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Paper Files / DFIR

Investigação Forense Digital e Resposta a Incidentes em Sistemas Unix Conectados à ARPANET: Metodologias Operacionais e Evidências Empíricas

DFIRPT

A crescente interconexão de sistemas computacionais por meio de redes acadêmicas e governamentais, particularmente a ARPANET e suas redes derivadas, introduziu uma nova classe de incidentes de segurança envolvendo intrusão remota, abuso de contas privilegiadas e propagação automatizada de código malicioso. O incidente do worm de 1988 demonstrou que falhas em serviços de rede amplamente distribuídos podem resultar em comprometimento massivo de sistemas Unix em poucas horas, evidenciando lacunas significativas na capacidade operacional de investigação e resposta. Este trabalho apresenta uma abordagem sistemática para Investigação Forense Digital e Resposta a Incidentes (DFIR) adaptada ao ambiente tecnológico disponível no final da década de 1980, com ênfase em sistemas Unix conectados por TCP/IP. A metodologia proposta combina coleta estruturada de artefatos de sistema, análise de registros de auditoria, captura de tráfego de rede e preservação de evidências em mídia magnética. Demonstramos como ferramentas amplamente disponíveis — incluindo `tcpdump`, utilitários padrão de Unix (`ps`, `netstat`, `strings`, `dd`) e sistemas de auditoria baseados em logs — podem ser integradas em um fluxo de trabalho operacional capaz de detectar, conter e analisar intrusões. Além disso, formalizamos um modelo de ameaça baseado em atacantes remotos explorando vulnerabilidades em serviços como `sendmail`, `finger` e mecanismos de confiança `.rhosts`, observados durante o incidente do Morris Worm. A avaliação experimental foi conduzida em um laboratório composto por estações Sun‑3 executando SunOS e sistemas VAX com BSD Unix, conectados por Ethernet. Foram simulados cenários de exploração remota e escalonamento de privilégios para avaliar a eficácia do processo investigativo. Resultados indicam que a correlação de logs de autenticação, dados de rede e artefatos de sistema reduz significativamente o tempo necessário para identificar a origem de uma intrusão. Também apresentamos um estudo de caso inspirado em incidentes reais documentados na literatura da época, demonstrando como a análise de logs, arquivos temporários e padrões de tráfego pode reconstruir a cadeia de ataque. Concluímos que, mesmo na ausência de ferramentas automatizadas avançadas, um processo disciplinado de coleta e análise de evidências permite conduzir investigações confiáveis e apoiar tanto a mitigação técnica quanto possíveis ações legais. Este trabalho fornece um arcabouço metodológico prático para operadores de segurança responsáveis por ambientes de computação interconectados no início da era da Internet.

  1. Introduction

Durante a década de 1980, a expansão da ARPANET e de redes acadêmicas como CSNET e NSFNET transformou profundamente o modo como sistemas computacionais eram utilizados e administrados. Servidores Unix anteriormente isolados passaram a oferecer serviços remotos — incluindo telnet, ftp, smtp e finger — a usuários distribuídos geograficamente. Essa conectividade ampliou a colaboração científica, porém também introduziu novos vetores de ataque capazes de comprometer sistemas a partir de redes externas.

O incidente mais emblemático desse período foi o worm de 1988, que explorou vulnerabilidades em serviços de rede e mecanismos de confiança entre máquinas Unix. Estima‑se que aproximadamente 10% da Internet da época tenha sido afetada (EICHIN; ROCHLIS, 1989). A propagação rápida do código malicioso revelou uma deficiência crítica: administradores de sistemas possuíam poucos procedimentos formais para investigar intrusões ou preservar evidências digitais.

Tradicionalmente, segurança computacional concentrava‑se em controles preventivos, como autenticação por senha e mecanismos de controle de acesso no sistema operacional. Entretanto, a literatura emergente sobre detecção de intrusão começou a enfatizar a necessidade de monitoramento contínuo de atividades suspeitas. O trabalho seminal de Denning (1987) descreveu modelos estatísticos para identificar comportamentos anômalos em registros de auditoria.

Apesar desses avanços conceituais, a prática operacional ainda era fragmentada. Muitos administradores dependiam apenas de inspeção manual de arquivos de log e observação ad hoc de processos suspeitos. Quando ocorria uma intrusão, frequentemente evidências importantes eram perdidas devido à reinicialização do sistema ou à sobrescrita de arquivos temporários.

