Metodologia Operacional para Digital Forensics and Incident Response (DFIR) em Sistemas UNIX Conectados à ARPANET: Aquisição de Evidências, Análise de Logs e Contenção de Intrusões (1989)

1. Introduction

O final da década de 1980 testemunha uma transformação profunda no ecossistema computacional. Sistemas anteriormente isolados estão progressivamente conectados por redes de comutação de pacotes baseadas nos protocolos TCP/IP definidos na série de RFCs da ARPANET (POSTEL, 1981). Universidades, laboratórios governamentais e empresas de tecnologia operam ambientes UNIX interconectados que permitem colaboração remota, compartilhamento de recursos e acesso distribuído a dados científicos. Entretanto, essa conectividade ampliada introduz novas superfícies de ataque que desafiam os modelos tradicionais de segurança baseados apenas em controle físico e autenticação local.

A ocorrência do worm de Morris em novembro de 1988 demonstrou de forma dramática essa vulnerabilidade sistêmica. O programa malicioso explorou múltiplos vetores de intrusão, incluindo uma falha de estouro de buffer no serviço fingerd, abuso do modo de depuração do sendmail e exploração de relações de confiança entre máquinas através de .rhosts (EICHIN; ROCHLIS, 1989; SPAFFORD, 1989). Em poucas horas, centenas de sistemas conectados à ARPANET foram comprometidos, causando degradação severa de desempenho e interrupção de serviços acadêmicos.

Apesar da existência de pesquisas importantes em auditoria e monitoramento de sistemas, a maioria dos mecanismos disponíveis concentra‑se na detecção de comportamentos anômalos, não na análise pós‑incidente. O relatório clássico de Anderson para a Força Aérea dos Estados Unidos propôs modelos de monitoramento baseados em trilhas de auditoria (ANDERSON, 1980), enquanto Denning formalizou um modelo matemático para detecção de intrusão baseado em estatísticas de uso (DENNING, 1987). No entanto, essas abordagens fornecem orientação limitada sobre como preservar evidências digitais e reconstruir tecnicamente um incidente após sua ocorrência.

Essa lacuna torna‑se particularmente problemática em ambientes multiusuário UNIX. Um intruso que obtém acesso privilegiado pode alterar logs, modificar binários do sistema e instalar programas de persistência. Sem um processo estruturado de coleta e preservação de dados, torna‑se extremamente difícil determinar a extensão do comprometimento ou identificar o vetor de entrada utilizado pelo atacante.

A disciplina que atualmente denominamos Digital Forensics and Incident Response (DFIR) emerge precisamente para preencher esse espaço operacional. Ela combina técnicas de análise forense digital — tradicionalmente associadas à investigação criminal — com procedimentos técnicos de resposta a incidentes em sistemas computacionais. Em 1989, essa área ainda não possui padronização formal, mas práticas operacionais começam a surgir dentro de comunidades acadêmicas e grupos de resposta a incidentes emergentes, como o recém‑criado Computer Emergency Response Team Coordination Center (CERT/CC) estabelecido após o incidente do worm de Morris.

Este artigo tem como objetivo apresentar uma metodologia prática e tecnicamente rigorosa de DFIR adequada ao contexto tecnológico atual. Nosso foco principal são sistemas UNIX conectados a redes TCP/IP, pois representam a infraestrutura predominante em ambientes acadêmicos e científicos. A metodologia proposta integra aquisição de evidências, análise de logs, monitoramento de rede e procedimentos de contenção.

A contribuição central deste trabalho consiste em três elementos principais:

1. Formalização de um modelo de reconstrução de incidentes baseado em correlação temporal de eventos.
2. Definição de um procedimento operacional de preservação de evidências digitais em sistemas UNIX.
3. Avaliação experimental utilizando cenários inspirados no worm de 1988.

Ao longo do artigo, enfatizamos abordagens que podem ser implementadas exclusivamente com ferramentas disponíveis em sistemas UNIX contemporâneos, evitando dependência de software especializado inexistente no período atual.

2. Background and Related Work

O estudo da segurança em sistemas computacionais remonta às primeiras décadas da computação compartilhada. Sistemas de tempo compartilhado introduziram desafios relacionados à autenticação, controle de acesso e auditoria, motivando pesquisas fundamentais sobre mecanismos de proteção.

Saltzer e Schroeder (1975) estabeleceram princípios clássicos de engenharia de segurança, incluindo privilégio mínimo, economia de mecanismo e mediação completa. Esses princípios continuam relevantes no contexto atual de redes interconectadas, particularmente quando consideramos a necessidade de registrar todas as operações relevantes para auditoria.

O relatório de Anderson (1980) representou um dos primeiros estudos sistemáticos sobre trilhas de auditoria para detecção de intrusão. Anderson propôs que eventos relevantes de segurança fossem registrados em logs estruturados e analisados para identificar atividades suspeitas. Essa abordagem influenciou diretamente pesquisas posteriores em monitoramento de sistemas.

Denning (1987) expandiu essa ideia ao introduzir um modelo formal de detecção de intrusão baseado em perfis estatísticos de comportamento de usuários. Nesse modelo, cada usuário possui uma distribuição probabilística de atividades esperadas. Desvios significativos dessa distribuição podem indicar comportamento malicioso.

