Современные информационные технологии//4 информационная безопасность
к.в.н. Самсонов Ф.А., Костюченко И.И.
Филиал
Военной Академии им. Петра Великого (г. Ростов-на-Дону)
Метод комплексной оценки безопасности
информационно-вычислительных систем специального назначения
Опыт военных
конфликтов последних десятилетий, анализ хода и предварительных результатов
кардинального реформирования Вооруженных Сил Российской Федерации со всей
очевидностью свидетельствуют о неуклонном росте роли и значении информационно-управленческих
процессов в функциональной структуре современной вооруженной борьбы. Более
того, эффективность управления в современных условиях становится ключевым
фактором, определяющим как боевую эффективность применения средств поражения,
так и исход операции (боевых действий) в целом. Повышение оперативности приема,
обработки и передачи данных является объективным следствием усложнения и
возрастания объема задач, решаемых современными информационными управляющими
системами специального назначения. Внедрение современных информационных
технологий и повышение уровня автоматизации информационных расчетных системам
специального назначения приводит к их усложнению и внесению дополнительных
потенциальных уязвимостей, обуславливающих возможность снижения функциональной
устойчивости в условиях преднамеренных или непреднамеренных деструктивных
воздействий.
В
последнее время вопросам совершенствования систем управления в Вооруженных
Силах Российской Федерации уделяется пристальное внимание. в целом перечне
руководящих документов, регламентирующих различные информационно-управленческие
аспекты сферы вооруженного противоборства, сформированы концептуальные,
теоретические и методологические основы построения и функционирования
перспективных систем управления.
Вместе
с тем в существующих устных и руководящих документах вопросы организации и
осуществления основных
информационно-управленческих функций рассматривается обобщенно, без
достаточной для эффективного применения в практике войск и органов управления
конкретизации, без учета специфики систем управления формированиями различных
видов Вооруженных Сил и родов войск. Научный задел в рассматриваемой предметной
области весьма ограничен, а опыт подготовки и осуществления мероприятий действий, направленных на обеспечение функциональной
устойчивости информационно-расчетных систем специального назначения,
представляются разобщенными и слабо-систематизированными.
Вследствие
ограниченности финансовых и материальных ресурсов актуальным является вопрос о
приоритете в обеспечении средств и методов защиты потенциально опасных объектов
по степени и уровню их опасности и риска. Данное обстоятельство требует
скорейшей разработки методов количественного анализа и оценки свойства
«безопасность – опасность» и риска применительно к информационно-вычислительным
системам специального назначения.
Одним из
наиболее важных направлений в обеспечении безопасности информационно-вычислительных систем
специального назначения является разработка единой
методологии и на ее основе информационной технологии оценки безопасности
(риска) систем, а так же принятие комплекса стандартных показателей
безопасности (риска) для всех видов воздействующих факторов применительно к
физически разнородным объектам среды с учётом поведенческой неопределённости
пользовательского персонала. При этом исследование безопасности любой системы
достижимо только путем изучения ее опасности в полном объеме и во всей глубине,
с выявлением полного набора возможно опасных источников, связей, причин и
следствий, что является многофакторной нетривиальной научной задачей, не
имеющей в настоящее время однозначного решения.
В связи с этим, безусловно, актуальными
являются исследования, посвященные различным аспектам проблематики обеспечения
функциональной устойчивости информационно-вычислительных систем специального
назначения.
Сущность
факторного параметрического метода моделирования и оценки риска утраты функциональной устойчивости
информационно-вычислительных систем специального назначения заключается в том, что элементы системы «оператор -
рабочая среда - ИРС» рассматривается как сложные многофакторно восприимчивые
устройства. В составе самой системы выделяются
источники угроз, мероприятия и
средства защиты и потенциальные уязвимости. Каждая уязвимость в общем
случае восприимчива к действию различных видов физических факторов, образующих
множество видов потенциальных угроз Т =
(1,2,…, tТ). Уязвимости
пронумерованы по возрастанию опасности в виде множества К = (1,2,…, kК).
Причем последним, k = kK, нумеруется самая опасная (критическая)
уязвимость.
Известно, что
из рабочей среды на объект и внутри объекта могут действовать факторы различной
природы, под параметры которые, в общем случае, имеют нечеткие значения
(вследствие неточной и (или) неполной информации) и задаются в виде множества V = ( vm t l ), где v – зависящее от времени нечеткое значение параметра m вида (m Î M),
характеризуемого функцией принадлежности m v ( l ), и описывающего фактор t вида, t = 1,2,…, tТ, действующего от l = 0, 1, 2,…, kK источника, причем l = 0 означает внешний источник(окружающую среду), а
остальными источниками являются потенциально опасные элементы объекта.
