Модели и алгоритмы автоматизированного контроля эффективности программных систем защиты информации

Актуальность темы

Характерной особенностью настоящего времени является компьютеризация практически всех сфер деятельности человека. Поэтому на первый план выходят задачи обеспечения надежности функционирования компьютерных систем и, в частности, информационной безопасности (ИБ) АСУ. При этом, как показал опыт эксплуатации АСУ, наибольший вклад в нарушение ИБ АСУ вносят факты несанкционированного доступа (НСД) к информации и вычислительным ресурсам. Исходя из этого, актуальными являются исследования в области защиты информации (ЗИ) от НСД в АСУ.

Для решения проблемы ЗИ от НСД в АСУ создается система защиты информации от НСД (СЗИ НСД), входящая в АСУ в качестве проблемно-ориентированной подсистемы и содержащей технические и программные средства защиты. СЗИ НСД представляет собой функциональную подсистему АСУ, организованную как совокупность всех средств, методов и мероприятий, выделяемых (предусматриваемых) в АСУ для решения в ней необходимых задач ЗИ от НСД. Большой объем задач ЗИ от НСД решается программной системой защиты информации (ПСЗИ) — подсистемой СЗИ НСД, которая является важнейшей и непременной частью механизма защиты современных АСУ.

Контроль эффективности ПСЗИ регламентирован требованиями Руководящих документов (РД) Гостехкомиссии (ГТК) РФ предписывающими, что защита АСУ должна предусматривать контроль эффективности средств защиты от НСД. В настоящее время контроль эффективности ПСЗИ осуществляется администратором безопасности АСУ по показателю, носящему эвристический характер, а именно показатель равен 1, если ПСЗИ выполнило свое функциональное назначение (информация защищена), в противном случае, показатель равен 0, если ПСЗИ не выполнило своих функций (информация похищена). Достоверность эвристических оценок зависит от квалификации эксперта (какими знаниями он обладает) в данной предметной области. При этом контроль эффективности осуществляется на качественном уровне, что недостаточно для принятия решения об эффективности функционирования ПСЗИ, так как ПСЗИ является сложной динамической системой. Кроме того, такая оценка не является комплексной, так как не учитывает всю совокупность технических характеристик оцениваемого объекта, что противоречит требованиям РД ГТК, и таким образом не обеспечивает необходимую полноту контроля ПСЗИ. Поэтому для повышения полноты и достоверности контроля необходимо разработать модели, алгоритмы и программное обеспечение (ПО) автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ. Задача создания моделей, алгоритмов и ПО для реализации этой процедуры весьма сложна, в связи с необходимостью учета всех основных параметров ПСЗИ, процессов их функционирования, а также множества характеризующих эти параметры как количественных, так и качественных показателей. Исходя из этого, возникает актуальная задача разработки моделей и алгоритмов автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ.

Решение задачи автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ должно осуществляться на основе комплексной оценки эффективности ПСЗИ. Актуальность задачи комплексной оценки эффективности ПСЗИ подтверждается требованиями стандарта ГОСТ Р ИСО/МЭК 15 408−2002 и Руководящих документов Гостехкомиссии РФ. Одним из наиболее перспективных направлений построения соответствующего МО является интегрирование показателей, отражающих различные параметры и свойства ПСЗИ в один комплексный показатель, определяющий их эффективность. Процедуры формирования и анализа такого показателя должны учитывать наличие иерархии используемых параметров (показателей) применительно к уровням защиты, отдельным состояниям носителей информации. Анализ существующих способов и методов оценки эффективности ПСЗИ применительно к специфике организации её автоматизированного контроля показывает неадекватность этих способов реальным свойствам ПСЗИ как объекта контроля.

Таким образом, актуальность диссертационной работы заключается в необходимости разработки моделей и программного обеспечения (ПО) для исследования математических свойств динамики функционирования ПСЗИ, с целью реализации автоматизированного контроля её эффективности, учитывающего современные требования, предъявляемые к системе.

Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований в ВВТУ ФСО России и тематическим планом научно-исследовательских работ в МИКТ.

Целью работы является разработка моделей и алгоритмов автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ в АСУ для оценки и анализа её эффективности, обеспечивающих адекватность функционирования ПСЗИ современным требованиям.

