Исследование и разработка методов и средств обеспечения информационной безопасности инфраструктуры ГИС

Информационная среда и информационные ресурсы являются важным жизнедеятельности фактором современного общества. Эта совокупность включает коллекции информации, информационные потоки, информационные объекты, информационные инфраструктуры, а также системы регулирования возникающих при этом общественных отношений. Все более повышается роль субъектов, осуществляющих сбор, формирование, распространение и использование информации.

Вместе с тем, возможность широкого использования информационных и геоинформационных технологий и интеграция их во все сферы деятельности обуславливает его зависимость человека от их нормального функционирования с одной стороны, с другой — формирует предпосылки для криминальных действий с целью получения определенной выгоды и нанесения ущерба.

Об особом значении геоинформации в сфере безопасности говорить тот факт, что в США создано национальное агентство геопространственной разведки (National Geospatial Intelligence Agency — NGA) [102]. NGA обеспечивает своевременную, точную и геопространственную разведку в поддержку агентства национальной безопасности. Ее продукция и услуги используются для различных военных, гражданских и международных потребностей разведки.

В этой связи актуальным становится вопрос обеспечения безопасности функционирования информационных систем и технологий и под держивающей их инфраструктуры от случайных или преднамеренных воздействий.

В задачи геоинформатики входит изучение общих свойств геоинформации, закономерностей и методов ее получения, фиксации, накопления, обработки и использования, а также развитие теории, методологии и технологий создания геоинформационных систем с целью сбора, систематизации, хранения, анализа, преобразования, отображения и распространения пространственнокоординированных данных. Это приводит к необходимости организации информационной безопасности геоинформации, ГИС и ее инфраструктуры.

В то же время работы в области информационной безопасности в геоинформатике касаются в основном защиты информации и самой ГИС, но практически не затрагивают организацию информационной безопасности инфраструктуры ГИС. Исследования в области разработки методов и алгоритмов обнаружения вторжений в информационные и геоинформационные технологии, системы и инфраструктуры проводятся регулярно. Особенностью последнего времени является существенное изменение организации информационных систем в сторону интеграции и кооперации и модификация деструктивных воздействий на информационные ресурсы и системы. ГИС является одной из таких систем интегрирующих технологии и методы обработки данных.

В течение последних лет существенно возросло количество инцидентов проникновения в системы, появляются новые уязвимости в информационных комплексах, особенно в интегрированных.

Все это в совокупности определяет актуальность постановки и решения новых задач в области информационной безопасности различных систем, включая и геоинформационные системы. Это определяет актуальность работ обнаружения уязвимостей, атак, инцидентов и необходимость совершенствования методов их обнаружения и предотвращения[5, 9]. Актуальность научной задачи обусловлена необходимостью совершенствования методического аппарата обнаружения деструктивных воздействий в условиях динамики их роста и изменения концепций воздействия.

Исходя из актуальности данной проблемы, целесообразно провести анализ безопасности инфраструктуры ГИС и основных методических подходов по обнаружению ее уязвимостей и повышению ее защищенности на основе чего следует сформулировать постановку научной задачи исследования.

Состояние изученности проблемы. Общетеоретические аспекты исследования информационной безопасности представлены в публикациях Е. Б.

Белова, Е. А. Ерофеева, В. Н. Лопатина, А. А. Стрельцова, В. А. Тихонова, В. В. Райх, Ю. С. Уфимцева.

Крупный вклад в развитие теории и практики информационной безопасности внесли И. И. Быстров, В. А. Герасименко, О. Ю. Гаценко, A.A. Грушо, B.C. Заборовский, П. Д. Зегжда, Д. П. Зегжда, В. А. Конявский, A.A. Малюк, A.A. Молдовян, Л. Г. Осовецкий, М. П. Сычев, С. П. Присяжнюк, С. П. Расторгуев, А. Г. Ростовцев, В. А. Садовничий, A.A. Стрельцов, A.A. Тарасов, Л. М. Ухлинов, В. П. Шерстюк, А. Ю. Щербаков и др.

Ряд работ посвящен системно-управленческому аспекту информационной безопасности. Это публикации А. А. Кононова, А. В. Манойло, С. А. Мелина, Ю. А. Родичева, Д. И. Правикова, А. С. Устинова, Д. Б. Фролова, Д. С. Черешкина.

В сфере геоинформатики работы в области информационной безопасности проводили Журкин И. Г., Иванников А. Д., Кулагин В. П., Майоров A.A., Макаревич О. Б., Тихонов А. Н., Цветков В. Я., Шайтура И. В. и др.

Вопросам устойчивого функционирования геоинформационных систем посвящены работы Берлянта A.M., Бугаевского Ю. Л., Демиденко А. Г., Журкина И. Г., Майорова A.A. И.Г., Малинникова В. А., Матвеева С. И., Нехина С. С., Карпика А. П., Кужелева П. Д., Розенберга И. Н., Савиных В. П., Симонова A.B., Соловьева И. В. и др.