Источники воздействий (оператор,
внешняя среда, элементы самой системы) могут оказывать воздействия различного
типа, в связи с этим они классифицируются по следующим типам:
- механический (удары,
падения и т.п.);
- тепловой
(термодинамический) (пожар, перегревание и т.п.);
- электрический
(электромагнитный) (короткое замыкание, воздействие электромагнитных полей и
т.п.);
- радиоактивный
(радиоактивное излучение);
- фоновый (рентгеновское
и гамма излучение);
- оптический (волны
инфракрасного видимого и ультрафиолетового излучений);
- химический (реакции
горения, восстановления и др.);
- биологический
(бактериологические, физиологически реакции и др.);
- информационный
(воздействие вредоносных программ, сбой ПО или операционной системы и др.).
Пусть
известны защитные функции конструкции и организационно-технические средства
обеспечения безопасности объекта, которые в общем случае есть функции от
времени и описаны нечетко из-за наличия погрешностей в их определении.
Множество нечетких функций ослабления при передаче различных видов воздействий
от источников непосредственно на входы (на конструкцию) каждой уязвимости
задается в виде: F = (f m t l k ),
где f – зависящее от времени нечеткое значение коэффициента
ослабления, f Î [0,1], описанного функцией принадлежности mf(v)Î[0,1], параметра m вида, представляющего t вид материального фактора, действующего от l угрозы на вход k-ой уязвимости. Полагается, что в системе все
рассматриваемые предпосылки происшествий есть предпосылки несанкционированных
отказов элементов системы и их можно однозначно выразить на основе
лингвистической формулы: «воздействие – каналирование, ослабление или
исключение видов факторов – восприимчивость действующих факторов уязвимостью –
инициирование элемента – образование вторичных факторов».
Пусть
возможность несанкционированного отказа любого объекта системы описывается зависящими от времени
нечеткими параметрами восприимчивости к инициированию (из-за неточной и
неполной информации о них), выраженными в размерности воздействующих факторов и
которые задаются в виде: R = (r m t k ),
где r –в общем случае зависящий от времени нечеткий параметр
m вида, описываемый функцией принадлежности mr(l), представляющий t вид фактора, который воспринимает k-я угроза.
Тогда
относительно любого ПОЭ объекта объединение введенных множеств в совокупность
множеств позволяет на некотором периоде времени полностью описать возможные
источники и предпосылки происшествий
и элементарных отказов.
Как показал анализ
способов представления характеристик элементов системы «угроза – мероприятия и средства защиты - уязвимость»,
рассматриваемых как объектов реализации угроз функциональной устойчивости ИРС к
действию каждого вида факторов рабочей среды (в том числе действий оператора)
целесообразно представить в виде нечетких значений Ŕ на множестве L, где - функция принадлежности нечеткого множества Ŕ, а l - носитель нечеткого множества. На основе
исследований [1,7] вид функции принадлежности может быть определен как функция
Гаусса, однако для удобства расчетов он может быть аппроксимирован
трапециевидной или треугольной функцией.
Множество S – представление нечетких параметров факторов,
непосредственно действующих на уязвимость ИРС,
, где
, для " m ÎM, t ÎT, l Î(0,1,…,kK), kÎK.
Тогда относительно любой
уязвимости и системы воздействующих угроз объединение введенных множеств в
совокупность множеств вида {V,F,R} позволяет на
некотором периоде времени полностью описать возможные источники и предпосылки
нарушения функциональной устойчивости и элементарных отказов подсистем ИРС.
Таким образом установление
возможностной меры p(m) реализации угрозы
функциональной устойчивости в системе «угроза
–мероприятия и средства защиты - уязвимость»» рассматривается как задача
об определении условий существования решения и нахождении меры реализации
критерия превышения значения воздействия значению восприимчивости объекта t:s>r, если
параметры s ,r – нечеткие величины, ядра которых заданы, а
границы их носителей установлены на уровне a - среза. (Рисунок 1)
Sα
Рисунок 1 - Вид функций воздействия фактора m(sa) и восприимчивости объекта ИВС m(ra)
Считается, что
статистические данные о разбросе нечетких параметров отсутствуют, но экспертным
путем установлены области для ядер нечетких величин s , r ,
обозначаемых в виде ,
, а также области для носителей этих величин на уровне
их a – среза (Рисунок 2):
Под границами носителей R a, S a подразумеваются
«ничтожно» возможные значения нечетких величин r и s, которые эксперты различают со степенью уверенности,
равной (1 - a), где a –уровень
различимости этих границ. В рамках этой модели, для «верхней»
и «нижней»
границ ядер задали
условие:
и рассмотрена
Гауссова функции принадлежности m (l).
