Luận án tiến sĩ về mô hình phân tích pháp y sử dụng ghi chép định hướng mục tiêu

Luận án tiến sĩ nghiên cứu a model of forensic analysis using goaloriented logging, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh vực tại Việt Nam.

Trường đại học

University of California, San Diego

Chuyên ngành

Computer Science

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

dissertation

2007

183
3
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

Signature Page

Table of Contents

List of Tables

List of Figures

Vita, Publications, and Fields of Study

3. A Method of Forensic Analysis Using Sequences of Function Calls

4. Toward Forensic Models

4.1. Principles of Forensic Analysis

4.2. Current Problems with Forensics

4.3. Principle 1: Consider the Entire System

4.4. Principle 2: Log Information without Regard to Assumptions

4.5. Principle 3: Consider the Effects, Not Just the Actions

4.6. Principle 4: Consider Context to Assist in Understanding

4.7. Principle 5: Present and Process Actions and Results in an Understandable Way

5. Laocoön: The Forensic Model

5.1. Introduction to Our Approach

5.2. Choosing Intruder Goals to Model

5.3. Modeling Intruder Goals

5.4. Extracting and Interpreting Logged Data

5.5. Unique Path Identifier

5.6. Proving the Model

6. Examples of Using Laocoön

6.1. Obtaining a Root Shell

6.2. Modify /etc/passwd (e. via lpr bug)

6.3. Bypassing Standard Interfaces (e. via utmp bug)

6.4. Inconsistent Parameter Validation (e. with chsh or chfn)

6.5. Shared Memory Code Injection

6.6. The 1988 Internet Worm

6.7. Christma Exec Worm

6.8. Summary of Examples

7. Implementation, Experiments, and Results

7.1. Obtaining a Local Root Shell

7.2. Spyware via a Trojaned sshd

7.3. Modify /etc/passwd via lpr bug

7.4. Avoid Authentication in su

7.5. Trojan Horse to gain root

7.6. Bypassing Standard Interfaces

7.7. Summary of Experiments

8. Taking Laocoön from a Model to a System

8.1. Our Model in Practice

8.2. Issues with Instrumentation

8.3. Issues with Logging

8.4. Issues with Forensic Analysis

8.5. Issues with Construction

8.6. Policy Discovery and Compilation

8.7. Overview of the Approach

8.8. Applying Policies to Systems and Sites

8.9. Reverse-Engineering Policies

8.10. Software/Hardware Issues

8.11. Sufficiency and Necessity in the Forensic Model

8.12. Applying Forensic Techniques to Intrusion Detection

LIST OF TABLES

LIST OF FIGURES

PREFACE

ACKNOWLEDGEMENTS

VITA

PUBLICATIONS

PAPERS IN SUBMISSION

FIELDS OF STUDY

ABSTRACT OF THE DISSERTATION

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình phân tích pháp y với ghi chép định hướng mục tiêu

Mô hình phân tích pháp y với ghi chép định hướng mục tiêu là một phương pháp hiện đại trong lĩnh vực phân tích sự cố máy tính. Mô hình này không chỉ giúp xác định cách thức xâm nhập mà còn phân tích hành động của kẻ tấn công và tác động của các hành động đó. Việc áp dụng mô hình này giúp cải thiện khả năng phân tích và giảm thiểu sự phụ thuộc vào may mắn trong việc điều tra các sự cố. Theo Sean Philip Peisert, mô hình này được xây dựng dựa trên các nguyên tắc phân tích pháp y, nhằm tối ưu hóa việc ghi chép và phân tích dữ liệu.

1.1. Định nghĩa và tầm quan trọng của phân tích pháp y

Phân tích pháp y là quá trình hiểu và tái tạo các sự kiện đã xảy ra. Nó giúp trả lời các câu hỏi như: xâm nhập xảy ra như thế nào? Kẻ tấn công đã làm gì trong quá trình xâm nhập? Tác động của các hành động đó là gì? Việc ghi chép dữ liệu là rất quan trọng để phục vụ cho việc phân tích này.

1.2. Lịch sử phát triển của mô hình phân tích pháp y

Mô hình phân tích pháp y đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Ban đầu, nó chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và may mắn. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp phân tích đã trở nên khoa học hơn, giúp nâng cao độ chính xác trong việc điều tra các sự cố.

