Разработка моделей крупных информационных систем компьютерной инфосферы с организацией человеко-машинного взаимодействия

Актуальность исследования. Информатизация в наши дни пронизывает все сферы профессиональной человеческой деятельности, делая общество потребления информационным обществом, для которого основную ценность представляют не материальные блага, а удовлетворение информационных потребностей. Через средства телекоммуникаций совершается огромное количе-ствосделок, объемы интернет-торговли превысили триллион долларов в годовом исчислении. И для устойчивого функционирования всей этой массы информационно-электронных систем необходимо надежное обеспечение их информационной безопасности (ИБ).

Вопросы обеспечения информационной безопасности (в случае электронных системы — кибербезопасности) различных информационных систем (ИС) рассмотрены в огромном количестве книг. Среди авторов таких книг укажем известных ученых: А. В. Сухов, Б. И. Глазов, Н. А. Костин, Л. М. Ухлинов, В. П. Лось, С. П. Расторгуев, А. А. Малюк, Ю. В. Бородакий, Г. Н. Устинов, М. Уэнстром, А. Лукацкий, А. Ф. Чипига, В. А. Галатенко, В. А. Герасименко, А. А. Грушко, Ю. А. Семенов и др. Требования к обеспечению информационной безопасности нашли отражения в различных проектах (например, в проекте Общетехнического регламента обеспечения безопасности государства, общества и личности при использовании систем (продукции) с компьютерной обработкой информации), соответствующих ГОСТах (например, серия ГОСТ Р ИСО/МЭК 15 408), руководящих документах государственных предписывающих и надзорных органов (например, Руководящие документы Гостехкомиссии), в законах (Федеральный закон от 20.02.1995 № 24-ФЗ «Об информации, информатизации и защите информации», Федеральный закон от 27.06.2006 № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации») и даже в таком стратегически важном документе, как Доктрина информационной безопасности Российской Федерации. В этих книгах и документах введены и обоснованы такие важные понятия, как «информационная безопасность», «защита информации», «информационная борьба» и «информационное оружие», причем не только с научных, но и с чисто публицистических позиций (укажем на книгу «Информационное оружие» журналиста В.И.Хозикова).

Анализ этих документов и многочисленных других публикаций позволяет сделать следующие выводы:

1. Современная концепция обеспечения информационной безопасности крупных информационных систем (КИС) предполагает противодей.

—— ствие угрозам безопасности путем защиты информации.

2. Угрозы безопасности крупных информационных систем (КИС) постоянно возрастают. В связи с этим для обеспечения информационной безопасности (ИБ) таких систем представляется актуальным переход от пассивных действий к активным, т. е. от защиты информации к ведению информационной борьбы (ИБр) с нарушителями. Только так можно добиться изолирования нарушителей ИБ от общества и снизить степень угроз.

3. Вопросы ведения информационной борьбы (ИБр) проработаны применительно к безопасности государства, а не КИС, причем на сегодняшний день не сформировалось единого методологически обоснованного взгляда на содержание ИБр.

4. В имеющихся источниках почти не проработаны вопросы человеко-машинного взаимодействия между КИС и правоохранительными органами, в том числе, их организационно-технический аспект.

Таким образом, методы информационной борьбы (ИБр) все еще мало применяются для обеспечения ИБ многих крупных информационных систем.

КИС), хотя важность использования способов ведения ИБр уже осознана многими силовыми структурами. Видимо, уже пришло время использовать средства и способы ведения ИБр для нужд КАС гражданского назначения. Прежде всего, это относится к КИС, насыщенных различными информационно-электронными системами, или в которых объектом автоматизации является информационная система. Такие КИС разумно назвать крупными информационными системами компьютерной инфосферы (КИСКИ), а их информационную безопасность — кибербезопасностью (КБ).

Все вышесказанное определило цель работы — повышение эффективности обеспечения информационной безопасности крупных информационных систем компьютерной инфосферы (КИСКИ) за счет применения сил, средств и способов ведения информационной борьбы (ИБр).

——Для достижения поставленной цели в работе^решена актуальная научная задача разработки путей совершенствования информационной безопасности крупных информационных систем компьютерной инфосферы (КИСКИ) за счет внедрения средств и способов ведения информационной борьбы и организации человеко-машинного взаимодействия с правоохранительными органами.