Рисунок 2 – Выражение модели «воздействие – восприимчивость» через
функции принадлежности
Если функции
принадлежности параметров s , r известны,
то мера p может быть
найдена путем решения задачи о сравнении двух нечетких интервалов [3,6], причём
параметры , а также абсолютный «запас безопасности» zb и
приведенный параметрический «запас
безопасности» zbα:
,
(1)
Таким образом,
возможностная мера при нормальной (гауссовой) аппроксимации функций
принадлежности нечетких параметров s и r будет иметь вид :
, (2)
где s s (s r
) –
характеристика размытости соответственно параметров s , r, связанная
с практической областью размытости D
s (D r ).
По определению [4],
возможностная мера превышения s над r есть значение функций принадлежности в их точке
пересечения l 1.
(3)
После подстановки (1) в
(3), с учетом (2), аналитическая зависимость «нормальной» аппроксимации
возможностной меры принимает следующий вид:
, (4)
где k e = k / 2, а значения коэффициента k e = 4,5; 8; 12,5 соответствуют значениям коэффициента k = 3; 4; 5 в
формуле (3).
Таким образом, в
исследованиях[2,3-6,8] установлено, что в модели «нечеткий параметр воздействия
– нечеткий параметр восприимчивости» при гауссовой аппроксимации функций принадлежности, возможностная мера отказа элемента есть функция от отношения уклонения ядер к
суммарной размытости носителей параметров воздействия и восприимчивости.
Метод факторного
параметрического моделирования предоставляет возможность использовать для
оценки значений факторных воздействий не только статистические данные, но и
экспертные оценки. Такой подход к формированию исходных данных для применения
алгоритма возможностной меры реализации угрозы в информационно-расчётной
системе обуславливает ряд особенностей:
1.
Формализация знаний
экспертов требует дополнительных временных затрат;
2.
Оценки экспертов должны
быть нормированы и согласованы, а в случае несогласованности особое мнение
должно рассматриваться как отдельный вариант логической цепи
причинно-следственной связи, что предполагает наличие дополнительных временных
ресурсов в ходе экспертизы;
3.
В случае, когда элемент
системы, являющийся уязвимостью, сам может быть источником угрозы (вторичное
воздействие в результате реализации воздействий первичных), все описания связей
приёмников воздействий и воздействующих факторов, в соответствии с методикой,
распараллеливаются и дублируются, что влечёт за собой дополнительные временные
и материальные затраты по построению новых структурно-логических цепей и
последующих расчётов для полученных описаний.
4.
Факторное
параметрическое описание системы вида «угроза-защита-уязвимость» должно
предусматривать сохранение структурно-логичсеких связей
«воздействие-ослабление-восприимчивость» и возможность внесения дополнительных
изменений в модель.
Перечисленные особенности
факторного параметрического метода доказывают трудоёмкость подготовки исходных
данных и обусловливают необходимость автоматизации рутинных процессов за счёт
применения специализированных программных пакетов. Поскольку в настоящее время
программ моделирования структурно-логических схем безопасности ИРС и расчёта
значений возможностных мер не разработано, целесообразность их проектирования и
программной реализации не вызывает сомнения.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Есипов Ю.В, Самсонов Ф.А., Черемисин А.И. Мониторинг и оценка риска систем «защита-объект-среда».М.:Издательство ЛКИ, 2008. – 136 с.
2.
Махутов Н. А.
Конструкционная прочность, ресурс, и техногенная безопасность: в 2 ч.
Новосибирск: Наука. 2005. - ч.1. 494
с., - ч.2. 610 с.
3.
Стрелецкий Н.С. Основы
статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений – М. :
Стройиздат, 1967 – 232 с.
4.
Поспелов Д.А. Логические
методы анализа и синтеза схем. – М., Энергия, 1964, 508 с.
5.
Рябинин И.А., Черкесов
Г.М. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных
систем. – М., Радио и связь. 1981. 263 с.
6.
Рябинин И. А. Надежность
и безопасность структурно-сложных систем. – СПб.: Политехника, 2000. – 248 с.