Аппаратно-программные средства обеспечения целостности информации в электронной денежной системе

Актуальность темы

Денежные отношения с использованием электронных средств в настоящее время переживают период бурного развития. Использование электронных устройств и новые электронные способы обмена информацией предполагают наличие платных информационных и иных зависимых от информации услуг. Финансовые организации стабильно увеличивают рынок электронных платежных средств [3, 33,34, 54, 73−75, 77, 79, 80, 82, 91, 111, 117]. Но защита пользовательских платежных инструментов (ПЛИ) в электронных платежно-денежных системах (ЭПДС) на сегодняшний день находится на низком уровне и возложена в основном на пользователей, не редки случаи кражи электронных средств [35]. В этой связи, остро стоит проблема создания универсального ППИ, способного перемещать денежную стоимость с высокой скоростью (желательно мгновенно) и при этом обеспечивающего максимальную, в идеале непреодолимую, защиту, как от подделки, так и от похищения единиц стоимости. Немаловажно осуществление защиты ППИ не лично пользователем, а автоматически, что позволит привлечь в электронный товарообмен не только профессионалов компьютерной техники, но и людей, не имеющих специальных технических знаний и не умеющих самостоятельно качественно организовать защиту своих электронных финансов. Высока также стоимость самого перемещения. Вследствие того, что в сети Интернет применяются одни платежные инструменты, а в повседневной жизни другие, то следует учитывать и стоимость конверсии, более того операция конверсии может занять некоторое время и часто слабо поддается автоматизации. Перечисленное выше несомненно тормозит развитие информационной экономики. Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена:

• развитием электронных сервисов представления товаров, развитием рынка информационных товаров и информационной экономики в целом;

• ростом стоимости использования бумажной денежной наличности по мере становления информационного общества;

• слабой перемещаемостью и ликвидностью существующих электронных эквивалентов денеготсутствием ЭПДС, обладающей функциональностью наличных денег и потребностью в ЭПДС, позволяющей проводить финансовые операции между плательщиком и получателем без посредников банковской системы;

• отсутствием электронных ППИ, служащих для электронных взаиморасчетов между участниками в режиме реального времени с использованием электронных аналогов денег, без привлечения каких-либо центров авторизации кроме участвующих в расчете индивидуальных электронных денежных модулей (ЭДМ), которые, подобно бумажной денежной наличности, защищаются несколькими степенями защиты, и подделка которых возможна только при вскрытии всех этих степеней;

• необходимостью обеспечения возврата денежных средств владельцу ЭДМ при его утере или краже;

• потребностью в обеспечении возврата средств владельцу в случае выхода из строя его ППИ (ЭДМ).

Объеетом исследования являются электронные платежно — денежные системы.

Предметом исследования являются способы передачи критичной к подделке информации, способы защиты электронной информации, способы организации электронных платежных инструментов, методики анализа эффективности ЭПДС.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка и исследование электронной денежной системы (ЭДС), обоснование принципов функционирования и структуры ЭДС, выбор электронных компонент (ЭДМ) и создание программных компонент, реализующих основные функции электронной денежной системы. Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи:

• определить требования к ЭДС и разработать принципы ЭДС;

• разработать принципы построения защищенного ПЛИ;

• разработать способ передачи защищенных сообщений в ЭДС;

• разработать способ проведения платежа в ЭДС;

• разработать способы возврата утерянных денежных средств и денежных средств с неисправных ПЛИ;

• создать методику оценки эффективности ЭПДС.

Методы исследования. Реализация сформулированных цели и задач исследования осуществлялись на основе анализа существующих на настоящий момент теоретических и практических разработок, относящихся к исследуемой области, произведения поиска по базам изобретений, зарегистрированных в Российской Федерации и Евросоюзе. При программной реализации полученных способов и алгоритмов, использовалось: объектно-ориентированное программирование. Алгоритмы наложения и проверки электронной цифровой подписи (ЭЦП) заново не создавались, а использованы из известных источников.

Основные научные результаты, полученные автором и выносимые на защиту:

1. Принципы построения и структура электронной денежной системы.

2. Способы защиты от подделки передаваемых сообщений в ЭДС и проведения платежа в ЭДС.

3. Способы возврата средств с утерянных и неисправных денежных инструментов пользователей.

4. Программные средства, реализующие основные подсистемы ЭДС.

5. Методика анализа эффективности ЭПДС как средств замены наличных денег.

