Методика автоматизированного обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации компьютерной системы

В настоящее время информатизация затронула все сферы деятельности человека, общества и государства. Она направлена, прежде всего, на решение задач управления различными объектами, которые реализуются, в том числе с помощью компьютерных систем (КС). При управлении грузовыми и пассажирскими перевозками и движением поездов на железнодорожном транспорте важным является обеспечение информационной безопасности. В связи с этим задачи обеспечения защиты информации в КС при реализации этих управленческих процессов выходят на передний план. Большую часть этих задач решают программные средства защиты информации (ПСЗИ), которые являются важнейшей и неотъемлемой частью механизма защиты современных КС.

Большинство современных ПСЗИ обладают высокой ресурсоемкостью, поскольку они интенсивно взаимодействуют со многими аппаратными и программными компонентами КС и используют их во время комплексных, системных проверок и других операций по обеспечению информационной безопасности. Несмотря на проводимые работы по улучшению работы ПСЗИ и процесса их взаимодействия в КС, потребность таких программ в системных ресурсах продолжает неуклонно расти вследствие увеличения сложности и растущего количества вредоносного программного обеспечения и других угроз информационной безопасности.

ПСЗИ могут вмешиваться в работу других программ, в том числе в работу других ПСЗИ, приняв их действия за вредоносные, и впоследствии ограничить доступ приложения к системным ресурсам, таким как память, системный реестр и прочие. Из-за этого вмешательства конфликтующие программы не могут выполняться должным образом и должны повторять свои запросы к системным ресурсам, что еще сильнее снижает быстродействие и ослабляет защищенность системы.

Важную роль при проектировании, внедрении и эксплуатации программно защищенной комплексной системы (ПЗКС) играет обеспечение бесконфликтного взаимодействия ее элементов. Вопросам построения систем защиты информации и комплексных систем информационной безопасности посвящено множество работ ряда отечественных и зарубежных специалистов: Д. Д. Ульмана, М.А. Харри-сона, П. Д. Зегжды, В. В. Липаева, A.A. Корниенко, В. Н. Кустова, A.A. Молдовяна, А. Н. Молдовяна, Е. А. Рогозина, A.B. Царегородцева и других. Исследованием вопросов конфликтов взаимодействия ПСЗИ занимаются компании ЗАО «Лаборатория Касперского», McAfee, AVAST Software, Научно-испытательный институт систем обеспечения комплексной безопасности и другие.

Существующие методы, процедуры и инструментальные средства обеспечения бесконфликтного взаимодействия программных средств защиты информации в КС обладают следующими недостатками:

— отсутствие инструментальных средств, направленных на обнаружение конфликтов, специфичных для ПСЗИ;

— малая детализация информации об обнаруженных конфликтах во встроенных средствах журналирования событий в операционных системах;

— большая сложность ручного поиска и анализа конфликтов между ПСЗИ. Таким образом, задача совершенствования методов, процедур и построения автоматизированных средств обнаружения конфликтного взаимодействия ПСЗИ и объектов КС для сокращения времени выявления конфликтов администраторами является актуальной в области построения и эксплуатации систем защиты информации КС.

Объект диссертационного исследования — программно защищенная компьютерная система.

Предмет диссертационного исследования — процедуры, методы и инструментальные средства обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации.

Цель диссертационного исследования — повышение уровня автоматизации обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации КС и уменьшение трудоемкости обнаружения конфликтов системными администраторами и администраторами безопасности.

Научная задача состоит в разработке научно-методического аппарата обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации КС.

Достижение поставленной цели и решение научной задачи требует решения следующих задач:

— Анализ проблемных вопросов обеспечения бесконфликтного функционирования программно защищенной компьютерной системы;

— Разработка моделей конфликтного взаимодействия программных, средств защиты информации и объектов КС и формирование правил определения степени их конфликтности;

— Разработка методики обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации и объектов компьютерной системы;

— Предложения по построению автоматизированного средства и разработка практических рекомендаций по использованию методики обнаружения конфликтов при проектировании и эксплуатации компьютерной системы. Методы исследования: реляционная алгебра, аппарат алгебры логики, нечеткая логика, методы нечеткого вывода и дискриминантный анализ.

Теоретическая основа и методологическая база: работы отечественных и зарубежных ученых в области создания и эксплуатации программных средств защиты информации, стандарты в области информационной безопасности. На защиту выносятся следующие научные результаты:

— модели конфликтного взаимодействия и логические правила определения степени конфликтности программных средств защиты информации и объектов компьютерной системы;

— базы нечетких правил определения состояния конфликтности программно защищенной компьютерной системы;

— методика обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации компьютерной системы;

— предложения по построению автоматизированного средства обнаружения конфликтов в программно защищенной компьютерной системе.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработаны модели конфликтного взаимодействия ПСЗИ и объектов (динамических библиотек, ключей реестра, конфигурационных файлов) компьютерной системы и на основе моделей сформированы логические правила, позволяющие выявить возможную степень конфликтности программных средств защиты информации и объектов КС;

— построены базы нечетких правил выявления снижения быстродействия КС, которые при совместном использовании с логическими правилами позволяют определить состояние конфликтности КС;

— разработана методика обнаружения конфликтного взаимодействия программных средств защиты информации, содержащая выбор показателей и обобщенного показателя, формирование логических правил обнаружения конфликта, создание лингвистических переменных, формирование базы нечетких правил и решение задачи классификации (определения вида) конфликта на основе дискриминантного анализа.

