Detección de usos indebidos

Dentro de la clasificación de los sistemas de detección de intrusos en base a su forma de actuar, la segunda gran familia de modelos es la formada por los basados en la detección de usos indebidos. Este esquema se basa en especificar de una forma más o menos formal las potenciales intrusiones que amenazan a un sistema y simplemente esperar a que alguna de ellas ocurra; para conseguirlo existen cuatro grandes aproximaciones ([Ko96]): los sistemas expertos, los análisis de transición entre estados, las reglas de comparación y emparejamiento de patrones (pattern matching) y la detección basada en modelos.

Los primeros sistemas de detección de usos indebidos, como NIDES ([L⁺92]), se basaban en los sistemas expertos para realizar su trabajo; en ellos las intrusiones se codifican como reglas de la base de conocimiento del sistema experto, de la forma genérica if-then (if CONDICIÓN then ACCIÓN). Cada una de estas reglas puede detectar eventos únicos o secuencias de eventos que denotan una potencial intrusión, y se basan en el análisis - generalmente en tiempo real - de los registros de auditoría proporcionados por cualquier sistema Unix: esta es una de las principales ventajas de los sistemas expertos, el hecho de que el mecanismo de registro dentro de Unix venga proporcionado `de serie', ya que de esta forma el sistema de detección trabaja siempre por encima del espacio del sistema operativo, algo que facilita enormemente su integración dentro de diferentes clones de Unix.

Podemos pensar en un caso real que nos ayude a comprender el funcionamiento de los sistemas expertos a la hora de detectar intrusiones; el típico ejemplo es la detección de un mismo usuario conectado simultáneamente desde dos direcciones diferentes. Cada vez que un usuario se autentica correctamente en el sistema, cualquier Unix genera una línea de registro que se guarda en el fichero de log correspondiente; así, al conectar a un servidor Linux Slackware vía SSH, se registra el evento de esta forma:

May 27 03:08:27 rosita sshd[5562]: User toni, coming from anita, authenticated.

Al leer este registro, un sistema experto comprobaría si el usuario toni ya tiene una sesión abierta desde una máquina diferente de anita; si esta condición se cumple (recordemos la forma genérica de las reglas del sistema experto, if-then) se realizaría la acción definida en la regla correspondiente, por norma generar una alarma dirigida al responsable de seguridad del sistema.

La segunda implementación de los sistemas de detección de usos indebidos era la basada en los análisis de transición entre estados ([PK92]); bajo este esquema, una intrusión se puede contemplar como una secuencia de eventos que conducen al atacante desde un conjunto de estados inicial a un estado determinado, representando este último una violación consumada de nuestra seguridad. Cada uno de esos estados no es más que una imagen de diferentes parámetros del sistema en un momento determinado, siendo el estado inicial el inmediatamente posterior al inicio de la intrusión, y el último de ellos el resultante de la completitud del ataque; la idea es que si conseguimos identificar los estados intermedios entre ambos, seremos capaces de detener la intrusión antes de que se haga efectiva.

Sin duda el sistema de detección basado en el análisis de transición entre estados más conocido es USTAT ([Ilg92]), basado en STAT ([Por92]). Este modelo fué desarrollado inicialmente sobre SunOS 4.1.1 (en la actualidad está portado a Solaris 2), y utiliza los registros de auditoría generados por el C2 Basic Security Module de este operativo. En USTAT, estos registros del C2-BSM son transformados a otros de la forma S, A, O, representando cada uno de ellos un evento de la forma `el sujeto S realiza la acción A sobre el objeto O'; a su vez, cada elemento de la terna anterior está formado por diferentes campos que permiten identificar unívocamente el evento representado. El sistema de detección utiliza además una base de datos - realmente, se trata de simples ficheros planos - formada principalmente por dos tablas, una donde se almacenan las descripciones de los diferentes estados (SDT, State Description Table) y otra en la que se almacenan las transiciones entre estados que denotan un potencial ataque (SAT, Signature Action Table). Cuando USTAT registre una sucesión determinada de eventos que representen un ataque entrará en juego el motor de decisiones, que emprenderá la acción que se le haya especificado (desde un simple mensaje en consola informando de la situación hasta acciones de respuesta automática capaces de interferir en tiempo real con la intrusión).

La tercera implementación que habíamos comentado era la basada en el uso de reglas de comparación y emparejamiento de patrones o pattern matching ([SG91], [KS94c]); en ella, el detector se basa en la premisa de que el sistema llega a un estado comprometido cuando recibe como entrada el patrón de la intrusión, sin importar el estado en que se encuentre en ese momento. Dicho de otra forma, simplemente especificando patrones que denoten intentos de intrusión el sistema puede ser capaz de detectar los ataques que sufre, sin importar el estado inicial en que esté cuando se produzca dicha detección, lo cual suele representar una ventaja con respecto a otros modelos de los que hemos comentado.

