Исследование процессов передачи и обработки информации в конфиденциальном хранилище электронных документов

Большой объем работы с бумажными документами в любой организации приводит к логическому решению по проведении этой работы в электронной форме. Технические возможности для этого весьма обширны и разнообразны. Организационно-нормативное обеспечение электронного документооборота также имеется (в первую очередь, это касается Федеральных Законов «Об электронной цифровой подписи» и «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»). Тем не менее, полный переход к электронному документообороту вряд ли возможен, но даже частичная автоматизация существенно сокращает время на выполнение административных процессов. Дополнительный толчок этому переходу дало утверждение федеральной программы «Электронная Россия».

Удобство работы с электронными версиями документов очевидно: экономия времени поиска нужных документов, создания и утилизации документов, редактирования и пересылки документов, экономия места для хранения документов. Все это привело к созданию и распространению систем электронного документооборота (СЭД). Подобные системы не только позволяют автоматизировать процесс работы с электронными документами (ЭД), но и организовать и контролировать электронное делопроизводство. Однако не стоит забывать, что в основе любой системы электронного документооборота лежит хранилище электронных документов, на которое возлагается ряд ключевых задач:

• обеспечение возможности ввода ЭД (оцифровка);

• организация хранения ЭД;

• предоставление возможности поиска ЭД;

• предоставление доступа к ЭД с целью чтения, модификации, удаления, получения.

Хранилище электронных документов, являясь ядром любой СЭД, требует особого внимания к вопросам проектирования, внедрения и эксплуатации.

Разработка и внедрение хранилищ электронных документов (называемых в некоторых источниках электронным архивом) является отдельным направлением работ. Хранилище ЭД может использоваться как независимый программно-аппаратный комплекс (например как замена бумажного архива), так и как ядро для СЭД (на которое может надстраиваться дополнительная логика работы, причем такой подход модульного построения СЭД может дать определенный экономический выигрыш, особенно с учетом необходимости «доводки» СЭД под конкретную специфику объекта внедрения). В случае построения хранилища не архивных, а актуальных (находящихся в постоянной работе) ЭД необходимо учитывать интенсивные нагрузки на компоненты хранилища, которое является достаточно сложным программно-аппаратным комплексом.

При проектировании системы хранилища электронных документов (ХЭД) необходимо учитывать, помимо функциональных требований, законодательно-нормативные требования. В первую очередь это требования федеральных законов, постановлений правительства РФ, государственных стандартов в области архивного дела и документооборота, а так же требования и рекомендации Росархива.

Отдельным обширным и очень важным блоком нормативно-законодательных требований являются требования к информационной безопасности и обеспечению юридической значимости электронных документов:

• федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»;

• федеральный закон «Об электронной цифровой подписи»;

• федеральный закон № 152-ФЗ «0 персональных данных»;

• федеральный закон № 98-ФЗ"0 коммерческой тайне";

• постановления правительства РФ;

• требования и рекомендации ФСТЭК и ФСБ.

Анализ требований, приведенных в указанных документах (особенно касающихся защиты персональных данных), позволяет сделать вывод о необходимости учета следующих вопросов ИБ:

• надежная аутентификация;

• разграничение прав доступа пользователей;

• обеспечение конфиденциальности хранимых и передаваемых по компьютерной сети ЭД;

• обеспечение целостности хранимых и передаваемых по компьютерной сети ЭД;

• обеспечение юридической значимости ЭД наравне с бумажным документом.

Учет требований информационной безопасности при проектировании ХЭД также позволит снизить колоссальные потери, связанные с утечкой информации как по вине внешних недоброжелателей, так и по вине халатности сотрудников компании. Таким образом, можно говорить о необходимости создания конфиденциальных хранилищ электронных документов (КХЭД) — систем кратковременного и долговременного конфиденциального хранения электронных документов, предоставляющих возможности по защите от несанкционированного доступа (НСД), контролю доступа, обеспечению юридической значимости электронных документов,.

Введение

дополнительных требований в области информационной безопасности, необходимость выполнения трудоемких криптографических операций может оказать решающее влияние на выбор структуры КХЭД и параметров используемых технических средств. Вместе с тем, учет совместного влияния различных параметров КХЭД, являющегося комплексным техническим решением, представляет собой достаточно серьезную задачу для проектировщика. Для решения этой задачи необходимо анализировать реакцию системы на изменения значений параметров, которые могут быть обусловлены как внешними, так и внутренними факторами. Кроме того, зачастую необходимо обоснованно выбирать значения целого ряда параметров компонент конфиденциального хранилища ЭД, в условиях ограниченных финансовых и временных ресурсов, что не допускает экспериментов на реальной системе. Этим и определяется актуальность настоящей диссертационной работы.