II. Vấn đề và thách thức trong phân tích pháp y hiện nay

Mặc dù có nhiều tiến bộ, lĩnh vực phân tích pháp y vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự phân tán giữa việc ghi chép và phân tích dữ liệu. Các hệ thống ghi chép thường không được thiết kế với mục tiêu phân tích, dẫn đến việc thu thập quá nhiều dữ liệu không cần thiết. Điều này làm cho việc phân tích trở nên khó khăn và tốn thời gian.

2.1. Sự phân tán giữa ghi chép và phân tích

Hệ thống ghi chép thường được quản lý bởi các quản trị viên hệ thống, trong khi các nhà phân tích pháp y lại có mục tiêu khác nhau. Điều này dẫn đến việc dữ liệu được ghi chép không phù hợp với nhu cầu phân tích, gây khó khăn trong việc xác định các sự kiện quan trọng.

2.2. Khó khăn trong việc xác định dữ liệu quan trọng

Với khối lượng dữ liệu khổng lồ, việc xác định dữ liệu nào là quan trọng để phân tích là một thách thức lớn. Các nhà phân tích thường phải dựa vào suy đoán thay vì các kết luận chắc chắn, điều này có thể dẫn đến sai sót trong quá trình điều tra.

III. Phương pháp ghi chép định hướng mục tiêu trong phân tích pháp y

Phương pháp ghi chép định hướng mục tiêu là một phần quan trọng trong mô hình phân tích pháp y. Phương pháp này tập trung vào việc ghi chép các dữ liệu cần thiết để phục vụ cho việc phân tích, giúp giảm thiểu khối lượng dữ liệu không cần thiết. Theo mô hình Laocoön, việc ghi chép này phải được thực hiện một cách có hệ thống và có mục tiêu rõ ràng.

3.1. Nguyên tắc ghi chép định hướng mục tiêu

Nguyên tắc ghi chép định hướng mục tiêu bao gồm việc xác định các dữ liệu cần thiết trước khi ghi chép. Điều này giúp đảm bảo rằng chỉ những thông tin quan trọng mới được lưu trữ, từ đó giảm thiểu khối lượng dữ liệu cần phân tích.

3.2. Lợi ích của việc ghi chép có hệ thống

Ghi chép có hệ thống giúp cải thiện khả năng phân tích và giảm thiểu thời gian cần thiết để xác định các sự kiện quan trọng. Điều này cũng giúp các nhà phân tích dễ dàng hơn trong việc tìm kiếm và phân tích dữ liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình phân tích pháp y

Mô hình phân tích pháp y với ghi chép định hướng mục tiêu đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ an ninh mạng đến điều tra tội phạm. Các kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình này giúp cải thiện đáng kể khả năng phát hiện và phân tích các sự cố. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp tăng cường an ninh mà còn nâng cao hiệu quả trong việc điều tra các sự cố.

4.1. Ứng dụng trong an ninh mạng

Trong lĩnh vực an ninh mạng, mô hình này giúp các tổ chức phát hiện và phân tích các cuộc tấn công một cách hiệu quả hơn. Việc ghi chép định hướng mục tiêu cho phép các nhà phân tích nhanh chóng xác định các điểm yếu và cải thiện hệ thống bảo mật.

4.2. Ứng dụng trong điều tra tội phạm

Mô hình phân tích pháp y cũng được áp dụng trong điều tra tội phạm, giúp các nhà điều tra xác định các hành động của kẻ tấn công và tái tạo lại các sự kiện đã xảy ra. Điều này giúp nâng cao khả năng truy tố và bảo vệ công lý.

V. Kết luận và tương lai của mô hình phân tích pháp y

Mô hình phân tích pháp y với ghi chép định hướng mục tiêu đang mở ra những hướng đi mới trong lĩnh vực phân tích sự cố. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, mô hình này có tiềm năng lớn để cải thiện khả năng phân tích và điều tra. Tương lai của mô hình này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho các nhà phân tích pháp y và các tổ chức trong việc bảo vệ an ninh.

5.1. Tiềm năng phát triển của mô hình

Mô hình phân tích pháp y có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai, đặc biệt là khi công nghệ ghi chép và phân tích dữ liệu ngày càng tiên tiến. Việc áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong phân tích.

