Снижение объема обрабатываемой информации в энергозависимой памяти при исследовании компьютерных инцидентов

СНИЖЕНИЕ ОБЪЕМА ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ИНФОРМАЦИИ В ЭНЕРГОЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИНЦИДЕНТОВ

Пантюхин И.О.1, Белов Н.И.2, Катаева В.А.3

Предложен метод снижения объема обрабатываемой информации для расследования

киберинцидентов в энергозависимой памяти. Сущность предлагаемого решения заключается в

определении и исключении мало информативных данных, содержащихся в дампах оперативной памяти.

Метод обеспечивает снижение объема данных с минимальными потерями информации, являющихся

важными при расследовании киберинцидентов. Первый этап работы метода - подготовка входных

данных для анализа, он заключается в получении и формировании дампов оперативной памяти

компьютера. Далее происходит разбор этих данных на набор атрибутов и последующая классификация

некоторых значений атрибутов, составляющих основу для проведения постинцидентного анализа

в энергозависимой памяти. Полученные данные структурируются и записываются в CSV файл.

На втором этапе происходит расчет информативности каждого из атрибутов с помощью метода

Шеннона. На заключительном этапе происходит исключение атрибутов, классифицированных как

малоинформативные. Предложенный метод позволяет существенно снизить временные затраты и

объем данных, занимаемыми дампами памяти, не потеряв при этом важную информацию для проведения

внутреннего аудита в энергозависимой памяти.

Ключевые слова: метод, снижение объема, информативность, метод Шеннона, энергозависимая

память, компьютерная криминалистика

и и DOI: 10.21681/2311-3456-2018-2-70-76

Введение

С каждым годом растет объем данных, обрабатываемых в информационных системах, вместе с ним стремительно растет количество инцидентов информационной безопасности, в частности - в энергозависимой памяти. В связи с этим появляются определенные задачи в области расследования инцидентов, такие как изучение существующих способов получения дампов энергозависимой памяти, исследование существующих методов расчета информативности признаков и разработка метода, способного уменьшить объем, занимаемый дампами энергозависимой памяти на диске, путем исключения данных, которые не являются необходимыми или полезными для расследовании киберинцидентов. Таким образом, осуществляя исключение данных, которые не несут в себе важной информации, можно снизить количество памяти, занимаемое дампом, которое необходимо для проведения внутреннего аудита большого объема данных оперативного запоминающего устройства (далее - ОЗУ).

На сегодняшний день авторам не известен метод, применяемый в сфере информационной безопасности и форензики, который позволил бы существенно уменьшить объем информации, за-

нимаемый дампами энергозависимой памяти, без весомых потерь информативности этих данных.

Методы и материалы

Метод снижения объема обрабатываемой информации для расследования киберинцидентов в энергозависимой памяти включает несколько последовательных шагов. На первом шаге осуществляется процесс получения и формирования данных, которые состоят из дампа оперативной памяти (RAM) [1]. Для полученных данных была определена следующая структура. После этапа предобработки атрибуту, имеющему в себе значение пути к процессу, было присвоено одно из значений класса, основанное на уровне вложенности файла в каталогах [2]. Для хранения и удобства обработки полученные структурированные данные были записаны в CSV файл. Алгоритм работы данного метода представлен на рис. 1.

Для получения данных с дампов ОЗУ использовалась утилита volatility framework, написанная на языке Python [3]. В результате этапа была получена таблица, где каждая строка - определенный процесс, а столбец - атрибут данного процесса, например: название процесса (Name), идентификатор процесса (UID), идентификатор родительского процесса (PPID), дата и время начала работы

1 Пантюхин Игорь Сергеевич, ассистент, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия.Е-mail: zevall@cit.ifmo.ru

2 Белов Никита Игоревич, магистрант, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия. E-mail: nikit.belov@gmail.com

3 Катаева Валентина Алексеевна, магистрант, Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия.Е-mail: kataeva@cit.ifmo.ru

Рис. 1. Блок-схема работы предлагаемого метода

процесса (Start-date-time), использование 64 битное или 32 битное пространство адресов (Wow64) и др. [4]. Эти атрибуты и их значения для каждого процесса сохраняются в CSV файле и имеют структуру, показанную на рис. 2.

Также в полученной таблице для дальнейшего расчета информативности атрибута был создан столбец, в котором записаны значения 0 и 1, обозначающие принадлежность данного процесса к инциденту. Для уменьшения вероятности ошибки подпроцессы, вызванные процессами, относящимися к инцидентам, также считались причастными к возникновению инцидентов информационной безопасности. Для наглядности было построено дерево процессов, где красным выделены вредоносные процессы, оно представлено на рис. 3.

