Методы и алгоритмы прогнозирования поведения и оценки свойств информационной системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Фаткиева, Роза Равильевна

• Фаткиева, Роза Равильевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фаткиева, Роза Равильевна

Введение.

Глава I Методы моделирования и оценки эффективности функционирования информационной системы.

1.1 Признаки и свойства динамической информационной системы

1.2 Моделирование динамических процессов информационной системы во времени.

1.2.1 Моделирование динамических информационных систем с помощью нейронных сетей.

1.2.2 Моделирование динамических информационных систем на основе временных рядов.

1.3 Параметры порядка динамической информационной системы.

1.3.1 Методы неформального моделирования.

1.3.2. Декомпозиция общей задачи оценки эффективности функционирования информационной системы.

1.3.3 .Макромоделирование.

1.3.4 Определение показателей эффективности и критериев защищенности ИС.

1.4 Методы оценки эффективности функционирования средств защиты информации.

1.5 Постановка задачи исследования.

Выводы по главе 1.

Глава II Математическая модель процесса защиты информационной системы от факторов, нарушающих безопасность.

2.1 Основные виды угроз и их анализ.

2.2 Модель воздействия атак на информационную систему.

2.3 Модель поведения информационной системы под воздействием атак.

2.4 Построение модели системы защиты информации.

2.5 Выбор показателей и критериев эффективности средств защиты информации.

Выводы по главе II.

Глава III Метод оценки эффективности функционирования средств защиты информации.

3.1 Метод определения весовых коэффициентов с помощью экспертных оценок.

3.2 Метод определения частных характеристик.

3.3 Формирование обобщенного показателя эффективности и оценивание индивидуальных и групповых вкладов частных показателей.

Выводы по главе III.

Глава IV Практическая реализация предлагаемого метода оценки средств защиты информации.

4.1 Определение показателей эффективности средств защиты информации.

4.2 Решение задачи выбора оптимального варианта с помощью метода экспертного оценивания.

4.2.1 Анализ степени защищенности информационной системы «Энергонасос- ЦКБМ».

4.2.2 Выбор алгоритма шифрования.

Выводы по главе IV.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы прогнозирования поведения и оценки свойств информационной системы»

Актуальность темы. Развитие мирового сообщества наглядно демонстрирует, что важным государственным ресурсом, обеспечивающим национальную безопасность страны, становится информация, циркулирующая в информационных системах (ИС) различного назначения. Информационная система представляет комплекс с многоуровневой системой получения, обработки, хранения и передачи информации, обладающая сложным нелинейным недетерминированным поведением и большим числом степеней свободы. В силу непредсказуемости состояний элементов ИС, возникающей из-за сложности поведения, проектирование безукоризненной системы представляется невозможным, вследствие чего любая ИС имеет дефекты, которые могут использоваться в ходе умышленных или неумышленных действий. Удаленные атаки, внедрение вредоносного программного кода наряду со злоупотреблениями авторизованных пользователей ведет к достижениям вполне конкретных целей военного, политического или экономического характера. Для предотвращения несанкционированного доступа вырабатывается политика безопасности, учитывающая поведение ИС, свойства средств защиты информации (СЗИ) и основанная на анализе вероятностей реализации атак.

Целевая задача защиты—спрогнозировать поведение ИС и, в случае, нарушения безопасности предотвратить потери. Однако процедура защиты ресурсоемкая и дорогостоящая, поэтому возникает необходимость минимизировать включение СЗИ в ИС. Для построения системы СЗИ существуют большое количество средств, однако данными средствами задачи защиты решаются избирательно и зависят от условий применения и взаимной комплектации. В связи с этим возникает необходимость разработки методов оценивания и прогноза поведения ИС в условиях неопределенности атак. Для прогнозирования поведения ИС, под воздействием атак используют: нейронные сети, вероятностные модели, временные ряды и др.

Однако описанные методы не решают проблему оценивания СЗИ в сложных ИС, поэтому целью исследования является разработка методов прогнозирования поведения ИС и разработка метода оценивания СЗИ. Основные задачи исследований можно свести к следующим:

- математическое моделирование воздействия деструктивных факторов на ИС;

- разработка математической модели поведения элементов защиты ИС под воздействием атак;

- разработка метода выбора показателей эффективности функционирования СЗИ;

- разработка многопараметрической модели оценки эффективности функционирования СЗИ в ИС.