Задачи исследования: анализ особенностей функционирования современных ПСЗИ, включая существующие способы контроля их эффективности в АСУразработка структурной модели автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ в АСУ, адекватной современным требованиям, предъявляемым к нейпостроение Е-сетевой и полумарковской моделей динамики функционирования ПСЗИматематическая формализация показателей соответствия эффективности ПСЗИ современным требованиямразработка модели автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ в АСУ, на основе исследования математических свойств модели динамики функционирования ПСЗИ разработка алгоритмов и ПО, для исследования математических свойств модели динамики функционирования ПСЗИ с целью оценки и анализа её эффективностиапробация результатов работы на примере типовой, сертифицированной ПСЗИ.

Объектом исследования является ПСЗИ в АСУ.

Предметом исследования являются модели и алгоритмы комплексной оценки эффективности ПСЗИ и организации процесса автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ.

Основные методы исследования. Для проведения исследования ПСЗИ в работе использованы методы системного анализа, методы теории исследования операций, теории принятия решений, математического программирования, теории вероятности, математической статистики, теории Е-сетей, теории конечных полумарковских процессов.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: структурная модель контроля эффективности ПСЗИ в АСУ, в отличии от существующих обеспечивающая взаимосвязанные решения необходимых задач моделирования и анализа с целью реализации автоматизированного контроля их эффективностиматематические модели оценки показателей эффективности ПСЗИ, отличающиеся от существующих простым аналитическим способом исследования количественного показателя эффективности системы, как объекта контроля, позволяющие автоматизировать процедуру контроля эффективности ПСЗИматематическая модель и алгоритм автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ в АСУ, отличающиеся проведением контроля на основе комплексной оценки эффективности ПСЗИ, позволяющие автоматизировать процедуру контроля эффективности ПСЗИалгоритм и программный комплекс оценки количественного показателя эффективности ПСЗИ как объекта контроля, отличающиеся возможностью исследования вероятностно-временных характеристик данной системы при контроле ее эффективности, позволяющие создавать программные средства (ПСр) автоматизированного контроля и обеспечивающие возможность проведения теоретических исследований.

Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований разработаны алгоритмы и программные средства, реализованные в программно-методическом комплексе комплексной оценки эффективности ПСЗИ как объекта контроля.

Внедрение результатов работы. Научные результаты, полученные в диссертации, использовались в части разработки требований к СЗИ от несанкционированного доступа (НСД) в АСУ, и в частности к оценке эффективности ПСЗИ и разработки предложений по реализации автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ в АСУ специального назначения. Основные результаты диссертационных исследований внедрены в учебный процесс в ВВТУ ФСО России и Международного института компьютерных технологий.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях: VIII Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация и связь» (г. Воронеж, ВНИИС, 2002) — Региональной научной конференции молодежи (г. Воронеж, ВГТУ, 2004) — Международной научно-технической конференции и Российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий» (Москва-Воронеж-Сочи, 2004) — X Международной научно-технической конференции и Российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва-Воронеж-Сочи, 2005), Международной научно-технической конференции и Российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах» (Инноватика 2006) (Москва-Воронеж-Сочи, 2006) — Международной научно-технической конференции и Российской научной школе молодых ученых и специалистов «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва-Воронеж-Сочи, 2007).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ. Основное содержание работы изложено в 12 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, изложенных на 118 страницах машинописного текста, 17 рисунков, 5 таблиц. Список литературных источников включает 141 наименование.

4.3. Основные выводы четвертой главы.

1. На базе предложенных моделей и алгоритмов разработан в среде программирования DELPHI программный комплекс для исследования математических свойств модели динамики функционирования системы с целью комплексной оценки эффективности ПСЗИ как объектов контроля, позволяющий решать проблему автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ, а также исследовать закономерности данных процессов.

2. С помощью данного программного комплекс было проведено исследование показателя корректности функционирования ПСЗИ как объекта контроля применительно к функционированию АРМ на базе ЭВМ в составе АСУ при использовании типовой ПСЗИ «Спектр-Z». Проведенное исследование показателя корректности функционирования ПСЗИ как объекта контроля позволило выявить ряд закономерностей, имеющих место при автоматизированном контроле эффективности ПСЗИ. Осуществленная тем самым апробация предлагаемого способа комплексной оценки эффективности ПСЗИ как объекта контроля не противоречит известным данным и показывает его широкие возможности при эксплуатации ПСЗИ.

