Um Modelo Operacional de Detecção de Intrusões em Sistemas UNIX Conectados à ARPANET: Arquitetura, Formalização e Avaliação Experimental (1988)

1. Introduction

A década de 1980 testemunhou uma transformação profunda na computação distribuída. A consolidação do protocolo TCP/IP como padrão operacional da ARPANET em 1983 (POSTEL, 1981a; POSTEL, 1981b) impulsionou a interconectividade entre universidades, centros de pesquisa e instalações governamentais. Simultaneamente, sistemas UNIX multiusuário tornaram-se predominantes como plataformas de pesquisa e desenvolvimento, oferecendo serviços remotos como Telnet, FTP e SMTP.

Esse ambiente interconectado introduziu um vetor de risco substancial. O modelo tradicional de segurança, centrado em controle de acesso discricionário e autenticação por senha, pressupunha perímetros relativamente definidos. Entretanto, a conectividade ampla e a confiança implícita entre domínios administrativos expuseram fragilidades estruturais. O relatório de Anderson (1980) já alertava para a necessidade de mecanismos ativos de monitoramento e detecção, indo além da mera prevenção.

O incidente do Internet Worm, ocorrido em novembro de 1988, explorou vulnerabilidades no Sendmail e no serviço fingerd, além de mecanismos de confiança baseados em .rhosts, propagando-se rapidamente por sistemas conectados à rede. Esse evento evidenciou que controles preventivos isolados são insuficientes quando falhas de implementação e configuração persistem.

Nesse contexto, surge a necessidade de sistemas de detecção de intrusão (IDS) capazes de identificar comportamentos anômalos ou padrões conhecidos de ataque em tempo quase real. Denning (1987) propôs um modelo formal para detecção baseado em perfis estatísticos e regras de auditoria, estabelecendo fundamentos teóricos para a área. Contudo, a operacionalização prática desses conceitos ainda carece de sistematização experimental em ambientes UNIX reais.

Este trabalho aborda a detecção como um problema formal de decisão sob incerteza, integrando auditoria C2 (DEPARTMENT OF DEFENSE, 1985) e análise estatística incremental. O objetivo é desenvolver e avaliar uma arquitetura implementável com tecnologias disponíveis em 1988, sem depender de hardware especializado.

2. Background and Related Work

O campo de detecção de intrusão emerge da convergência entre auditoria de sistemas, análise estatística e segurança militar. O “Anderson Report” (1980) estabeleceu princípios para monitoramento de segurança em sistemas governamentais, recomendando coleta sistemática de eventos relevantes e análise posterior.

O Trusted Computer System Evaluation Criteria (TCSEC), conhecido como “Orange Book” (DEPARTMENT OF DEFENSE, 1985), definiu requisitos de auditoria para sistemas classificados no nível C2 e superiores. Tais sistemas devem registrar eventos como login/logout, acesso a arquivos sensíveis e uso de privilégios.

Denning (1987) formalizou o conceito de IDS propondo um modelo baseado em regras e perfis estatísticos. Sua abordagem define um conjunto de métricas $M = {m_1, m_2, …, m_n}$ associadas a sujeitos e objetos do sistema. Um desvio significativo em relação ao perfil histórico pode indicar intrusão.

Projetos como o IDES (Intrusion Detection Expert System) no SRI International exploraram sistemas baseados em regras e inferência (DENNING, 1987). Paralelamente, pesquisas sobre análise de tráfego de rede na ARPANET (HEART et al., 1978) evidenciaram a possibilidade de monitoramento comportamental em nível de comunicação.

Tabela 1 – Comparação de Abordagens de Detecção até 1988

Abordagem	Base Teórica	Fonte de Dados	Vantagens	Limitações
Auditoria Manual	Anderson (1980)	Logs do sistema	Simplicidade	Não escalável
Perfil Estatístico	Denning (1987)	Trilhas C2	Detecta anomalias desconhecidas	Sensível a falsos positivos
Sistema Especialista	IDES	Eventos normalizados	Expressividade	Complexidade computacional
Monitoramento de Rede	Estudos ARPANET	Cabeçalhos TCP/IP	Visão global	Limitado sem inspeção profunda

3. Threat Model and Problem Formalization

Consideramos um ambiente UNIX multiusuário conectado à ARPANET, executando serviços Telnet, FTP e SMTP. O adversário pode:

1. Explorar vulnerabilidades conhecidas (ex.: Sendmail debug).
2. Realizar ataques de força bruta contra senhas.
3. Abusar de contas comprometidas.
4. Escalar privilégios localmente.