За рубежом интенсивно изучают угрозы системам с электронными информационными инфраструктурами [102]. В нашей стране этому вопросу уделяют значительно меньше внимания, что повышает актуальность диссертационных исследований.

К настоящему времени в области обнаружения вторжений в информационные и геоинформационные системы преобладает подход обнаружения злоупотреблений, который основан на построении модели атаки непосредственно на систему (ГИС). Однако, данный подход имеет очевидный недостатк, связанный, прежде всего, с недостаточным учетом связи инфраструктуры и компьютерной среды, с отсутствием импакт-анализа в схеме инфраструктура — ГИС. С целью устранения этого недостатка был предложена модель ГИС-инфраструктура, инфраструктура — компьютерная среда.

Цель и задачи исследования

Целью диссертации является исследование организационно-технологических особенностей обеспечения информационной безопасности ГИС и ее информационной инфраструктуры, позволяющая повысить защищенность информационной инфраструктуры и ГИС от внешних и внутренних угроз.

Для достижения этой цели решены следующие задачи: изучены и систематизированы современные информационные угрозы применительно к ГИС, ее информационной инфраструктуре и компьютерной среде в которой они находятсяпостроена модель информационной инфраструктуры ГИС (ИИГИС) с позиций информационной защищенностиисследована взаимосвязь систем ГИС, ИИГИС и компьютерная среды, в которой они находятся, в аспекте информационной безопасности ГИС и ИИГИСисследована статистика информационных угроз применительно к сфере геоинформатикипроведен системный анализ безопасности ИИГИС. проведен многоуровневый анализ информационных угроз Интернет для ИИГИСпроведено исследование сетевых угроз для ИС и ГИС, в частности, новые угрозы, создаваемые беспроводными технологиями и мобильной средойразработана математическая модель определения оптимальной частоты резервного копированияразработана проектная модель защиты в дополнение к известным моделям информационной безопасностиисследован и предложен эвристический анализ как инструмент информационной безопасности, разработан алгоритм такого анализапостроена модель дополнительных угроз от спама применительно к передаваемой или принимаемой геоинформации.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются геоинформационная система и ее инфраструктура. Предметом исследования являются математическое, информационное, лингвистическое и программное обеспечение для ГИС, методы и модели, повышающие защищенность ГИС и ее инфраструктуры.

Методологической и теоретической основой исследования являются научные труды российских и зарубежных ученых по проблемам информационной безопасности информационных и геоинформационных систем, по надежному функционированию ГИС. При разработке темы использовались методы теории надежности, методы оптимизации, системный анализ. Эмпирическая база исследования включает данные различных сайтов по вопросам безопасности и статистике угроз.

Методы исследования. В процессе исследований использовались системный анализ, теория геоинформатики, теория надежности, теория построения алгоритмов, абстрактно-логический, расчетно-конструктивный методы исследования. В работе использовались методы теории принятия решений, импакт-анализа и исследования операций. При разработке методики и моделей применялись методы теории множеств, а также теория математической статистики. Использовалось моделирование на персональных ЭВМ.

Научная новизна исследования состоит в обосновании и разработке ряда методологических и методических положений по определению приоритетных направлений организации информационной безопасности ГИС, ее информационной инфраструктуры и включает в себя: разработке модели информационной инфраструктуры ГИСразработке концептуальной модели защищенности ИИГИСразработке методов минимизации деструктивных воздействийразработке модели проектной защитыразработке математической модели определения оптимальной частоты резервного копированияразработке алгоритма эвристического анализа информационной безопасности.

Практическая значимость результатов. Реализация результатов исследования на практике способна обеспечить: проведение более обоснованной и' целенаправленной политики информационной безопасности в сфере геоинформатики и в геодезическом производстве, связанном с использованием информационных систем и технологийболее экономное использование технологических и интеллектуальных ресурсов при организации защиты информации и информационных систем и их инфраструктур.

Исследования имеют важное значение не только в сфере геоинформатике, но и при защите других информационных систем.

Результаты исследований внедрены в качестве учебного материала при изучении курса «информационная безопасность» студентами МИИГАиК.

Предлагаемые в работе методы, алгоритмы и рекомендации имеют достаточно универсальный характер и поэтому могут быть применены для формирования стратегии информационной безопасности широкого спектра предприятий, имеющих в своем составе ИС, ГИС и другие системы.

Апробация работы. Основные положения диссертации нашли отражение в 16 научных публикациях автора, включая 6 в журналах, рекомендованных ВАК, и трех монографиях. Они докладывались и получили положительную оценку на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК 2009, 2010 гг. На международных конференциях «Современные проблемы науки и образования» РОССИЯ (Москва) 2010,.

