Разработка структурно-параметрических моделей систем защиты информации объектов информатизации органов внутренних дел

Актуальность темы

.

Стремительное развитие информационных технологий привело к формированию информационной среды, оказывающей влияние на все сферы деятельности человека, что предоставило новые возможности для оперативного обмена информацией. Применение новых технологий облегчает процесс обмена информацией, повышает эффективность производственных процессов, но в то же время приводит к возрастанию числа угроз информационной безопасности и их многообразия [5, 15].

Указанные процессы характерны и для органов внутренних дел (ОВД). На современном этапе информатизации ОВД происходит интенсивное техническое совершенствование объектов информатизации и телекоммуникационных систем, обеспечивающих их информационное взаимодействие, что способствует повышению эффективности решения служебных задач сотрудниками ОВД и вместе с тем существенно увеличивает риск возникновения угроз информационной безопасности отдельных объектов информатизации. Для противодействия угрозам информационной безопасности объектов информатизации создаются системы защиты информации (СЗИ) [27, 28, 62].

ОВД представляют собой сложную систему социально-правового управления, характеризующуюся материальными, временными, энергетическими и информационными связями. Параметры этих связей поддаются количественной оценке, а система в целом допускает формализацию [17]. В связи с этим появляется возможность использования математических методов и основанных на них информационных технологий для оптимизации процессов управления в системе ОВД с целью достижения положительного социального и экономического результата. Сказанное в полной мере можно отнести и к решению задач информационной безопасности в ОВД.

При решении задачи обеспечения информационной безопасности объекта информатизации необходимо учитывать следующие особенности:

— объект информатизации представляет собой сложную организационно-техническую систему, требующей комплексного подхода к обеспечению его информационной безопасности;

— возможность наличия на каждом элементе объекта информатизации источников (вредоносных программ и устройств), приводящих к появлению угроз информационной безопасности различных типов, требующих различных мер борьбы с ними;

— при распространении источников угроз информационной безопасности с одного элемента объекта информатизации на другой возможно возникновение угроз нового типа;

— блокирование и устранение угроз информационной безопасности осуществляется за определенный период времени средствами СЗИ.

В полном объеме указанные особенности в известных работах не были учтены. В связи с этим возникает необходимость разработки новых моделей и алгоритмов, которые учитывали бы решение указанных задач, что определяет актуальность темы диссертационного исследования.

Диссертация выполнена на кафедре высшей математики Воронежского института МВД России в соответствии с научным направлением Воронежского института МВД России — «Математическое и компьютерное моделирование» (регистрационный номер № 01.02.00 2 951) в рамках НИР «Разработка методов математического моделирования и численного анализа распределенных информационных систем» № 805 от 24.01.2008 г.

Объектом исследования являются процессы распространения и устранения угроз информационной безопасности на элементах объекта информатизации ОВД.

Предметом исследования являются математические модели, численные методы и алгоритмы моделирования процессов распространения и устранения угроз информационной безопасности на элементах объекта информатизации ОВД.

Целью работы является разработка структурно-параметрических моделей СЗИ и численных методов оценки параметров моделей, алгоритмов и комплекса программ их реализации, обеспечивающих оценку эффективности защиты информации на объектах информатизации ОВД в интересах выбора оптимального варианта СЗИ.

Для достижения поставленной цели осуществлена оценка современного состояния исследований по данному вопросу, анализ научных публикаций по рассматриваемой теме и решены следующие научные задачи:

1. Анализ особенностей обеспечения защиты информации на объектах информатизации ОВД на основе использования СЗИ.

2. Разработка концептуальной структурно-параметрической модели и численного метода оценки риска нарушения информационной безопасности на объектах информатизации ОВД.

3. Разработка имитационной модели и численного метода оценки параметров процессов распространения и устранения угроз информационной безопасности на объектах информатизации ОВД и оценки эффективности СЗИ.

4. Разработка алгоритмов и комплекса программ структурно-параметрического и имитационного моделирования процессов распространения и устранения угроз информационной безопасности на объектах информатизации ОВД в интересах выбора оптимального варианта СЗИ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач используются методы теории графов, теории сетей Петри, математической логики, теории вероятностей и математической статистики. Общей методологической основой исследований является системный подход.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной.

1. Разработана концептуальная структурно-параметрическая модель функционирования СЗИ в виде многовзвешенного графа, отличающаяся учетом множества типов взаимоотношений элементов и вероятностей реализации различных типов угроз информационной безопасности и позволяющая оценить возможный риск нарушения информационной безопасности на объекте информатизации.

2. Разработана имитационная модель СЗИ объекта информатизации в виде цветной временной сети с оснащенными переходами, отличающаяся возможностью моделирования процессов преобразования угроз информационной безопасности в процессе их распространения и позволяющая определять значения параметров процессов распространения и устранения угроз информационной безопасности.

3. Разработаны и обоснованы численные методы оценки рисков нарушения ИБ, параметров процессов распространения и устранения угроз информационной безопасности на объектах информатизации ОВД и оценки эффективности СЗИ, основанные на использовании матричного подхода и аппаратов математической логики и теории вероятностей.