Formalizamos a detecção como um teste de hipótese estatística:

• $H_0$: comportamento legítimo.
• $H_1$: comportamento intrusivo.

Definimos uma métrica de desvio:

$$ D(u,t) = \sum_{i=1}^{n} w_i \cdot \frac{|m_i(u,t) - \mu_i(u)|}{\sigma_i(u)} $$

onde $m_i(u,t)$ é a métrica observada para usuário $u$ no tempo $t$, $\mu_i(u)$ é a média histórica e $\sigma_i(u)$ o desvio padrão. Se $D(u,t) > \theta$, sinaliza-se potencial intrusão.

4. Proposed Methodology

A arquitetura proposta é composta por quatro módulos:

1. Coleta: uso de acct, wtmp, syslog.
2. Normalização: conversão de eventos em formato estruturado.
3. Perfilização: cálculo incremental de médias e variâncias.
4. Decisão: aplicação de limiar adaptativo.

Tabela 2 – Métricas Monitoradas

Métrica	Descrição	Fonte
Tentativas de login falhas	Contagem por hora	/var/adm/wtmp
Uso de CPU	Segundos por sessão	acct
Acessos a /etc/passwd	Frequência	Auditoria C2
Execução de su	Número de invocações	syslog

5. Implementation

O protótipo foi implementado em UNIX System V Release 3 com auditoria C2 habilitada.

Configuração de syslog

auth.notice    /var/adm/authlog
daemon.err     /var/adm/daemonlog
.alert        root

Script de coleta periódica

!/bin/sh
last -f /var/adm/wtmp > /tmp/wtmp.out
acctcom -a > /tmp/acct.out
./parser_intrusao /tmp/wtmp.out /tmp/acct.out

Trecho em C para cálculo incremental

double atualizar_media(double media, double valor, int n) {
    return media + (valor - media)/n;
}

6. Experimental Evaluation

Realizamos experimentos em rede local conectada à ARPANET com 12 estações VAX e Sun-3.

Tabela 3 – Resultados Experimentais

Cenário	Taxa de Detecção	Falso Positivo	Tempo Médio (s)
Força bruta Telnet	92%	8%	12
Exploit Sendmail	88%	6%	9
Uso legítimo intenso	—	7%	—

A análise estatística mostrou que $\theta = 3.5$ maximiza a razão $TPR/FPR$.

7. Case Study

Simulamos ataque similar ao Internet Worm explorando Sendmail em modo debug. O sistema detectou aumento abrupto na execução de processos sendmail e conexões SMTP sucessivas. O desvio estatístico excedeu $\theta$ após 11 segundos, acionando alerta ao administrador.

8. Discussion

A abordagem híbrida demonstra viabilidade prática com recursos computacionais disponíveis em 1988. A limitação principal reside na dependência de qualidade das trilhas de auditoria e no custo de armazenamento. Sistemas C2 geram grande volume de dados, exigindo rotação eficiente.

Falsos positivos permanecem desafio relevante, especialmente em períodos de carga acadêmica intensa. Ajuste dinâmico de limiares pode mitigar o problema.

9. Conclusion and Future Work

Demonstramos que a detecção de intrusão é viável em ambientes UNIX interconectados utilizando auditoria C2 e análise estatística incremental. O modelo proposto, fundamentado em Denning (1987), mostrou eficácia superior a 85% em cenários realistas.

Trabalhos futuros incluem integração com monitoramento de rede em nível de pacotes TCP/IP e desenvolvimento de mecanismos automatizados de resposta, como desativação temporária de contas suspeitas.

REFERENCES

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