Развитие научного потенциала высшей школы" ОАЭ (ДУБАЙ) 2010, «Современные наукоемкие технологии» Хургада (Египет) 2010.

Краткая аннотация частей. В первой главе дается анализ объекта защиты (информационной инфраструктуры), среды, в которой находится объект защиты и анализу угроз. На основании проведенного анализа сформулированы постановка задачи и частные задачи исследования.

Вторая глава посвящена исследованию ГИС и ее инфраструктуры и разработке комплексной модели на этой основе. Приведена модель взаимодействия компьютерной среды и инфраструктуры ГИС.

В третьей главе проведено исследование сетевых угроз в отношении инфраструктуры ГИС, включая мобильные сетевые угрозы. Дана классификация общих сетевых атак. Показан и проанализирован жизненный цикл атаки. Раскрыты формы организации атак применительно к ИИГИС. Дан детальный анализ распределенных атак и предложены контрмеры. Проведен анализ атак в мобильной информационной среде.

В четвертой главе приводится описание мероприятий по защите, предложения по организации безопасности и модели защиты применительно к ИИГИС. Дана математическая модель резервного копирования, которое является одним из эффективных и обязательных инструментов защиты геоинформации. Обоснована и предложена проектная модель защиты информации в ГИС и ИИГИС.

Исследовано влияние спама на целостность и полноту геоинформации и даны рекомендации по борьбе с этой угрозой. Рассмотрено угроза компьютерные шпионы и даны рекомендации по отражению этой угрозы в аспекте ИИГИС.

В заключении подводятся итоги работы и делаются основные выводы.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Систематизированы современные информационные угрозы применительно к ГИС, ее информационной инфраструктуре и компьютерной среде в которой они находятся и определены основные тенденции развития угроз.

2. Построена модель информационной инфраструктуры ГИС (ИИГИС) с позиций информационной защищенности. Сформулированы основные характеристики ИИГИС.

3. Построена модель взаимосвязи ГИС, ИИГИС и компьютерной среды, в которой они находятся, в аспекте информационной безопасности. Обоснована необходимость организации единой защиты для всех трех систем.

4. Исследованы модели сетевых угроз для ИС и ИИГИС, в частности, новые угрозы, создаваемые беспроводными технологиями и мобильной средой;

5. Разработан ряд организационных и технических мероприятий защите ГИС и ИИГИС., которые включают:

5.1 Концептуальную модель информационной безопасности ИИГИС, которая служит основой политики безопасности.

5.2. Проектную модель информационной защиты ИИГИС, которая включает управление конфигурациями данных и ПО, разделение дискового пространства и регламентацию работ.

5.3. Математическую модель определения оптимальной частоты резервного копирования в зависимости от ценности создаваемой информации и затрат при копировании и восстановлении.

5.4. Эвристический метод анализа деструктивных воздействий на ИИГИС, который является инструментом резервирования и тем самым повышает надежность и защищенность системы безопасности.

5.5. Рекомендации по повышению защищенности ГИС и ИИГИС при организации Веб-ГИС технологий.

5.6. Рекомендации, повышающие информационную безопасность ГИС и работы с ГИС, такие как борьба со спамом и компьютерными шпионами.

Сформулированная цель диссертационной работы достигалась решением основной научной задачи, которая состояла в разработке комплексной методики обнаружения уязвимостей и повышения защищенности ГИС и инфраструктуры ГИС .

Процесс исследования осуществлялся путем последовательного решения частных задач исследования: анализ существующих инфраструктур информационных систем и анализ инфраструктур ГИСвыбор критериев оценки защищенности ГИС и ИИГИСразработка моделей защищенности на основе проектного подходаразработка концептуальной модели защищенности ИИГИСНа основании сформированной системы полученных научных результатов работы представляется правомочным общий вывод о том, что поставленную научную задачу решить удалось. Доказательством обоснованности вывода являются следующие положения.

Показано:

Подавляющее большинство атак через сеть направлено не на информационный объект (ИС, ПО), а на их инфраструктуру или оболочку, или компьютерную среду. Поэтому методы защиты, ориентированные только на защиту ИС потеряли эффективность.

Основной информационной угрозой в настоящее время являются не атаки на системы (компьютер, ИС), а эвристические методы проникновения в систему или методы обхода систем защиты.

Защите подлежат не отдельные программы, а их инфраструктура тесно связанная компьютерной средой.

Не существует нормативов на защиту инфраструктур и сред, а существуют нормативы и профили на защиту только на ИС.

Информационная инфраструктура ГИС практически принимает все внешние угрозы на себя. Отсюда вытекает важность организации информационной безопасности ИИГИС, как первоочередной задачи информационной безопасности ГИС.