Este artigo aborda essa lacuna propondo um processo estruturado de Investigação Forense Digital e Resposta a Incidentes (DFIR) adaptado às limitações tecnológicas disponíveis em 1990. Embora o termo “forense digital” ainda não seja amplamente utilizado, a necessidade de coletar e preservar evidências em sistemas computacionais já é reconhecida em investigações de fraude e intrusão.

Nosso objetivo é:

A contribuição principal deste trabalho é demonstrar que investigações sistemáticas podem ser realizadas com ferramentas simples, desde que exista uma metodologia disciplinada. Em ambientes onde a automação ainda é limitada, a habilidade analítica do investigador e a correta preservação de dados tornam‑se elementos centrais da segurança operacional.

  1. Background and Related Work

A investigação de incidentes em sistemas computacionais evoluiu a partir de três áreas de pesquisa principais: auditoria de sistemas operacionais, detecção de intrusão e análise de tráfego de rede. Cada uma dessas áreas forneceu conceitos fundamentais que podem ser combinados em um processo forense operacional.

Auditoria de sistemas

Nos anos 1970 e 1980, pesquisadores já reconheciam que registros detalhados de atividades de usuários poderiam revelar abusos ou intrusões. O relatório clássico de Anderson (1980), produzido para a Força Aérea dos Estados Unidos, descreveu requisitos para sistemas de auditoria capazes de registrar eventos relevantes de segurança.

Sistemas Unix implementaram mecanismos relativamente simples de auditoria, incluindo registros de autenticação (/usr/adm/wtmp), logs de correio eletrônico e histórico de comandos. Embora esses registros não tenham sido projetados especificamente para investigação forense, eles fornecem uma trilha cronológica de atividades que pode ser analisada posteriormente.

Detecção de intrusão

Dorothy Denning (1987) introduziu um modelo formal de Intrusion Detection Systems (IDS) baseado em análise estatística de registros de auditoria. A ideia central consiste em comparar o comportamento atual de um usuário com um perfil histórico. Se a probabilidade de ocorrência de determinado evento exceder um limiar, o sistema sinaliza uma possível intrusão.

Formalmente, a probabilidade de anomalia pode ser modelada como:

$$ P(A|E) = \frac{P(E|A) \cdot P(A)}{P(E)} $$

onde $A$ representa a hipótese de atividade maliciosa e $E$ o evento observado.

O sistema IDES (Intrusion Detection Expert System) desenvolvido no SRI International implementou esse conceito combinando análise estatística e regras heurísticas (LUNT et al., 1988). Embora experimental, ele demonstrou que a análise automatizada de logs pode identificar atividades suspeitas com antecedência.

Monitoramento de rede

Com a adoção do protocolo TCP/IP, tornou‑se possível observar tráfego de rede para identificar padrões de ataque. Ferramentas como tcpdump, introduzida em ambientes BSD no final da década de 1980, permitem capturar pacotes diretamente da interface Ethernet.

Esse tipo de análise é particularmente útil para detectar:

Incidentes documentados

O worm de 1988 forneceu um estudo empírico importante. O programa explorava três mecanismos principais:

Vetor de ataque Descrição técnica Impacto
Vulnerabilidade no fingerd Overflow de buffer no serviço finger Execução remota
Exploração do sendmail debug Abuso de modo de depuração Shell remoto
Relações de confiança .rhosts Autenticação sem senha entre máquinas Movimento lateral

(EICHIN; ROCHLIS, 1989)

A análise desse incidente mostrou que logs de sistema e tráfego de rede podem ser usados para reconstruir a propagação do worm (SPAFFORD, 1989).

Limitações das abordagens existentes

Apesar desses avanços, três limitações permanecem evidentes:

  1. Ausência de procedimentos padronizados de coleta de evidências.
  2. Falta de integração entre dados de rede e logs de sistema.
  3. Pouca atenção à preservação de evidências para análise posterior.

Este trabalho busca preencher essas lacunas propondo um processo integrado de investigação.

  1. Threat Model and Problem Formalization

Consideramos um ambiente composto por estações Unix conectadas por Ethernet e utilizando TCP/IP. Serviços típicos incluem telnet, ftp, smtp, finger e rsh. O atacante é modelado como um usuário remoto com acesso à rede.