Основные научные результаты, которые выносятся на защиту:

- математическая модель воздействия деструктивных факторов на ИС;

- математическая модель поведения элементов защиты под воздействием факторов, нарушающих безопасность ИС;

- многопараметрическая модель оценки эффективности средств защиты информации и выбор на ее основе рационального варианта комплексной защиты информации.

Научная новизна:

- предложено обоснование и условия применения модели пуассоновских процессов для описания взаимодействия потока атак на ИС, отличающаяся тем, что потоки атак могут выстраиваться в очередь независимо от СЗИ;

- предложена и исследована математическая модель описания деструктивных процессов при взаимодействии с набором СЗИ на базе марковских процессов, отличающая тем, что учитывается реакция систем защиты на проведенные атаки;

- предложена многопараметрическая модель оценки СЗИ на базе обобщенного показателя эффективности, отличается возможностью учета общего доверительного интервала и согласованности оценок экспертов.

Практическая ценность работы определяется возможностью использования предложенных методов оценки эффективности функционирования СЗИ.

Результаты работы внедрены и используются в НТЦ «Энергонасос-ЦКБМ» для передачи конфиденциальной информации между территориально удаленными подразделениями предприятия, а также в учебном процессе Северо-Западного государственного заочного технического университета в дисциплине «Теория систем и системотехника».

Достоверность полученных результатов обеспечивается физической и математической корректностью постановок задач и методов их решения; формальными выводами и заключениями; результатами, полученными на основе теории информации, вероятности, случайных процессов, дискретной математики, а также системного, экспертного и статистического анализа.

Апробация работы проводилась на «Третьей междисциплинарной конференции (НБИИТ-21)» (г. Петрозаводск, 2004г.), научно-техническом семинаре "Информатика и компьютерные технологии" в Санкт-Петербургском институте информатики и автоматизации РАН, а также семинарах кафедры компьютерных технологий и программного обеспечения Северо-Западного заочного технического университета (2001-2004гг). Публикации

Основные результаты работы опубликованы в 5 печатных работах [64,40,84-87] Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 2 приложений. Общий объем диссертации 126 страниц, 8 рисунков, 24 таблиц, списка использованных источников из 96 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Фаткиева, Роза Равильевна

Основные результаты диссертационной работы.

В процессе выполнения настоящей работы были получены следующие результаты:

1. Предложена модель пуассоновских процессов для описания взаимодействия потока атак на ИС.

2. Предложена математическая модель поведения элементов защиты ИС. Показано, что процесс переходов элементов из состояния в состояние является марковским случайным процессом. Использование модели позволяет классифицировать атаки и определить уровень защиты информации.

3. Предложен метод выбора показателей эффективности функционирования СЗИ, учитывающий согласованность и компетентность экспертов.

4. Разработана алгоритм формирования и использования обобщенной оценки эффективности функционирования СЗИ.

5. Разработан метод выбора элементов систем защиты включающий двукратное ранжирование, нормирование и построение обобщенного показателя эффективности, позволяющего сократить время построения системы защиты информации.

Теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях машиностроительной отрасли и в учебном процессе Северо-Западного государственного технического университета.

117

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фаткиева, Роза Равильевна, 2004 год

1. Авен О.И., Гурин Н.Н., Коган Я.А. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. М.: Наука, 1982.

2. Анин Б.Ю. Защита компьютерной информации СПб.: BHV. 2000.-368с.

3. Безруков Н.Н. Компьютерная вирусология: Справ, руководство. М: УРЕ. 1991.-416 с.

4. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. М.: Мир, 1986, 576 с.

5. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике.-М.; Радио и связь, 1984.-288с.

6. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. -М.: Наука, 1978.

7. Васильева Е.Н. Проблема комплексной защиты информации от несанкционированного доступа и влияния помех в канале связи // Известия СПбГЭТУ, Серия «Управление, информатика и вычислительная техника» Вып.1, СПб, 1998, С. 74-76.