Решение этих задач на этапе проектирования КХЭД позволит сэкономить финансовые ресурсы и время на разработку и возможную модернизацию системы. Единственным инструментом, способным помочь в решении поставленных задач, является исследование вероятностно-временных характеристик системы КХЭД с использованием моделирования. Несмотря на очевидную необходимость и актуальность проблемы исследования конфиденциальных хранилищ ЭД, в настоящее время отсутствуют работы, посвященные данному вопросу, не разработаны методы и средства их анализа и проектирования, не сформулированы критерии, позволяющие оценивать эффективность функционирования системы КХЭД. Решению данных проблем и будет посвящена настоящая работа.

Научные работы, посвященные исследованию вероятностно-временных характеристик, методам оценки эффективности функционирования информационных систем, в настоящее время интенсивно ведутся и развиваются как у нас, так и за рубежом. Изучению этих проблем посвящены работы В. Столлингса, Л. Клейнрока, Д. Феррари, Г. П. Башарина, Б. Я. Советова, Я. А. Когана, Г. П. Захарова, В. А. Жожжикашвили, В. М. Курейчика, В. М. Вишневского, В. С. Лукьянова, В. В. Крылова, И. В. Черковского, А. В. Скакунова, М. Селтзерома, Б. Ли, Дж. Хилстона, Н. Томаса, Т. Мосли, Ю. Джао и др. Но в литературных источниках не приводятся существующие аналитические и имитационные модели вычислительных систем, отражающих процессы и особенности функционирования систем конфиденциального хранения электронных документов.

Данная работа опирается на результаты этих исследований и развивает их отдельные положения применительно к задаче исследования процессов обработки и передачи информации в конфиденциальном хранилище электронных документов.

Целью данной диссертационной работы является разработка средств анализа функционирования конфиденциального хранилища электронных документов, предназначенных для повышения эффективности его работы, на основе исследования процессов передачи и обработки информации в системе.

Цель достигается решением следующих задач:

1) анализ функциональных и нормативных требований к конфиденциальному хранилищу электронных документов;

2) формализация модели КХЭД с использованием методологии функционального проектирования ГОЕРО;

3) разработка структуры КХЭД с учетом выявленных требований, определение параметров обработки сообщений на его узлах;

4) формализация процессов функционирования КХЭД в виде сетей массового обслуживания;

5) разработка аналитической модели конфиденциального хранилища электронных документов с использованием аппарата теории сетей массового обслуживания и проведение исследования разработанной модели;

6) разработка имитационной модели конфиденциального хранилища электронных документов, предоставляющей возможность анализа влияния параметров КХЭД на его функционирование;

7) разработка гибридной системы на основе простого генетического алгоритма и имитационной модели конфиденциального хранилища электронных документов для оптимизации параметров функционирования КХЭД.

Объектом исследования является конфиденциальное хранилище электронных документов.

Предметом исследования являются модели сетей массового обслуживания, формализующие функционирование КХЭД, с применением аналитического и имитационного моделирования для исследования влияния входных параметров на характеристики системы, а так же гибридная система для поиска оптимальных параметров функционирования КХЭД.

Методы исследования. При выполнении исследований и решении поставленных задач были использованы методы системного анализа, методология функционального проектирования, методы математического моделирования, методы теории оптимизации.

Научная новизна работы состоит в разработке средств анализа функционирования конфиденциального хранилища электронных документов:

1) впервые предложена функциональная модель КХЭД в нотациях ШЕБО, позволяющая определить взаимосвязь между информационными потоками и провести функциональную декомпозицию системы;

2) на основе разработанной аналитической и функциональной модели предложен новый аналитический метод расчета КХЭД, формализованного в виде открытой сети массового обслуживания;

3) разработаны новые имитационные модели для детализации обработки сообщений в аналитической модели функционирования конфиденциального хранилища электронных документов;

4) предложен метод оптимизации параметров функционирования КХЭД, на основе гибридной системы параметрической оптимизации, использующей имитационную модель и простой генетический алгоритм.

Практическую значимость работы составляют:

1) программный модуль для осуществления расчетов аналитической модели КХЭД, который может быть использован при обосновании выбора параметров системы;

2) — имитационная модель, реализованная в среде моделирования АпуЬ^ю 6.4.1, позволяющая проводить исследование характеристик КХЭД и анализ влияния входных параметров на функционирование системы;

3) программный модуль гибридной системы оптимизации параметров функционирования конфиденциального хранилища электронных документов, позволяющий принимать решение о выборе значений параметров системы на основе функции пригодности;

4) основные результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре «ЭВМ и системы» ВолгГТУ в курсах «Методы и средства защиты информации», «Теория телетрафика».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатные работ, в том числе 3 статьи опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК и монография. Основные положения и результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских конференциях.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка библиографии и приложений.