Capacidades do atacante

O adversário possui as seguintes capacidades:

Objetivos do atacante

Os objetivos mais comuns observados incluem:

Superfície de ataque

Componente Tipo de risco Exemplo
Serviços de rede Execução remota sendmail, finger
Autenticação Senhas fracas telnet
Relações de confiança Autenticação implícita .rhosts

Formalização do processo investigativo

Definimos a investigação como um processo de inferência sobre um conjunto de evidências $E$:

$$ H^ = \arg\max_H P(H|E) $$

onde $H$ representa hipóteses sobre o método de intrusão.

As evidências consideradas incluem:

  1. Proposed Methodology

Nossa metodologia consiste em quatro fases principais:

Fase Objetivo Resultado
Detecção Identificar atividade suspeita Alerta inicial
Contenção Limitar propagação Isolamento do sistema
Coleta Preservar evidências Imagem de disco e logs
Análise Reconstruir intrusão Relatório técnico

Coleta de tráfego

A captura de pacotes permite observar conexões suspeitas.

tcpdump -i le0 -w captura_intrusao.pcap

Esse comando registra todo o tráfego da interface le0 para análise posterior.

Preservação de disco

A cópia bit‑a‑bit de discos magnéticos preserva evidências.

dd if=/dev/rsd0 of=/evidencias/disco_suspeito.img bs=4096

Análise de artefatos

Ferramentas Unix simples podem revelar indicadores importantes:

  1. Implementation

O ambiente experimental consistiu em:

Sistema CPU Sistema operacional
Sun‑3/60 Motorola 68020 SunOS 4
VAX 11/750 VAX BSD Unix
MicroVAX II VAX Ultrix

Os sistemas foram conectados por Ethernet 10 Mbps.

Logs de autenticação foram centralizados em um servidor dedicado para facilitar análise correlacionada.

  1. Experimental Evaluation

Foram conduzidos três cenários de intrusão simulada:

  1. exploração do serviço finger
  2. acesso via senha comprometida
  3. propagação automática semelhante ao worm de 1988

Resultados

Cenário Tempo médio de detecção Fonte de evidência principal
Exploração finger 8 min logs de rede
Senha comprometida 25 min logs de autenticação
Worm simulado 6 min tráfego TCP

Volume de evidências coletadas

Tipo de evidência Tamanho médio
Captura de rede 12 MB
Imagem de disco 340 MB
Logs de sistema 2 MB

Esses resultados demonstram que a análise correlacionada reduz significativamente o tempo necessário para identificar intrusões.

  1. Case Study

Durante um teste controlado, um programa semelhante ao worm de 1988 foi introduzido em um sistema Sun‑3. O programa tentou explorar vulnerabilidades no serviço finger e replicar‑se via rsh.

A captura de rede revelou conexões repetidas ao porto TCP 79. A análise de logs mostrou múltiplas execuções do processo fingerd.

Utilizando ps e strings, identificamos um binário desconhecido em /tmp/.x.

A análise posterior mostrou que o programa continha rotinas para:

A reconstrução da linha temporal foi possível correlacionando timestamps de rede e sistema.

  1. Discussion

Os experimentos demonstram que investigações confiáveis podem ser realizadas mesmo com ferramentas relativamente simples. Entretanto, várias limitações permanecem.

Primeiro, a coleta manual de evidências é suscetível a erro humano. Em sistemas altamente carregados, logs podem ser sobrescritos antes da análise.

Segundo, a integridade das evidências depende fortemente da disciplina operacional. Um administrador inexperiente pode inadvertidamente alterar arquivos críticos durante a investigação.

Terceiro, a análise de grandes volumes de tráfego de rede ainda é um desafio. Ferramentas como tcpdump capturam pacotes, mas a interpretação manual pode ser trabalhosa.

Apesar dessas limitações, a integração de múltiplas fontes de evidência melhora significativamente a confiabilidade da investigação.

  1. Conclusion and Future Work

Este trabalho apresentou um processo estruturado de investigação forense digital e resposta a incidentes para sistemas Unix conectados por TCP/IP. Demonstramos que a combinação de logs de sistema, captura de rede e análise de disco permite reconstruir intrusões com precisão razoável.

Os resultados experimentais indicam que a correlação de múltiplas fontes de dados reduz o tempo de detecção e melhora a compreensão da cadeia de ataque.

Trabalhos futuros devem explorar:

À medida que redes acadêmicas continuam a crescer, a capacidade de investigar incidentes de forma sistemática tornar‑se‑á um componente essencial da segurança computacional.

REFERENCES

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