Далее для определения того, какие атрибуты являются информативными в целях идентификации процесса, вызвавшего возникновение кибе-ринцидента в оперативной памяти, необходимо рассчитать информативность каждого атрибута. Это возможно сделать с помощью различных методов, например, метода Шеннона, метода Куль-бака или метода Накопленных Частот (НЧ). Сравнительный анализ данных методов представлен в табл. 1 [5]. Было принято решение использовать

Offset (Р) Offset (V) Name PID PPIO PDB Start-time Exit-time Wow64 Path

OkDOOOOOO 10f7d aS54 OxfffFfa S0045c206 0 cmd.eKe 4708 1564 &к0000000077а660[)0 11:15:SS О 1 3

[М)000000110Э9Ь324 OxfffffaS003962h3D audiodg.exe 4352 772 &KQ00000006d331000 11:06:36 О О 3

[М)00000010е59сЭ24 OxfffFfa S005763b3 0 Searchlndexer 1328 434 &X00000C0079465000 8:01:44 10:09:32 о 3

М)00000011ЮК1854 OxfffFfa S003fid 2060 mbietec.exe 3224 434 &KQ00000010778&000 10:06:26 О о 3

M)0000001Clff80tib4 Oxfffffa3003d683cD opera.exe 3233 2156 [MOOOOCOOlDdSeOOO 8:25:26 О 1 0

OkDOOOOOO 10 e5f21d4 OxfffFfa 80057d svchost.exe 1940 434 D«D00000007dc39000 B:01:30 о о 3

[feDOOOOOO10fe4 Ь0с4 OxfffFfa 8003c326d 0 cmd.eKe 4956 1564 [МЭ0000С0050с2Э000 11:07:16 о 1 3

[feDOOOOOO11023 de94 0xfffffa30036256j0 svchost.exe 2472 434 &к0000000048сс&000 10:05:09 о о 3

OkDOOOOOOOO 7143f 74 OxfffFfa 800374476 0 fiTe. ex e 5032 3240 [M0000C002faee000 11:16:17 о 1 7

[M0000C010ffb2324 0xfffffa3003d99b30 opera.exe 3934 2156 ОкОООООМОас&ВЭОЮ 9:20:30 о 1 0

Рис. 2. Пример структуры хранения атрибутов данных и их значений в CSV файле

Рис. 3. Дерево процессов одного из дампов ОЗУ

Таблица 1

Сравнительный анализ методов оценки информативности

Критерии Метод Шеннона Метод НЧ Метод Кульбака

Зависимость метода от способа кодировки атрибута Не зависит Зависит Не зависит

Число классов Произвольное число классов Два класса Два класса

Зависимость метода от объема выборки Не зависит Зависит Не зависит

Нормированность результата Нормирована Не нормирована Не нормирована

Метод Шеннона для данной задачи по следующим причинам:

• Данный метод не зависит от способа представления значения признака, в нашем случае данные могут быть как текстового типа, так и числового.

• Результатом расчета информативности с помощью метода Шеннона является нормированная величина от 0 до 1. Поэтому значение информативности близкое к 1 можно считать высоким, а значение близкое к 0, соответственно, низким.

На заключительном этапе проводится классификация атрибутов по значению их информатив-

100

80

g 60 гД

FU

о ц

F-

К

О

20

0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Значение информативности

Рис. 4. Вероятность возникновения ошибки классификации

ности. Для проведения классификации атрибутов необходимо выбрать пороговое значение информативности, при использовании которого будут определены необходимые для расследования атрибуты и исключены малоинформативные, а также обеспечена достаточная точность классификации атрибутов с целью их использования для расследования киберинцидентов. Был построен график, показывающий вероятность возникновения ошибки, т.е. исключения важного для постин-цидентоного анализа атрибута, используя шкалу вероятности от 0 до 100% и шкалу значений информативности атрибутов от 0 до 1. Опытным путем было выбрано пороговое значение информативности - 0,6, т.к. данное значение не превышает выбранный нами максимально-приемлемый критерий ошибки равный 5%, и в тоже время оно дает максимальное снижение объема данных. Данный график представлен на рис. 4.

На последнем этапе была повторно проведена классификация атрибутов. Атрибуты, имеющие информативность большую или равную выбранному пороговому значению, были переклассифицированы как "Информативные", а те атрибуты, которые имели значение информативности меньше порогового значения, - как "Не информативные", и были исключены.