8. Васильева Е.Н. Советов Б.Я. Проблемы комплексного обеспечения помехоустойчивой передачи информации и защиты от несанкционированного доступа Материалы конференции «Информационная безопасность регионов России»,- СПб, 2001 -52 С.

9. Введение в криптографию/ под редакцией Ященко В.В.-М.:МЦНМО,

10. Ю.Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.:

11. Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1988,208 с.

12. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения-М.: Наука, 1991.

13. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высшая школа, 1998,567 с.

14. Вихров С., Соколов А. как оценить угрозы безопасности корпоративной информации?//Connect! Мир связи. 2000. №12, С. 98-105.

15. Воробьев В.И., Авад М.В. Мониторинг сетевых объектов для обеспечения самоконтроля при администрировании сетевой безопасности. Материалы конференции «Информационная безопасность регионов России»,- СПб, 2001.-53 С.

16. Гайкович В. Ю., Ершов Д.В. Основы безопасности информационных технологий. К.: Диалектика, 2000 83с.

17. Галатенко В.А. Информационная безопасность.-М.: Открытые системы. 1995, Вып.4

18. Галатенко В.А. Информационная безопасность.-М.: Открытые системы. 1995, Вып.5

19. Галатенко В.А. Информационная безопасность.-М.: Открытые системы.1995, Вып.6

20. Галатенко В.А. Информационная безопасность.-М.: Открытые системы.1996, Вып. 1

21. Галатенко В.А. Информационная безопасность.-М.: Открытые системы. 1996, Вып.4

22. Галатенко В.А. Основы информационной безопасности.-М.: Интернет-универститет информационных технологий, 2004, 280с.

23. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах обработки данных: В 2 кн. М: Энергоатомиздат, 1994.

24. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей.-М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы. 1969,400с.

25. Городецкий В.И., Котенко И.В., Манько Е.В. Моделирование распределенных атак на компьютерные сети. Материалы конференции «Информационная безопасность регионов России»,- СПб, 2001.-53 С.

26. ГОСТ 28147 89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования.

27. ГОСТ Р 34.10 94. Информационная технология. Криптографическая защита информации. Процедуры выработки и проверки электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма.

28. Гостехкомиссия РФ. Руководящий документ. Защита информации. Специальные защитные знаки. — М: Jet Info, 1997.

29. Гостехкомиссия РФ. Руководящий документ. Концепция защиты средств вычислительной техники и автоматизированных систем от несанкционированного доступа к информации. М.: Jet Info, 1996. - №2.

30. Грушо А.А. Тимонина Е.Е. Теоретические основы зашиты информации. М.: Издательство Агентства «Яхтсмен». 1996. 192 с.

31. Гусев JI.A., Смирнова И.М. Размытые множества. Теория и приложения .Автоматика и телемеханика. 1973, №3. с.66-85.

32. Домарев В.В. Защита информации в компьютерных системах. Киев.: DiaSoft. 1999.34.3егжда Д.П., Ивашко A.M. Как построить защищенную информационную систему. Петербург: НПО-«Мир и Семья-95».1997.

33. Зима В.М., Молдаван А.А., Молдаван Н.А. Защита компьютерных ресурсов от несанкционированных действий пользователей. Уч. Пособие.-СПб: ВИКА им. Можайского, 1997.

34. Квейд Э. Анализ сложных систем. Пер. англ. -М: Сов. Радио, 1969. -520с.

35. Кини P.JL, Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. -М: Радио и связь, 1981.

36. Клавцус М.Р., Фаткиева P.P., Хамидуллин P.P. Оценка энтропии источника дискретных сообщений.// Конференция «НБИТТ-21». Тезисы докладов. Петрозаводск. 2004. с 200-201.

37. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: Перевод с англ. яз.-М.:Радио и связь, 1987,392 с.

38. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания. Первод с анг.-М.: Машиностроение, 1979.

39. Ключевский Б. Криптографические алгоритмы // Защита информации, №3,1998.C.57-64.