4. Разработаны алгоритмы и комплекс программ реализации разработанных моделей и численных методов, обеспечивающие возможность оценки эффективности и выбора оптимального варианта СЗИ объектов информатизации ОВД.

Практическая значимость работы заключается в разработке программного комплекса выбора оптимального варианта системы защиты информации на объекте информатизации ОВД программ «Оценка эффективности системы защиты информации» и «Имитация функционирования СЗИ на объекте информатизации в условиях воздействия угроз информационной безопасности». Разработанное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение внедрено в деятельность отдела оперативно-разыскной информации ГУ МВД России по Воронежской области, отдела вневедомственной охраны УМВД России по г. Липецку, а также в учебный процесс Воронежского института МВД России.

Достоверность результатов подтверждается использованием при разработке моделей известных математических методов и результатами вычислительных экспериментов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Процесс функционирования системы защиты информации целесообразно представлять концептуальной структурно-параметрической моделью в виде многовзвешенного цветного графа, что позволяет оценить возможный риск нарушения информационной безопасности на объекте информатизации ОВД.

2. Для определения значений параметров процессов распространения и устранения угроз информационной безопасности целесообразно использовать имитационную модель системы защиты информации объекта информатизации в виде цветной временной сети с оснащенными переходами.

3. Реализация концептуальной структурно-параметрической и имитационной моделей может быть осуществлена на основе использования разработанных и обоснованных в диссертации численных методов, использующих матричный подход и аппарат математической логики и теории вероятностей.

4. Оценку риска возможного нарушения информационной безопасности и выбор оптимальных вариантов системы защиты информации объектов информатизации можно осуществлять с помощью разработанных в диссертации алгоритмов и комплекса программ, основанного на использовании концептуальной структурно-параметрической и имитационной моделей.

Апробация работы. Наиболее значимые результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийских научно-практических конференциях «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2009 г., 2011 г.) — Всероссийских научно-практических конференциях «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2008 г., 2009 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г.) — Всероссийских научно-практических конференциях «Математические методы и информационно-технические средства» (Краснодар, 2010 г., 2012 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия» (Томск, 2011 г), Всероссийском конкурсе-конференции «Информационная безопасность 81ВБЧ[РО-2011» (Томск, 2011 г), II Всероссийской научно-практической Интернет-конференции курсантов, слушателей, студентов и молодых ученых с Международным участием «Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» (Воронеж, 2011 г.), Международных научно-практических конференциях «Общественная безопасность, законность и правопорядок в III тысячелетии» (Воронеж, 2011 г., 2012 г.), Межвузовской заочной научно-практической конференции «Использование современных информационных технологий и проблемы информационной безопасности в деятельности правоохранительных органов» (Калининград, 2011 г.), Всероссийской научной школе «Инженерия знаний. Представление знаний: состояние и перспективы» (Воронеж, 2012 г.), Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы информационной безопасности» (Академия МВД Республики Беларусь, Минск, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, 15 работ опубликовано без соавторов, в том числе [43, 46, 92] - в изданиях, рекомендованных ВАК России.

В работах, выполненных в соавторстве, лично автором предложены: в [41] - дискретная модель возможного распространения угрозв [43] - модель возникновения угроз информационной безопасностив [46] - модель процессов распространения и устранения угроз информационной безопасностив [47] -графовая модель распространения угроз информационной безопасностив [49] - требования по обеспечению информационной безопасностив [50] - метод оценки эффективности вариантов СЗИв [82] - динамическая модель распространения угроз информационной безопасностив [83] - логическая модель функционирования СЗИ на объекте информатизациив [84] - метод анализа влияния угроз на показатели эффективности защиты информациив [90] - метод оценки доступности информации на основе использования теории графов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 130 страницах, содержит 30 рисунков, 11 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе проведения исследования разработана и реализована в виде комплекса алгоритмов и программ концептуальная структурно-параметрическая модель системы защиты информации объекта информатизации ОВД, позволяющая осуществлять выбор оптимального варианта системы защиты информации. Получены следующие основные научные и практические результаты:

— проведён анализ объекта информатизации, оснащенного средствами системы защиты, в условиях воздействия угроз информационной безопасности;

— на основе проведённого анализа формализованы процессы обеспечения информационной безопасности объекта информатизации и построена концептуальная модель процессов распространения и устранения угроз информационной безопасности объекта информатизации;

— теоретически обоснована возможность и целесообразность использования:

— методов теории графов как основы построения концептуальной структурно-параметрической модели функционирования объекта информатизации в условиях воздействия угроз и оценки риска нарушения информационной безопасности;

— сетевых моделей как основы построения имитационной модели функционирования объекта информатизации в условиях воздействия угроз и оценки эффективности системы защиты информации;

— построена концептуальная структурно-параметрическая модель системы защиты информации объекта информатизации на основе использования методов теории графов, позволяющая оценить риск нарушения информационной безопасности;

— построена имитационная модель системы защиты информации объекта информатизации на основе использования сетевых моделей, позволяющая оценить эффективность функционирования системы защиты информации объекта информатизации;

— разработан комплекс алгоритмов и программ имитации функционирования системы защиты информации объекта информатизации ОВД в условиях воздействия угроз информационной безопасности в интересах оценки эффективности и выбора оптимального варианта системы защиты информации.