Метод Шеннона

Один из способов оценки информативности известный из теории информации - метод Шеннона - использует для оценки информативности средневзвешенное количество информации, которое приходит на разные градации признака. Информацией в теории информации принято понимать величину устраненной энтропии. Метод Шеннона основан на вероятностях, поэтому объемы выборки наблюдений признака по трем распознаваемым классам может быть различен, в

Таблица 2

Значения информативности атрибутов

Название атрибута Значение информативности

Offset(P) 0.36238227890860503

Offset(V) 0.79696350463327903

Name 0.45162845283631903

UID 0.51296684556078098

PPID 0.52295301466869104

PDB 0.64644890872275695

отличии от Метода накопленных частот, так как он оперирует частотами, и объем выборки наблюдений признака должен быть одинаков по распознаваемым классам [6].

На тестовой выборке следующим образом были определены процессы, относящиеся к инцидентам: на основе сравнения двух дампов (до появления инцидента в системе и после) процессы, которых не было в первом дампе, считались относящимися к инцидентам, и им был присвоен ранг 1, остальным процессам - 0. После получения и формирования дампов оперативной памяти, как говорилось ранее, происходил разбор этих данных на атрибуты, и поочередный расчет значения информативности каждого атрибута для последующей классификации. В методе Шеннона рассчитывается информативность для каждого ]-го признака, под признаками в данном случае понимаются атрибуты [2].

Информативность ]-ого признака рассчитывается по формуле (1).

о к

¿=1 к=1

Pi =

Ï.L

1 Щ,к/

N

Метод Шеннона оценивает информативность, как нормированную величину, которая изменяется в промежутке от 0 до 1. Таким образом, информативность признака, определяемая данным методом рассматривается в абсолютном плане: ближе к 1 - высокая; ближе к 0 - низкая [7].

Таким образом была рассчитана информативность для каждого атрибута. Результаты расчетов информативности методом Шеннона для некоторых атрибутов представлены в табл. 2.

Результаты

В качестве объектов исследования был создан экспериментальный стенд, состоящий из компьютеров (10 шт.) следующей конфигурации:

Процессор Оперативная память Операционная система

Intel Core i7 2600K 3.4Ghz 3 ГБ

Windows 10 x64

ioßk^te)

Где G - количество градаций признака, К - количество классов, Р. - вероятность /-той градации признака, которая считается по формуле (2).

Где тк - частота появления /-той градации в ^-том классе, N - общее число наблюдений. Р,к -вероятность появления /-той градации признака в ^-том классе, она считается по формуле (3).

Каждый компьютер выступал в качестве средства вычислительной техники для проведения постинцидентного анализа экспертом. Была разработана программная реализация предложенного метода снижения объема обрабатываемой памяти для расследования киберинцидентов в энергозависимой памяти. Основой метода является определение и исключение атрибутов процессов памяти, которые являются неинформативными при расследовании компьютерных инцидентов [7].

Всего было проведено 8 экспериментов на разных дампах ОЗУ. Результаты экспериментов, полученных с помощью программной реализации данного метода, представлены на рис. 5 - рис. 6. На рис. 5 представлено количество малоинформативных атрибутов, отнесенных к классу "Не информативные", и количество важных для расследования атрибутов, отнесенных к классу "Информативные", определенных в результате проведения одного из экспериментов.

Классы атрибутов

Рис. 5. Количество атрибутов в каждом классе

Рис. 6. Результаты эксперимента

На рис. 6 показаны объемы обрабатываемых данных до и после применения описанного метода. В среднем, в процессе проведения всех экспериментов объем обрабатываемых данных без потери информативности уменьшился на 22%, что подтверждает эффективность работы данного метода [8].

Заключение

Предложенный метод снижения объема обрабатываемой информации для расследования киберинцидентов в энергозависимой памяти позволяет существенно уменьшить объем, занима-

емый данными, необходимыми для проведения внутреннего аудита. Также достоинством представленного метода является то, что он позволяет снизить временные затраты на проведение внутреннего аудита энергозависимой памяти, при этом без потери важной информации для расследования компьютерных инцидентов. Данный метод может быть адаптирован под другие виды операционных систем и компьютерных инцидентов, а также широко использоваться в различных задачах компьютерной криминалистики в совокупности с другими методами.

Литература

1. Limon G.G. Forensic physical memory analysis: an overview of tools and techniques / In: TKK T-110.5290 Seminar on Network Security. Helsinki, Finland, 2007. P. 305-320.

2. Shannon, C.E. The Mathematical Theory of Communication / C.E.Shannon and W.Weaver. - Urbana, IL: University of Illinois Press. - ISBN: 0252725484. - 1963. - 144 p.