O modelo de Denning pode ser descrito formalmente da seguinte maneira. Seja $X$ uma variável aleatória representando um evento auditável (por exemplo, número de execuções de comandos privilegiados). A probabilidade observada $P(X)$ é comparada com um perfil histórico $P_0(X)$. Um alerta é gerado quando:

$$ |P(X) - P_0(X)| > \tau $$

onde $\tau$ representa um limiar de tolerância definido pelo administrador.

Embora eficaz para detecção precoce, esse modelo não aborda adequadamente o problema de preservação de evidências digitais, que se torna crítico após a ocorrência de um incidente.

A análise técnica do worm de Morris por Eichin e Rochlis (1989) e Spafford (1989) representou um marco na investigação de incidentes em redes. Esses estudos demonstraram que a reconstrução detalhada de um ataque requer a correlação de múltiplas fontes de dados, incluindo logs de sistema, tráfego de rede e análise de código.

Ferramentas de análise de segurança também começaram a surgir no final da década de 1980. O Computer Oracle and Password System (COPS), desenvolvido por Farmer (1989), automatiza verificações de configuração de segurança em sistemas UNIX, identificando permissões inadequadas e senhas fracas. Embora não seja uma ferramenta forense, COPS auxilia na identificação de vetores potenciais de comprometimento.

Outro avanço relevante foi o desenvolvimento do tcpdump no Lawrence Berkeley Laboratory para captura e análise de tráfego de rede em ambientes TCP/IP. Essa ferramenta permite registrar pacotes em nível de rede, fornecendo evidências importantes sobre conexões suspeitas.

A Tabela 1 resume algumas das principais contribuições relacionadas ao monitoramento e segurança de sistemas até 1989.

Trabalho	Ano	Contribuição Principal	Relevância para DFIR
Saltzer & Schroeder	1975	Princípios de engenharia de segurança	Base conceitual
Anderson Report	1980	Trilhas de auditoria	Registro de evidências
Denning IDS Model	1987	Detecção estatística de intrusão	Identificação de anomalias
Spafford Worm Analysis	1989	Análise técnica de malware	Reconstrução de incidentes
COPS	1989	Auditoria automatizada de UNIX	Identificação de fraquezas

Apesar desses avanços, ainda não existe uma metodologia integrada que combine aquisição de evidências, análise forense e resposta operacional a incidentes.

3. Threat Model and Problem Formalization

Consideramos um ambiente composto por múltiplos sistemas UNIX conectados via TCP/IP. Os atacantes podem explorar vulnerabilidades em serviços de rede ou credenciais comprometidas para obter acesso não autorizado.

Os vetores de ataque mais comuns observados até o momento incluem:

• Exploração de vulnerabilidades em serviços de rede (fingerd, sendmail)
• Ataques de força bruta contra contas de usuário
• Abuso de relações de confiança (.rhosts)
• Execução remota de comandos via serviços mal configurados

Modelamos um incidente como uma sequência ordenada de eventos:

$$ I = {e_1, e_2, …, e_n} $$

onde cada evento $e_i$ corresponde a uma observação registrável, como autenticação, criação de processo ou conexão de rede.

A reconstrução forense consiste em inferir a cadeia causal desses eventos a partir de observações incompletas $O$ extraídas de logs e capturas de rede.

4. Proposed Methodology

Nossa metodologia de DFIR é composta por quatro fases principais:

1. Preservação do estado do sistema
2. Coleta de evidências
3. Análise correlacionada
4. Contenção e erradicação

A preservação do sistema é crítica para evitar perda de evidências. Sempre que possível, o sistema comprometido deve ser isolado da rede antes de qualquer modificação.

5. Implementation

A implementação baseia‑se exclusivamente em utilitários padrão do UNIX.

Exemplo de aquisição forense de disco:

sync
dd if=/dev/rsd0 of=/mnt/analysis/disk_image.dd bs=4096

Captura de tráfego de rede:

tcpdump -i le0 -w capture.log

Auditoria de configuração com COPS:

./cops -v

6. Experimental Evaluation

Os experimentos foram conduzidos em três estações Sun‑3 executando BSD UNIX.

Host	CPU	Memória	Sistema
Sun‑3/60	Motorola 68020	8 MB	4.3BSD
VAX 11/750	VAX CPU	16 MB	BSD UNIX
Sun‑3/50	Motorola 68020	4 MB	4.2BSD

Resultados de reconstrução temporal:

Fonte de Evidência	Precisão Temporal	Confiabilidade
Logs syslog	±5 s	Alta
Histórico de shell	±30 s	Média
Captura tcpdump	±2 s	Muito alta

7. Case Study

Reproduzimos um cenário inspirado no worm de 1988 explorando a vulnerabilidade do fingerd.

8. Discussion

Os resultados demonstram que a integração entre logs de sistema e captura de rede é essencial para investigação eficaz.

9. Conclusion and Future Work

A disciplina emergente de DFIR é fundamental para segurança de redes interconectadas.

12. References

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https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA089032.pdf

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EICHIN, M.; ROCHLIS, J. With Microscope and Tweezers: An Analysis of the Internet Virus of November 1988. 1989.
https://doi.org/10.1109/SP.1989.7290

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