3. Разработанное математическое и программное обеспечение внедрены в учебный процесс ВВТУ ФСО России и Воронежского Международного института компьютерных технологий и использовались для комплексного исследования эффективности ПСЗИ как объектов контроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате рассмотренных исследований получены следующие научно-технические результаты.

1. Разработана математическая модель динамики функционирования ПСЗИ в АСУ, обеспечивающая количественный анализ эффективности функционирования ПСЗИ. Данная математическая модель включает формализацию динамики функционирования ПСЗИ с помощью аппарата Е-сетей и её описание с помощью матрицы, отражающей ВВХ переходов между состояниями функционирования системы. В качестве математического аппарата для анализа такой модели предложено использовать аппарат теории КПП.

2. Разработана система показателей эффективности ПСЗИ, как объектов контроля, отражающих математические свойства динамики функционирования ПСЗИ для комплексной оценки их эффективности. Система показателей эффективности ПСЗИ, как объектов контроля, содержит три элементарных показателя, сводящихся путем агрегирования к интегральному показателю. Данная система показателей позволяет строить математические модели исследования математических свойств динамики функционирования ПСЗИ для комплексной оценки их эффективности.

3. Разработаны модели и алгоритмы исследования математических свойств динамики функционирования ПСЗИ для оценки их эффективности представляющие собой математические модели и алгоритмы оценки элементарных и интегрального показателей эффективности ПСЗИ, отражающих данные математические свойства. Для оценки показателя корректности функционирования ПСЗИ используется полумарковская модель, разработанная на основе Е-сетевой формализации динамики функционирования ПСЗИ в АСУ. Комплексная оценка эффективности ПСЗИ, как объектов контроля, приравнивается к оценке показателя корректности функционирования ПСЗИ при условии, что величина данного показателя не меньше заданной и остальные элементарные показатели «допустимы». Разработанные алгоритмы позволяют создавать ПСр автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ и обеспечивают возможность проведения теоретических исследований.

4. Проведена параметризация модели исследования ВВХ динамики функционирования типовой ПСЗИ, на основе оценки показателя корректности функционирования ПСЗИ. В качестве типовой системы использовали широко применяемую ПСЗИ «Спектр-Z». Учитывая, взаимосвязи варьируемых параметров данной модели, а также известные особенности функционирования системы сокращено количество варьируемых параметров полумарковской модели динамики функционирования ПСЗИ до 8 независимых параметров, что позволило существенно сократить аппаратно-временные затраты на исследование ВВХ этой модели и обеспечить анализ полученных результатов.

5. Разработаны математическая модель и алгоритм автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ в АСУ на основе комплексной оценки их эффективности. Задача контроля эффективности ПСЗИ формализована как задача соблюдения ограничений, определенных требованиями, предъявляемыми к ПСЗИ при их разработке. Данная математическая модель позволяет осуществить контроль ПСЗИ по полноте реализуемого ею набора защитных функций, эффективности их реализациивременной, ресурсной и функциональной неконфликтности функционирования ПСЗИ в АСУ и допустимости усилий персонала для реализации эффективного функционирования ПСЗИ. Реализация алгоритма дает возможность автоматизации процесса контроля эффективности ПСЗИ.

6. На базе предложенных моделей и алгоритмов разработан в среде программирования DELPHI программный комплекс для исследования математических свойств модели динамики функционирования системы с целью комплексной оценки эффективности ПСЗИ как объектов контроля, позволяющий решать проблему автоматизированного контроля эффективности ПСЗИ, а также исследовать закономерности данных процессов.

7. С помощью данного программного комплекс было проведено исследование показателя корректности функционирования ПСЗИ как объекта контроля применительно к функционированию АРМ на базе ЭВМ в составе АСУ при использовании типовой ПСЗИ «Спектра». Проведенное исследование показателя корректности функционирования ПСЗИ как объекта контроля позволило выявить ряд закономерностей, имеющих место при автоматизированном контроле эффективности ПСЗИ. Осуществленная тем самым апробация предлагаемого способа комплексной оценки эффективности ПСЗИ как объекта контроля не противоречит известным данным и показывает его широкие возможности при эксплуатации ПСЗИ.

8. Разработанное математическое и программное обеспечение внедрены в учебный процесс ВВТУ ФСО России и Воронежского Международного института компьютерных технологий и использовались для комплексного исследования эффективности ПСЗИ как объектов контроля.