Actualmente muchos de los sistemas de detección de intrusos más conocidos (por poner un ejemplo, podemos citar a SNORT o RealSecure) están basados en el pattern matching. Utilizando una base de datos de patrones que denotan ataques, estos programas se dedican a examinar todo el tráfico que ven en su segmento de red y a comparar ciertas propiedades de cada trama observada con las registradas en su base de datos como potenciales ataques; si alguna de las tramas empareja con un patrón sospechoso, automáticamente se genera una alarma en el registro del sistema. En el punto 18.8.2 hablaremos con más detalle del funcionamiento de SNORT, uno de los sistemas de detección de intrusos basados en red más utilizado en entornos con requisitos de seguridad media.

Por último, tenemos que hablar de los sistemas de detección de intrusos basados en modelos ([GL91]); se trata de una aproximación conceptualmente muy similar a la basada en la transición entre estados, en el sentido que contempla los ataques como un conjunto de estados y objetivos, pero ahora se representa a los mismos como escenarios en lugar de hacerlo como transiciones entre estados. En este caso se combina la detección de usos indebidos con una deducción o un razonamiento que concluye la existencia o inexistencia de una intrusión; para ello, el sistema utiliza una base de datos de escenarios de ataques, cada uno de los cuales está formado por una secuencia de eventos que conforman el ataque. En cada momento existe un subconjunto de esos escenarios, denominado de escenarios activos, que representa los ataques que se pueden estar presentando en el entorno; un proceso denominado anticipador analiza los registros de auditoría generados por el sistema y obtiene los eventos a verificar en dichos registros para determinar si la intrusión se está o no produciendo (realmente, al ser esos registros dependientes de cada sistema Unix, el anticipador pasa su información a otro proceso denominado planner, que los traduce al formato de auditoría utilizado en cada sistema). El anticipador también actualiza constantemente el conjunto de escenarios activos, de manera que este estará siempre formado por los escenarios que representan ataques posibles en un determinado momento y no por la base de datos completa.

Hasta hace poco tiempo no existían sistemas de detección de intrusos basados en modelos funcionando en sistemas reales ([Kum95]), por lo que era difícil determinar aspectos como su eficiencia a la hora de detectar ataques. En 1998 se presentó NSTAT ([Kem98]), una extensión de USTAT (del cual hemos hablado antes) a entornos distribuidos y redes de computadores, y en el que se combina el análisis de transición entre estados con la detección de intrusos basada en modelos. A pesar de todo, este modelo es el menos utilizado a la hora de detectar ataques y efectuar respuestas automáticas ante los mismos, especialmente si lo comparamos con los basados en la comparación y emparejamiento de patrones.

Los IDSes basados en la detección de usos indebidos son en principio más robustos que los basados en la detección de anomalías: al conocer la forma de los ataques, es teóricamente extraño que generen falsos positivos (a no ser que se trate de un evento autorizado pero muy similar al patrón de un ataque); es necesario recalcar el matiz `teóricamente', porque como veremos más adelante, la generación de falsos positivos es un problema a la hora de implantar cualquier sistema de detección. No obstante, en este mismo hecho radica su debilidad: sólo son capaces de detectar lo que conocen, de forma que si alguien nos lanza un ataque desconocido para el IDS éste no nos notificará ningún problema; como ya dijimos, es algo similar a los programas antivirus, y de igual manera que cada cierto tiempo es conveniente (en MS-DOS y derivados) actualizar la versión del antivirus usado, también es conveniente mantener al día la base de datos de los IDSes basados en detección de usos indebidos. Aún así, seremos vulnerables a nuevos ataques.

Otro grave problema de los IDSes basados en la detección de usos indebidos es la incapacidad para detectar patrones de ataque convenientemente camuflados. Volviendo al ejemplo de los antivirus, pensemos en un antivirus que base su funcionamiento en la búsqueda de cadenas virales: lo que básicamente hará ese programa será buscar cadenas de código hexadecimal pertenecientes a determinados virus en cada uno de los archivos a analizar, de forma que si encuentra alguna de esas cadenas el software asumirá que el fichero está contaminado. Y de la misma forma que un virus puede ocultar su presencia simplemente cifrando esas cadenas (por ejemplo de forma semialeatoria utilizando eventos del sistema, como el reloj), un atacante puede evitar al sistema de detección de intrusos sin más que insertar espacios en blanco o rotaciones de bits en ciertos patrones del ataque; aunque algunos IDSes son capaces de identificar estas transformaciones en un patrón, otros muchos no lo hacen.