Научная новизна результатов.

1. Разработанная ЭДС, отличается от аналогов распределением ключевой информации и содержанием ППИ (ЭДМ), которые представлены в виде электронных устройств с многостепенной защитой от подделки самих устройств и передаваемой информации.

2. Предложенные способы передачи информации и проведения платежей между ППИ, входящими в ЭДС, отличаются от аналогов возможностью работы в режиме непосредственной связи между собой и сохранения при этом гарантированной целостности передаваемой информации и проводимых платежей. Результат достигается за счет оригинального способа передачи ключевой информации и использования ЭЦП.

3. Разработанный способ защиты от вскрытия ЭДС отличается тем, что позволяет поддерживать высокую степень защиты ЭДС в целом за счет смены ключей ЭЦП вместе с микроконтроллерами внутри ЭДМ постепенно без остановки электронной денежной системы.

4. Предложенный способ возврата утерянных денежных средств базируется на возможности передачи информации о денежной стоимости ЭДМ в центр эмиссии (ЦЭ) через цепочку взаимодействующих между собой ЭДМ.

5. Разработанный способ возврата средств владельцу в случае выхода из строя его ЭДМ отличается тем, что базируется на избыточности информации, хранимой внутри ЭДМ на разных защищенных микроконтроллерах, и возможности организации обмена информацией с уцелевшими микроконтроллерами неисправного ЭДМ.

Достоверность результатов работы подтверждается строгим применением методов системного проектирования прикладного программного обеспечения, экспертным анализом полученных результатов и выводов, а также внедренными в производственный процесс электронными и программными компонентами ЭДС.

Практическая ценность работы. Предложенная концепция, структура и компоненты ЭДС, а так же разработанное на этой основе программное обеспечение (ПО) представляют практическую основу для обеспечения целостности информации в системах перемещения электронных денег. Возможно применение во многих информационных системах, в которых имеется потребность в защите от подделки электронной информации. Реализованное ПО ЭДС является открытым для доработки, в него могут быть добавлены новые функции, а некоторые функции могут быть модифицированы для применения ПО в другой предметной области.

Внедрение результатов диссертации. Программные компоненты ЭДС успешно прошли тестовую эксплуатацию в Юргинском отделении Сбербанка России, в Юргинский подразделении Сибакадембанка. ПО ЭДС использовано в учебном процессе кафедры АСУ Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на конференциях, семинарах:

Региональная научно-практическая конференция «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении», ЮТИ ТПУ, Юрга -2002.

IV Международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин», ОмГТУ, Омск — 2002.

III Международный технологический конгресс «Военная техника и вооружение и технологии двойного применения», Омск — 2005.

II Всероссийская конференция творческой молодежи «Актуальные проблемы авиации и космонавтики»: Красноярск — 2006.

Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИНТОП), 0рел-2006.

Всероссийская научно-техническая конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск -2006.

Восьмая всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности», Томск-2006.

Двенадцатая международная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс-12−2006)» .

Публикации по теме диссертации. Результаты диссертации отражены в 15 публикациях, в том числе две публикации в издании, рекомендованном ВАК, 10 публикаций в материалах международных и российских конференций, 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. По результатам проведенных исследований зарегистрирована группа изобретений [41].

Личный вклад диссертанта. Результаты, составляющие основное содержание диссертации, получены автором самостоятельно. В опубликованных работах автором лично разработаны принципы построения и структура ЭДС, способ защиты от подделки передаваемых сообщений в ЭДС[39−41], способ проведения платежа в ЭДС[39−41], способы возврата средств с утерянных и неисправных денежных инструментов пользователей[39−41]. Автором диссертации создано программное обеспечение, реализующие указанные функции [31,32] и методика анализа ЭПДС как средств замены наличных денег [30].

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 121 названия и четырех приложений. Общий объем диссертации составляет 163 страницы, из которых 14 страниц занято таблицами и рисунками, 14 страниц списком литературы, и 11 страниц приложениями.

4.8. Выводы по главе.