40. Коричнев П.П., Королев В.Д. Статистический контроль каналов связи. -М.: Радио и связь, 1989,240 с.

41. Корников В.В., Скитович В.П., Хованов. Н.В. Статистические методы анализа эффективности и надежности сложных систем в условиях дефицита информации // Вопросы механики и процессов управления Вып. 9. JL, ЛГУ, 1986. С.84-116.

42. Костин Н.А. «Актуальные вопросы теории защиты информации». Сб.материалов международной конференции «Безопасность информации».-М: 1997.

43. Лагаша Б.А., Емельянов А.А. Основы системного анализа. М.: МЭСИ, 1998.-106 с.

44. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. М.: Логос, 2000

45. Макаров И.В. Феденко Б.А. Безопасность сетевых ОС.-М.: Эко-трейдз, 1999, 150 с.

46. Марфик С. Механизмы защиты в сетях ЭВМ.: Перевод с англ. М.: Мир, 1993,216с.51 .Медведовский И.Д., Семьянов П.В., Платонов В.В. Атака через INTERNET / Под научной редакцией проф. П.Д. Зегжды СПб.: Мир и семья, 1997. 296с.

47. Мельников В.В. Защита информации в компьютерных системах. М.: Финансы и статистика; Электронинформ, 1997. - 368 с.

48. Мельников Д.А. Информационные процессы в компьютерных сетях-Кудиц-образ. 1999,256 с.

49. Михайлов С.Ф., Петров В.А., Тимофеев Ю. А. Информационная безопасность. Защита информации в автоматизированных системах. Основные концепции: Учебное пособие. М.: МИФИ, 1995. - 112 с.

50. Молдаван А.А., Молдаван Н.А. Гибкие алгоритмы защиты информации в АСУ // Автоматика и телемеханика, №8, 1998, с. 166-176.

51. Молдаван А. А., Молдаван Н.А. Программно-ориентированная криптосистема с неопределенным алгоритмом шифрования // Управляющие машины и системы, №6,1995, с. 38-43.

52. Молдаван Н.А. Проблематика и методы криптографии.-СПб.: Издательство СПбГУ, 1998,212с.

53. Малинецкий Г.Г.,Потапов А.Б. Современные проблемы нелинейной динамики.-М.: Эдиториал УРСС, 2000.-336 с.

54. Молчанов А.А. Моделирование и проектирование сложных систем. -К.:Выща шк. Головное издательство, 1988. 359 с

55. Николаев В.И. , Брук В.М. Системотехника : методы и приложения .-JL: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1985 , 199 с.

56. Николаев В.И. , Серебрянская Л.Л. Теория систем и системотехника ч. 1,2,3 и 4 (пособие по решению задач ). Учеб. пособие .- Л.:СЗПИ, 1991, 195 с.

57. Николаев В.И., Петухов О.А., P.P. Хамидуллин. Дискретные структуры. Основы теории. Учеб.пособие.-СПб.: СЗТУ, 1999,155с.

58. Николаев В.И., Петров А.А. Эффективность систем: методы оценивания. Учеб. пособие -СПб.: СЗПИ ,1993. 90 с.

59. Николаев В.И., Фаткиева Р.Р.Системный анализ. Часть1. Системное проектирование. Учеб.пособие.-СПб.:СЗТУ, 2002.

60. Парахин В.Н., Смирнов В.В. Вероятностная модель воздействия дестабилизирующих факторов на СОИ. М.: Техника связи. 1998.

61. Парахин В.Н., Смирнов В.В. Один из подходов к выбору механизмов безопасности для построения СЗИ, синтезированной на основе модели с полным перекрытием. Проблемы информационной безопасности. СПб. : СГТУ. 1998.

62. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации // под ред. Зюко А.Г-М.: Радио и связь, 1985.272с.

63. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей. Основные понятия. Предельные теоремы. Случайные процессы. М.6 Наука, 1987,400с.

64. Пудовиченко Ю. Е. О вероятности вскрытия потоковых шифров методом перекрытий // Зашита информации, № 6,1999. с. 75-80.

65. Расторгуев С.П. Программные методы защиты информации в компьютерах и сетях. М.: Агентство «Яхтсмен», 1993.71 .Розанов Ю.А. Лекции по теории вероятности М.6 Наука, 1986.