5.2. Tương lai của phân tích pháp y

Tương lai của phân tích pháp y sẽ phụ thuộc vào khả năng áp dụng các mô hình mới và cải tiến quy trình ghi chép. Sự kết hợp giữa công nghệ và phương pháp phân tích sẽ tạo ra những bước tiến lớn trong việc bảo vệ an ninh và điều tra tội phạm.

11/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SAN DIEGO A Model of Forensic Analysis Using Goal-Oriented Logging A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree Doctor of Philosophy in Computer Science by Sean Philip Peisert Committee in charge: Professor Sidney Karin, Chair Professor Matthew A. Bishop Professor Roger E. Bohn Professor Larry Carter Professor Keith Marzullo Professor Stefan Savage 2007 UMI Number: 3246091 Copyright 2007 by Peisert, Sean Philip All rights reserved. UMI Microform 3246091 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company.

All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Copyright Sean Philip Peisert, 2007 All rights reserved.

The dissertation of Sean Philip Peisert is approved, and it is acceptable in quality and form for publication on microfilm: Chair University of California, San Diego 2007 iii For Kathryn — my wife, my inspiration, my everything. And for my parents, who gave me what I needed to get here. iv Sherlock Holmes: “It is an old maxim of mine which states that once you have eliminated the impossible, whatever remains, however improbable, must be the truth.” —Sir Arthur Conan Doyle, “The Sign of the Four,” Lippincott’s Monthly Magazine (1890) deduce (verb): draw as a logical conclusion New Oxford American Dictionary, Second Edition (2005) logic (noun): The art of thinking and reasoning in strict accordance with the limitations and incapacities of human misunderstanding. —Ambrose Bierce, The Devil’s Dictionary (1911) v TABLE OF CONTENTS Signature Page.

v Table of Contents. vi List of Tables. ix List of Figures. xiii Vita, Publications, and Fields of Study.

Organization of the Dissertation. 8 3 A Method of Forensic Analysis Using Sequences of Function Calls. Experiments and Results. Conclusions on Forensics Using Sequences of Function Calls.

30 4 Toward Forensic Models. Principles of Forensic Analysis. Current Problems with Forensics. Principle 1: Consider the Entire System.

Principle 2: Log Information without Regard to Assumptions. Principle 3: Consider the Effects, Not Just the Actions. Principle 4: Consider Context to Assist in Understanding. Principle 5: Present and Process Actions and Results in an Understandable Way 41 6.

Summary of Current Problems with Forensics. Principles-Driven Solutions. Principles-Driven Logging. Principles-Driven Auditing.

Summary of Principles-Driven Solutions. From Principles to Models. Qualities for a Forensic Model. 50 vi 5 Laocoön: The Forensic Model.

Introduction to Our Approach. Choosing Intruder Goals to Model. Modeling Intruder Goals. Extracting and Interpreting Logged Data.

Unique Path Identifier. Proving the Model. 71 6 Examples of Using Laocoön. Obtaining a Root Shell.

Modify /etc/passwd (e. via lpr bug). via search path modification). Bypassing Standard Interfaces (e.

via utmp bug). Inconsistent Parameter Validation (e. with chsh or chfn). Shared Memory Code Injection.

The 1988 Internet Worm. Christma Exec Worm. Summary of Examples. 114 7 Implementation, Experiments, and Results.

Obtaining a Local Root Shell. Spyware via a Trojaned sshd. Modify /etc/passwd via lpr bug. Avoid Authentication in su.

Trojan Horse to gain root. Bypassing Standard Interfaces. Summary of Experiments. 124 8 Taking Laocoön from a Model to a System.

Our Model in Practice. Issues with Instrumentation. Issues with Logging. Issues with Forensic Analysis.

Issues with Construction. Policy Discovery and Compilation. Overview of the Approach. Applying Policies to Systems and Sites.

Reverse-Engineering Policies. Software/Hardware Issues. Sufficiency and Necessity in the Forensic Model. Applying Forensic Techniques to Intrusion Detection.

156 viii LIST OF TABLES Table 5.3 Service Property Types. 59 ix LIST OF FIGURES Figure 1.1 Diagram of possible measures of utility based on different data collected. (c) represents our goal, by using a model of forensics, in this dissertation.2 Diagram of a generic attack where circles represent actions. An attack model almost always consists of at least the endpoint (d), but may also include the beginnings (a) and possibly other states near the end (c).1 Unique and different numbers of function call sequences in the original version of su, and the version with pam authenticate removed.2 Number of function call sequences appearing only in the original version of su, and the version modified to ignore the results of pam authenticate.3 Number of function call sequences appearing only in the original version of ssh, and the version modified to echo the password back.4 Difference in number of function call sequences in original version of ssh, and the version modified to send the captured password over a network socket.1 Diagram of a generic attack where circles represent actions.