3. Analyzing a RAM Image with Volatility [Электронный ресурс] -URL: https://samsclass.info/121/proj/p4-Volatility.htm, режим доступа: свободный, дата обращения 22.03.2017.

4. Kristine Amari, Techniques and Tools for Recovering and Analyzing Data from Volatile Memory. 26 March 2009. 59 P. URL: https:// www.sans.org/reading-room/whitepapers/forensics/techniques-tools-recovering-analyzing-data-volatile-memory-33049 (дата обращения: 10.05.2018).

5. Пантюхин И.С., Зикратов И.А., Левина А.Б. Метод проведения постинцидентного внутреннего аудита средств вычислительной техники на основе графов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 3. С. 506-512.

6. Дашутина Е.В., Меркулова Е.В. Проектирование СКС диагностики сердечно-сосудистых заболеваний // Материалы II международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Донецк, ДонНТУ. 2012. C. 285-288.

7. Kullback S. Information Theory and Statistics. — John Wiley & Sons, 1959.

8. Volatility Foundation - ForensicsWiki website, [Электронный ресурс] / URL: http://www.volatilityfoundation.org/about, режим доступа: свободный, дата обращения 14.03.2017.

REDUCING THE AMOUNT OF PROCESSED INFORMATION IN VOLATILE MEMORY IN INVESTIGATING COMPUTER INCIDENTS

I. Pantiukhin4, N. Belov5, V. Kataeva6

Abstract. A algorithm for reducing the amount of processed information for investigating cyber incidents in volatile memory is proposed. The key points of the proposed solution are determining and excluding non-informative data in random access memory (RAM) dumps. The method ensures a reduction of the amount of data with minimal data losses important for investigating cyber incidents. At the first stage of the method's work, input data for an analysis is prepared which consists in getting and forming RAM dumps. After that, an analysis of the data in order to identify an attribute array is carried out with a subsequent categorisation of some values of the attributes which form the basis for carrying out a post-incident analysis in volatile memory. The data obtained are given a structure and written to a CSV file. At the second stage, computations of informativeness of each attribute using Shannon's method are performed. At the final stage, attributes categorised as non-informative are excluded. The proposed method allows to substantially reduce the time expenditures and amount of data taken by the RAM dumps without losing information important for carrying out an internal audit in volatile memory.

Keywords: algorithm, amount reduction, informativeness, Shannon's method, volatile memory, computer forensic science.

4 Igor' Pantiukhin, Assistant Professor, University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia. E-mail: zevall@cit.ifmo.ru

5 Nikita Belov, Master's Student, University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia. E-mail: nikit.belov@gmail.com

6 Valentina Kataeva, Master's Student, University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia. Email: kataeva@cit.ifmo.ru

References

1. Limon G.G. Forensic physical memory analysis: an overview of tools and techniques / In: TKK T-110.5290 Seminar on Network Security. Helsinki, Finland, 2007. P. 305-320.

2. Shannon, C.E. The Mathematical Theory of Communication / C.E.Shannon and W.Weaver. - Urbana, IL: University of Illinois Press. - ISBN: 0252725484. - 1963. - 144 p.

3. Analyzing a RAM Image with Volatility [Electronic resource] -URL: https://samsclass.info/121/proj/p4-Volatility.htm, date of circulation: 22.03.2017.

4. Kristine Amari, Techniques and Tools for Recovering and Analyzing Data from Volatile Memory. 26 March 2009. 59 P. URL: https:// www.sans.org/reading-room/whitepapers/forensics/techniques-tools-recovering-analyzing-data-volatile-memory-33049 (date of circulation: 10.05.2018).

5. Pantiuhin I.S., Zikratov I.A., Levina A.B. Metod provedeniia postintcidentnogo vnutrennego audita sredstv vy'chislitePnoP tekhniki na osnove grafov // Nauchno-tekhnicheskiP vestneyk informatcionny'kh tekhnologiP, mehaniki i optiki. 2016. T. 16. № 3. S. 506-512.

6. Dashutina E.V., Merkulova E.V. Proektirovanie SKS diagnostiki serdechno-sosudisty'kh zabolevaniP // Materialy' II mezhdunarodnoP nauchno-tekhnicheskoP konferentcii studentov, aspirantov i molody'kh ucheny'kh. Donetck, DonNTU. 2012. C. 285-288.

7. Kullback S. Information Theory and Statistics. — John Wiley & Sons, 1959.

8. Volatility Foundation - ForensicsWiki website, [Electronic resource] / URL: http://www.volatilityfoundation.org/about, date of circulation: 14.03.2017.