66. Романов В.Н.Системный анализ. Учеб.пособие.-СПб.: СЗТУ, 2002.

67. Романцев Ю.В., Тимофеев Н.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях. -М: Радио и связь. 1999,328с.

68. Рыков А.С. Методы системного анализа: Многокритериальная и нечеткая оптимизация, моделирование и экспертные оценки. М.: Экономика, 1999.

69. Саати Т., Керне К. Аналитическое планирование, организация систем. М.: Радио и связь, 1991,233 с.

70. Советов Б.Я. Информационные технологии.-М.: Высшая школа, 1994,368 с.

71. Спесивцев А.В., Вегнер В.А., Крутяков А.Ю. и др. Защита информации в персональных ЭВМ. М.: Радио и связь; МП «Веста», 1992. - 192 с.

72. Справочник по теории вероятности и математической статистике / под ред. Королюка В.С.-К.:Наукова думка, 1978,584с.

73. Стенг Д., Мун С. Секреты безопасности сетей: Перевод с англ-К.: Диалектика, 1995.

74. Степаненко А. Организация защиты информации в корпоративных сетях.// Системы безопасности связи и телекоммуникаций, № 22,1998, с. 68-70.

75. Степанов П.Г. Угрозы безопасности в корпоративных вычислительных системах // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы «1,1999, с. 32-38.

76. Теория и практика обеспечения информационной безопасности// под ред. Зегжда Д.П-М.: «Яхтсмен». 1996

77. Тихонов В.И. Миронов М.А. Марковские процессы — М.: Советское радио, 1997.

78. Фаткиева P.P., Хамидуллин P.P. Марковская модель оценки эффективности системы защиты информации.// Проблемы машиноведения и машиностроения. Межвуз.сб. Вып. Э2.-СПб.:СЗТУ, 2004.-92-95с.

79. Фаткиева P.P., Хамидуллин P.P. Методика выбора показателей качества многокритериальных систем с помощью неформального оценивания.// Проблемы машиноведения и машиностроения. Межвуз.сб. Вып. 32-СПб.:СЗТУ, 2004.-96-99с.

80. Фаткиева P.P., Хамидуллин P.P. Методика оценки обобщенного показателя эффективности многокритериальных систем.// Проблемы машиноведения и машиностроения. Межвуз.сб. Вып. 32.-СПб.:СЗТУ, 2004.-100-102с.

81. Фаткиева P.P., Николаев В.И. К проблеме понятий «информация» и существование информации// Проблемы машиноведения и машиностроения. Межвуз. сб. Вып. 33. СПб.: СЗТУ, 2004.-С.31-38.

82. Хованов Н.В., Бабурин Б.Г., Коников В.В. Редькин В.А. К вопросу выбора коэффициентов весомости при индексной оценки качества продукции// Тезисы докладов Всесоюзного совещания. М., ЦНИИТЭНХ, 1982. С.81.

83. Хованов Н.В. Анализ и синтез показателей при информационном дефиците. СПб.,СПбГу, 1996.-196с.

84. Хованов Н.В. Математические основы теории шкал измерения качества. Л., ЛГУ, 1982.-185с.

85. Хованов Н.В., Федотов Ю.Н., Воробьев В.И. Основная экономико-математическая модель оценивания качества и затрат// Тезисы докладов 6-й Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика-98. РИ». СПб., РАН, 1998. С.53-54.

86. Хоффман Л.Дж. Современные методы защиты информации. /Пер. с англ-М.: Сов. Радио, 1980.-264с.

87. А. Соколов. В Шаньгин. Защита информации в распределенных сетях М.: ДМК., 2002.

88. Шевченко В.В. Метод и модели унифицированной интегральной оценки защищенности объектов информационных технологий. Автореферат. СПбГУ, 2003

89. Юсупов P.M., Заболотский В.П. Научно-методологические основы информатизации-М.: Наука,2001

90. Ярлыков М.С., Миронов М.А. Марковская теория оценивания случайных процессов.—М.: Радио и связь, 1993