An attack model almost always consists of at least the endpoint (d), but may also include the beginnings (a) and possibly other states near the end (c).2 A coordinated, multi-stage attack. (a) represents a dual-pronged, co- ordinated beginning of the attack, (b) represents the beginnings of two individual components of the attacks, (c) represents the “ultimate goals” of each individual attack, and (d) represents the ultimate goal of the entire attack.3 Algorithm for placing bounds on the unknown goals in an attack graph.4 Algorithm for extracting the information necessary to log from an entire attack graph.5 An attack graph where circles represent known goals that can be described in advance and squares represent unknown exploits, which cannot.6 Algorithm for applying the λ function on a specific sub-goal.1 Diagram of a remote attack, exploiting a network program to obtain a root shell. (a) represents the remote connection. (b) represents the exploit that occurs to obtain the shell.

In an experiment that we show later, this is a buffer overflow, but it could be many different things. Hence, we do not model this directly. (c) represents executing the root shell.2 Diagram of spyware capturing a password and sending it over a network. (a) represents the capturing of the password.

(b) represents sending the password around the machine to another program. We do not know the mechanism used to do this, hence, we do not model this directly. (c) represents sending the password over the network.3 Diagram of re-writing a privileged file by exploiting multiple bugs in the UNIX program lpr.4 The attack graph used by the Internet Worm .5 The attack graph used by the Christma Exec Worm .6 Attack graphs for two possible classes of NFS exploits.1 Diagrams of two attack graphs, before and after path elimination has been applied. 130 xi PREFACE While Sherlock Holmes was not a doctor, Conan Doyle had based Holmes’s method as a detective upon one of his former professors of medicine at Edinburgh University, Dr.

Joseph Bell, whose powers of observation and deduction had made him a wizard at diagnosis. With the exception of Edgar Allan Poe’s pioneering stories about Auguste Dupin of Paris, Dr. Conan Doyle recalled many years later, most contemporary fictional detectives produced their results by chance or luck. Dissatisfied with that, he had decided, he said, to create a detective who would treat crime as Dr.

Bell had treated disease. This meant, in short, the application of scientific method to crime detection. That was a novel concept in 1887, to be sure, but it worked, first in fiction and then in practice, with life imitating art as it so often does when the art in question is a work of genius. As a detective in a scientific sense, Holmes always wants to know and looks for the physical evidence; he made himself a master at observing and analyzing physical evidence that the police and other detectives overlook or fail to recognize at all.

By his innate but also rigorously trained powers of deduction, he is able to reason backwards from this evidence to reconstruct the crime and delineate the physical attributes of the perpetrator. Holmes pays little attention to the psychology of crime. 1 This passage describes a 120-year-old methodology for analyzing crime successfully, that started as fiction and became reality. Amazingly, these words still apply today to computer forensic analysis.

However, until now, computer forensic analysis has largely been performed in the same way that Holmes’s fictional predecessors, and Scotland Yard’s real predecessors, performed forensic analysis: by chance or luck. Sometimes, chance and luck are enough. However, it is no coincidence that the most famous pieces of computer detective work have been performed by unusually brilliant computer analysts, such as Bill Cheswick [Che92], Cliff Stoll [Sto88, Sto89], and Tsutomu Shimomura [Shi95, SM96, Shi97]. But there are more attacks and attackers in the world than genius cyberdetectives available to analyze those attacks.

It will always help to be a a genius cyberdetective to analyze computer crime, and even for them, luck will never hurt. However, our goal is to change the level to which one must rely on these things by using a rigorous method of analyzing facts rather than relying on luck, chance, or what we think we might know about an intruder’s abilities, psychology, or motives. In this way, even the non-genius cyberdetective has a little more of a chance of getting things right. In this dissertation, we describe the year 2007 application of these year 1887 ideas.

1 See the afterword (“Dr. ”) by Jon Lellenberg, in [Car05]. xii ACKNOWLEDGEMENTS Many people have given me generous support and encouragement during my life, my time as a Ph. student, and during the process of writing this dissertation.