Для предотвращения потери информации целесообразно использовать механизм резервного копирования, частота которого связана с ценностью обрабатываемой информации. Это, в свою очередь требует введения процедур классификации информации по ценности и по степени защищенности.

Информационная инфраструктура должна иметь дружественный интерфейс как по отношению к пользователю, так и по отношению к ИС, которую она обслуживает. Это, в частности, определяет аспект защиты ИС с помощью дружественного интерфейса ее инфраструктуры.

Сетевые атаки являются одной из основных угроз для ГИС и ее инфраструктуры. Это определяет необходимость применения специальных мер защиты и постоянного анализа сетевых угроз как инструмента повышения уровня безопасности.

Доказано:

Специфической угрозой для ГИС является возможность качественного изменения обрабатываемой информации, а именно перехода ее из категории общедоступной в категорию ограниченного доступа. Причем такое качественное изменение возможно после обработки в ГИС, но выявление такой ситуации возможно на уровне инфраструктуры ГИС. Для учета этого обстоятельства нужен специальный контроль исходных данных на уровне инфраструктуры ГИС.

Организация информационной безопасности должна включать комплекс классификационных задач. Классификацию информационных ресурсов по доступности, классификацию элементов инфраструктуры по защищенности, классификацию пользователей по уровню доступа.

Предложено:

Проводить классификацию пользователей ГИС и классификацию ее ресурсов, включая технические для последующей организации разграничения доступа .

Для обеспечения текущей безопасности информационной инфраструктуры ГИС и самой ГИС необходимо регулярное согласование нормативных документов с системными документами. Изменение последних диктуется регулярным обновлением программного обеспечения.

Для обеспечения текущей безопасности информационной инфраструктуры ГИС необходим регулярный аудит безопасности, включающий, статистку угроз и попыток доступа к системе.

На основе исследований предложена архитектура безопасной беспроводной сети. Предложены методы защиты радиоканала. Предложены методы снижающие влияние спама и повышающие контроль над проникновением компьютерных шпионов.

Полученные в ходе диссертационного исследования результаты опубликованы в 15 печатных работах, докладывались на научных конференциях и семинарах.

Соответствие полученных результатов исследования требованиям, предъявляемым к содержанию решения научной задачи, свидетельствует о достижении цели работы.

Научная новизна работы определяется получением новых научных результатов:

Разработана проектная модель информационной защиты ИИГИС, которая включает управление конфигурациями данных и ПО, разделение дискового пространства и регламентацию работ.

Выведено расчетное выражение для определения оптимальной частоты резервного копирования в зависимости от ценности создаваемой информации и затрат при копировании и восстановлении.

Предложен эвристический метод анализа деструктивных воздействий на ИИГИС, который является инструментом резервирования и тем самым повышает надежность и защищенность системы безопасности.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертации результатов подтверждается: применением исходных данных и математических моделей, адекватных реальным условиям функционирования существующих компьютерных сред и ГИСэкспериментальным подтверждением эффективности разработанных методов и моделей;

Наиболее существенные результаты, полученные автором.

Выявлена связь между защищенностью ГИС, ИИГИС, КС, что позволило обосновать необходимость комплексной защиты системы «КС-ИИГИС-ГИС», а не отдельно каждой из отмеченных систем.

Разработана проектная модель информационной защиты ИИГИС, которая включает управление конфигурациями данных и ПО, разделение дискового пространства и регламентацию работ.

Выведено расчетное выражение для определения оптимальной частоты резервного копирования в зависимости от ценности создаваемой информации и затрат при копировании и восстановлении.

Предложен эвристический метод анализа деструктивных воздействий на ИИГИС, который является инструментом резервирования и тем самым повышает надежность и защищенность системы безопасности.

Даны рекомендации по повышению защищенности ГИС и ИИГИС при организации Веб-ГИС технологий.

В целом разработан новый методический подход, позволяющий использовать основных результатов диссертационного исследования в развитии теории и практики защиты информации в геоинформатике.

Предметная область перспективных исследований по тематике работы не ограничивается рамками данной диссертации и предполагает в последующем углубленную разработку вопросов, связанных, прежде всего, с разработкой новых методов комплексных защит в компьютерных средах.

Заключение

.

Исследование информационных процессов, протекающих в компьютерных средах, мобильных системах, геоинформационных системах и сетях, а также анализ научных публикаций по теме исследования показало.

В процессе проведения сопоставительного анализа существующих методов защиты ГИС были выявлены недостатки, присущие известным методам и системам защиты. Исследование информационных процессов, протекающих в компьютерных средах, мобильных системах, геоинформационных системах и сетях, а также анализ научных публикаций по теме исследования показало, что многие опубликованные и практикуемые методы не учитывают особенности инфраструктуры ГИС, не рассматривают ее как объект первоочередной защиты, не предлагают комплексных решений по организации защиты в системе ГИС+инфраструктура.