4.5. Выводы.

В главе получены следующие результаты:

1. Произведено обоснование выбора программной среды для имитационного моделирования.

2. Произведено имитационное моделирование замкнутой СеМО, получены результаты близкие к результатам аналитического моделирования, что позволяет говорить об отсутствии ошибок при реализации методов аналитического моделирования.

3. Произведено имитационное моделирование открытой СеМО, с отказом от допущений, сделанных при аналитическом моделировании. Полученные результаты также близки к результатам моделирования СеМО посредством модифицированного метода анализасредних значений, предложенного в главе 3. Проведено исследование имитационной модели, выявлены наиболее критичные входные параметры, с точки зрения среднего времени обработки сообщения в КХЭД и коэффициента потерь сообщений.

4. Предложено использование гибридной системы на основе генетического алгоритма и имитационной модели для поиска оптимальных параметров сложных многопараметрических систем. Гибридная система использует имитационную модель для расчета критерия оптимизации (функции пригодности) для выбираемых вариантов решения, а генетический алгоритм осуществляет эволюционное моделирование, вывод лучших особей и, тем самым, нахождение оптимальных параметров.

5. Показано применение гибридной системы для. оптимизации параметров КХЭД. Приведен пример определения оптимальных параметров при заданных входных условиях и ограничениях, позволяющий сделать заключение о целесообразности выбора аппаратных средств и параметрах функционирования системы.

6. Предложен метод исследования и анализа функционирования конфиденциального хранилища ЭД, основанный на использовании разработанных моделей и алгоритмов. Применение разработанного метода позволяет повысить эффективность функционирования КХЭД с обоснованием выбора входных параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Полученные в диссертационной работе результаты позволяют сформулировать основы метода исследования, анализа и проектирования систем конфиденциального хранения электронных документов, основанных на использовании моделей сетей массового обслуживания, имитационного моделирования и гибридной системы параметрической оптимизации. Предложенные модели, алгоритмы позволяют уменьшить время решения задач проектирования систем конфиденциального хранения электронных документов, обоснованно выбирать параметры системы и повысить эффективность их функционирования.

В работе получены следующие теоретические и практические результаты:

1) проведен анализ функциональных и нормативных требований к конфиденциальному хранилищу электронных документов;

2) разработана функциональная модель КХЭД в нотациях ГОЕРО;

3) разработана структура конфиденциального хранилища электронных документов, с учетом выявленных требований, определены параметры обработки сообщений на его узлах;

4) процессы функционирования КХЭД формализованы в виде сетей массового обслуживания;

5) проведено аналитическое моделирование с использованием метода Бузена и метода анализа средних значений. Проведено исследование разработанной аналитической модели, в рамках которого предложен новый метод расчета основных характеристик конфиденциального хранилища электронных документов. Рассмотренные методы реализованы в программной системе;

6) разработаны и исследованы имитационные модели конфиденциального хранилища электронных документов в среде моделирования АпуЬо§ ю 6.4.1;

7) разработана система гибридной оптимизации параметров функционирования КХЭД на основе генетического алгоритма и имитационной модели, предложен метод повышения эффективности работы КХЭД на основе.

162 разработанной гибридной системы.

На защиту выносятся следующие результаты диссертационной работы:

1) процессная модель конфиденциального хранилища электронных документов;

2) структура конфиденциального хранилища электронных документов;

3) структура сети массового обслуживания, формализующая работу конфиденциального хранилища электронных документов;

4) аналитические и имитационные модели конфиденциального хранилища электронных документов;

5) гибридная система оптимизации параметров функционирования конфиденциального хранилища электронных документов.

Дальнейшее развитие данного исследования возможно по следующим направлениям:

1) развитие моделей СеМО с выделением в них классов сообщений и их приоритетов, выделение в отдельные узлы дополнительных элементов, что позволит обосновывать требования к ним;

2) разработка и введение моделей ошибок, возникающих в физических каналах передачи данных;

3) анализ СеМО с отказами узлов и каналов связей, а так же с резервированием для повышения отказоустойчивости;

4) анализ КХЭД с физически распределенными хранилищами;

5) разработка моделей КХЭД, функционирующих на многопроцессорной.

ЭВМ.