Достоверность полученных научных результатов определяется корректным применением методов исследования, математическими доказательствами сформулированных положений, расчетами и примерами, подтверждающими эффективность предложенной методики, апробацией результатов диссертационных исследований на научно-практических конференциях и его внедрением в организациях.

Практическая значимость результатов исследования состоит в возможности повышения оперативности обнаружения конфликтов в комплексе ПСЗИ компьютерной системы на стадиях проектирования и эксплуатации. В результате применения результатов исследования, время обнаружения конфликтов программных средств защиты информации уменьшилось на 25−75%.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационных исследований внедрены в следующих организациях:

— ФГБОУ ВПО ПГУПС;

— СПбИВЦГВЦОАО"РЖД".

Основные результаты исследования излагались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Информатика и информационная безопасность» ФГБОУ ВПО ПГУПС, а также на международных научно-практических конференциях «Интеллектуальные системы на транспорте» (Санкт-Петербург, ФГБОУ ВПО ПГУПС, 2011,2012).

По результатам исследования опубликовано 6 статей, 2 из которых в журналах, рекомендуемых ВАК, материалы исследования использовались в 2 научно-исследовательских работах.

Диссертация включает введение, четыре главы, заключение и список использованных источников. Общий объем диссертации — 135 е., из которых основного текста — 123 с. Библиографический список содержит 94 наименования. Основной текст диссертации включает 24 рисунка и 26 таблиц.

Выводы по четвертой главе.

В четвертой главе представлены предложения по построению автоматизированного средства и структура базы данных программного средства, реализующего методику обнаружения конфликтного взаимодействия ПСЗИ. Представлены практические рекомендации по программной реализации методики в распределенном и локальном виде. Представлены результаты экспериментов по оценке разработанного методики обнаружения конфликтов с точки зрения повышения временной эффективности обнаружения конфликтного взаимодействия.

В ходе разработки практических рекомендаций по применению разработанной методики обнаружения конфликтов в комплексе ПСЗИ КС были получены следующие результаты.

1. Разработаны предложения по архитектуре автоматизируемого средства, реализующего методику, согласно которым средство работает с одной или несколькими анализируемыми КС, на каждой из которых функционирует комплекс ПСЗИ. Множество КС могут быть соединены в локальную сеть. Средство включает в себя множество локальных программных агентов, которые собирают информацию о системной конфигурации каждой КС и наблюдают за показателями использования ресурсов, и программный механизм обнаружения конфликта, который реализует набор логических правил, определяет, находится ли комплекс ПСЗИ в состоянии конфликта и передает информацию администратору КС.

2. Разработана схема базы данных, согласно которой автоматизированной средство работает со следующими сущностями: программное средство защиты информации, версия ПСЗИ, ключ реестра, динамическая библиотека, конфигурационный файл, показатель, вектор состояния, правило нечеткого вывода.

3. Выполнена программная реализация прототипа автоматизированного средства.

4. Выполнено оценивание затрат времени на обнаружения конфликтов с помощью разработанной методики. Полученные результаты позволяют обоснованно утверждать о более высокой оперативности обнаружения конфликтов по сравнению со стандартными средствами и ручным поиском.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенного диссертационного исследования были разработаны модели и методика обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации. Применение данной методики позволяет уменьшить время, затрачиваемое на обнаружение конфликтов в системе обеспечения информационной безопасности компьютерной системы.

При решении частных задач были получены следующие результаты:

1. В ходе выполнения анализа объекта исследования и современных подходов, методов, методик и инструментальных средств обеспечения бесконфликтного функционирования ПЗЙС. Выявлены основные недостатки: контроль отсутствия конфликтного взаимодействия на определенной стадии работы системы, отсутствие возможности мониторинга в реальном времени.

2. Разработаны модели конфликтного взаимодействия в комплексе ПСЗИ, проявляющихся в объектах КС (динамические библиотеки, ключи реестра, конфигурационные файлы) и самих ПСЗИ.

3. Разработаны логические правила, сформированные на основе представленных моделей, позволяющие определить степень возможной конфликтности программных средств и объектов КС.

4. Разработана база нечетких правил выявления снижения быстродействия, которая при совместном использовании с логическими правилами позволяет определить состояние конфликтности ПЗКС.

5. Разработана методика обнаружения конфликта программных средств защиты информации, содержащая выбор показателей и обобщенного показателя, формирование логических правил обнаружения конфликта, создание лингвистических переменных, формирование базы нечетких правил и решение задачи классификации (определение вида конфликта) на основе дискрими-нантного анализа.

6. Описаны принципы построения и функционирования программной реализации средства обнаружения конфликтов, приведена структура базы данных. Даны практические рекомендации по ее применению при обнаружении конфликта комплекса ПСЗИ в работе системного администратора или администратора безопасности КС.

7. Проведено исследование времени обнаружения конфликтов комплекса ПСЗИ КС с использованием автоматизированного средства обнаружения конфликтов и без его использования. Показано, что время обнаружения конфликтов уменьшается на 25−75%.

Таким образом, в ходе диссертационного исследования были решены поставленные задачи и главная научная задача исследования, достигнута цель исследования, состоящая в повышении уровня автоматизации обнаружения конфликтов в комплексе программных средств защиты информации и сокращения времени обнаружения конфликтов системным администратором или администратором информационной безопасности.