I would like to thank my advisors, teachers, mentors, and coaches — Sid Karin, Matt Bishop, Larry Carter, and Keith Marzullo. They have guided me through a series of steps in my life and my work that I could not have made it through without them — and have become friends in the process. In the best way that I can, I hope to live up to the gifts that they have given me. The advice from my entire dissertation committee has been interesting and valuable.

I appreciate their interest, support, and guidance, and I hope to have the opportunity to continue to interact with all of them in the future. Special thanks to Becky Bace, Martha Dennis, Drew Gross, Tsutomu Shimomura, Abe Singer, and Kevin Walsh, who all gave me support at important times and in important ways, and who also taught me new ways to think about academia, careers, and computer security. I wish to thank Robert S. Cohn and Steven Wallace at Intel for their enhancements to the FreeBSD version of the dynamic, binary instrumentation tool, Pin, which greatly helped my research on forensic analysis using sequences of function calls.

Finally, I would like to thank my patient and wonderful wife, Kathryn (who also copy- edited this entire dissertation); my closest friends, Aaron, Greg, Kent, Laura, Noah, PJ, and Stephen; and all of my family, who have all given me support throughout my life, have helped to make this possible, and have ultimately made the end result mean much more than just obtaining a degree. This material is based on work sponsored in part by: the Air Force Research Laboratory under Contract F30602-03-C-0075, a Lockheed-Martin Information Assurance Technology Focus Group 2005 University Grant, and award ANI-0330634, “Integrative Testing of Grid Software and Grid Environments,” from the National Science Foundation. The following papers, which have been previously published or are currently in submis- sion, are reprinted in this dissertation with the full permission of all co-authors of the papers: • In Chapter 3: “Analysis of Computer Intrusions Using Sequences of Function Calls,” Sean Peisert, Matt Bishop, Sidney Karin, and Keith Marzullo, conditionally accepted with minor revisions by IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing (TDSC), January 2007. • In Chapter 4: “Principles-Driven Forensic Analysis,” Sean Peisert, Matt Bishop, Sidney Karin, and Keith Marzullo, in Proceedings of the 2005 New Security Paradigms Workshop (NSPW), pp.

85–93, Lake Arrowhead, CA, October 2005.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài luận án tiến sĩ mang tiêu đề "Luận án tiến sĩ về mô hình phân tích pháp y sử dụng ghi chép định hướng mục tiêu" của tác giả Sean Philip Peisert, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của các giáo sư tại Đại học California, San Diego, năm 2007, tập trung vào việc phát triển một mô hình phân tích pháp y hiệu quả. Nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao khả năng phân tích dữ liệu trong lĩnh vực pháp y mà còn mở ra hướng đi mới cho việc áp dụng ghi chép định hướng mục tiêu trong các nghiên cứu tiếp theo.

Bài viết này mang lại nhiều lợi ích cho độc giả, từ việc hiểu rõ hơn về các phương pháp phân tích pháp y đến việc áp dụng các kỹ thuật hiện đại trong khoa học máy tính. Đặc biệt, nó mở ra cơ hội cho những nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này.

Để mở rộng thêm kiến thức, bạn có thể tham khảo các tài liệu liên quan như Luận văn về tự động hóa và sửa lỗi cho các lỗi biến thể trong dòng sản phẩm phần mềm, nơi đề cập đến việc tự động hóa trong phần mềm, một khía cạnh quan trọng trong phân tích pháp y. Ngoài ra, Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học Máy Tính: Quản Lý Ngữ Nghĩa Dữ Liệu Mở Liên Kết Sử Dụng Blockchain cũng có thể cung cấp thêm thông tin về cách quản lý dữ liệu trong các hệ thống phức tạp, tương tự như các ứng dụng trong phân tích pháp y. Cuối cùng, bạn có thể tìm hiểu thêm về Cài đặt và thực nghiệm SQLCipher trên hệ điều hành Android cho luận văn thạc sĩ, một tài liệu có liên quan đến bảo mật dữ liệu, một yếu tố quan trọng trong mọi nghiên cứu phân tích pháp y.

Những liên kết này không chỉ giúp bạn có thêm góc nhìn đa dạng mà còn mở rộng hiểu biết về các ứng dụng và công nghệ liên quan trong lĩnh vực khoa học máy tính và pháp y.