В данной главе приведен анализ эффективности разработанной ЭДС по сравнению с другими электронными платежно-денежными системами, по разработанной автором методике. По данной методике проведена авторская экспертиза 8 известных ЭПДС и разработанной в диссертации ЭДС. Установлено, что несмотря на довольно жесткие требования по защите от вскрытия разработанная ЭДС во многом превосходит имеющиеся аналоги. Для усиления объективности полученного вывода было проведено независимое экспертное исследование. Экспертная группа была сформирована из 25 опытных специалистов, имеющих большой стаж работы в области электронных банковских технологий и защиты компьютерной информации. Все эксперты были достаточно хорошо обеспечены информацией о сравниваемых ЭПДС и методикой их сопоставления, для каждого из экспертов справедлив принцип «хорошего измерителя», а групповое мнение экспертов можно считать близким к истинному.

Как следует из проведенного экспертами анализа, разработанная автором ЭДС имеет высокие показатели эффективности и является вполне конкурентоспособной. Свойства ЭДС позволяют использовать ее не как дополнительную систему к существующим, основанным на бумажной наличности, а как ЭДС, полностью вытесняющую бумажную наличность ее электронными эквивалентами. Другие известные анализируемые ЭПДС не обладают этой способностью.

Также в данной главе проанализирована возможность использования электронной цифровой подписи в качестве инструмента подтверждающего истинность электронного финансового документа, проанализированы проблемы возникшие при апробации электронной денежной системы и пути предпринятые для их решения.

В результате проведенного анализа установлено, что разработанная ЭДС имеет высокие показатели, в части безопасности используемой финансовой информации, а также высоко функциональна.

Заключение

.

В диссертационной работе разработаны и исследованы аппаратно-программные средства обеспечения целостности информации в электронной денежной системе. В результате проведенных исследований решены следующие основные задачи:

• определены требования к электронной денежной системе и разработаны принципы электронной денежной системы;

• разработаны принципы построения защищенного пользовательского платежного инструмента;

• разработаны способ передачи защищенных сообщений и проведения платежа в электронной денежной системе;

• разработаны способы возврата утерянных денежных средств и денежных средств с неисправных пользовательских платежных инструментов;

• создана методика оценки эффективности электронных платежно-денежных систем.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Проведенный анализ показал, что известные ЭПДС не обеспечивают устойчивое функционирование денежного обращения.

2. Разработана новая технология электронных денег, которая позволяет получить высокую степень защиты от вскрытия платежных инструментов. В основу защиты денежных транзакций положено использование электронной цифровой подписи, а также наличие нескольких параллельно работающих в одном пользовательском платежном инструменте микропроцессорных устройств с защитой от вскрытия.

3. Предложен метод распределения ключевой информации, а также метод передачи сообщений целью создания которого являлось исключить возможность внедрения и использования ложных сообщений, а также повторное использование сообщений которые ранее уже были обработаны.

4. Предложен метод перемещения денежных средств, суть которого состоит в обеспечении возможности перемещения денежных средств между ЭДМ без связи с некоторой ЦБД или каким либо авторизующим центром.

5. Предложен способ защиты от вскрытия ЭДМ — пользовательских платежных инструментов путем постепенного обмена ЭДМ или составляющих их микроконтроллеров. Способ позволяет производить обмен не разом для всех участников, а поэтапно, что исключает вероятность остановки проведения платежей в ЭДС и в то же время не уменьшает защищенность системы.

6. Предложен способ возврата утерянных/украденных денежных средств, который позволяет, используя промежуточные ЭДМ, передать информацию о утерянной и заблокированной сумме в ЦЭ и, как следствие, вернуть владельцу. Испорченную бумажную купюру можно обменять на новую, а электронная наличность при порче платежного инструмента может быть утеряна безвозвратно. Благодаря предложенной организации ЭДМ, информация дублируется в нескольких его микроконтроллерных блоках. Порча одного из микроконтроллеров ЭДМ, приведет к невозможности согласования операции внутри ЭДМ и к остановке его работы, и последующем возврате средств.

7. Реализована программная часть электронной денежной системы: программа управления микроконтроллером ЭДМ и программа управления центром эмиссии. Программа управления микроконтроллером является основной единицей в построении ЭДМ и реализует все функции ЭДМ. Программа ЦЭ предназначена для организации эмиссии ЭДМ, а также для организации с ними взаимодействия по предложенным принципам работы.

8. Предложена методика оценки эффективности ЭПДС как систем замены бумажной наличности. По данной методике проведена экспертная оценка показавшая, что разработанная ЭДС имеет высокий потенциал в сравнении с аналогами.

Созданные программные разработки внедрены в банковских структурах и получили высокую оценку. Поставленные перед автором задачи решены полностью.