aprovecha el aspecto fundamental de la criptomoneda, su proceso de minería, como medio principal de generar beneficios.

Los atacantes pueden aprovechar diversas topologías de minería para mejorar su privacidad y aumentar la resistencia frente a los métodos de detección más utilizados. Por ejemplo, evitar la inclusión de direcciones de cartera en las muestras de malware reduce la eficacia de los motores de análisis estático diseñados para identificar patrones de direcciones de cartera. Esta estrategia también dificulta la vinculación de muestras individuales a una campaña más amplia, protegiendo así el anonimato de la operación.

La creación de una tabla de candidatos de criptominería nos permite anticipar la moneda de elección de los atacantes, que puede utilizarse dentro de su botnet de criptominería. Esta información nos puede ayudar a descubrir campañas que pasan desapercibidas y a centrar nuestros métodos de detección en una gama específica de candidatos de criptominería.