Указанная задача может быть декомпозирована на следующий набор частных задач:

1. Формирование фрагментов понятийной модели предметной области «информационная борьба» применительно к обеспечению кибербез-опасности КИСКИ с учетом актуальной классификации сетевых атак.

2. Статистический анализ характеристик потоков атак на КИСКИ.

3. Анализ возможностей повышения устойчивости функционирования КИСКИ в условиях внешних воздействий за счет резервирования и ведения информационной борьбы (ИБр).

4. Разработка облика конкретной КИСКИ и выработка предложений в техническое задание (ТЗ) на разработку КИСКИ, реализующих предложенный подход к обеспечению информационной безопасности за счет ведения информационной борьбы (ИБр).

Решение указанных частных задач позволило получить следующие научные результаты, которые выносятся на защиту:

1. Фрагменты понятийной модели предметной области «информационная борьба» применительно к обеспечению кибербезопасности КИСКИ с учетом актуальной классификации сетевых атак.

2. Результаты статистического анализа характеристик потоков атак на КИСКИ.

3. Анализ возможностей повышения устойчивости функционирования КИСКИ в условиях внешних воздействий за счет резервирования и ведения информационной борьбы (ИБр). 4- Облик конкретной КИСКИ и предложения в техническое задание (ТЗ) на разработку КИСКИ, реализующие предложенный подход к обеспечению информационной безопасности за счет ведения информационной борьбы (ИБр).

Тема и содержание диссертационной работы соответствуют следующим пунктам паспорта специальности 05.25.05 — Информационные системы и процессы:

1. Методы и модели описания, оценки, оптимизации информационных процессов и информационных ресурсов, а также средства анализа и выявления закономерностей в информационных потоках. Когнитивные модели информационных систем, ориентированных на человеко-машинное взаимодействие.

2. Техническое обеспечение информационных систем и процессов, в том числе новые технические средства сбора, хранения, передачи и представления информации. Комплексы технических средств, обеспечивающих функционирование информационных систем и процессов, накопления и оптимального использования информационных ресурсов.

Логическая структура работы с декомпозицией содержательной части на вышеуказанные результаты представлена ниже (Рис. В-1). (Цифрами на этом рисунке обозначены номера результатов, выносимых на защиту.).

Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 расширяет (расширяет (расширяет результат 1) результат 2) результат 4).

Рис. В-1. Логическая структура работы (цифрами обозначены номера полученных и выносимых на защиты результатов).

Объектом исследования являются крупные информационные системы компьютерной инфосферы (КИСКИ).

Предметом исследования являются методы и средства ведения информационной борьбы для обеспечения кибербезопасности КИСКИ.

Методологическую основу исследования составили приложения методологии научного познания и системного анализа в прикладных направлениях цифровой теории связи, функциональной стандартизации информационных систем, системологии, теории вооруженной борьбы, теории конфликтных отношений, теории эффективности и исследования операций, теории массового обслуживания и математической статистики и математической теории приближений.

В работе использованы программные средства Microsoft Excel, Visio, MathCAD, Mathematica, Statistica, SCAN и другие.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

• С использованием теории информации и теории конфликтных отношений сформирована часть понятийного аппарата информационной борьбы применительно к автоматизированным системам компьютерной инфосферы.

• Методами математической статистики исследованы характеристики реального потока атак КИСКИ зловредными программами и фишинг-атак.

• С использованием теории массового обслуживания проанализирована эффективность повышения устойчивости КИСКИ за счет резервирования и ведения информационной борьбы.

• На основе теории систем и ее частного случая — теории открытых систем разработана специализированная модель среды КИСКИ, ориентированной на ведение информационной борьбы.

Практическая значимость исследования состоит в том, что.

• выработаны предложения (в нормативные документы) по корректировке понятийного аппарата для обеспечения кибербезопасности путем ведения ИБр;

• сформулирован облик КИСКИ с обеспечением кибербезопасности пу-бем ведения ИБр, который можно рассматривать в качестве практических рекомендаций при создании конкретных КИСКИ.

Апробация. Основные положения и результаты докладывались на следующих конференциях:

• VIII Международная конференция молодых ученых «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе «IT + S&E'2010», Ялта-Гурзуф, 20 — 30 мая 2010 г.

• II Всероссийская межвузовская научная конференция «Зворыкинские чтения. Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России» — Муром, 5 февраля 2010 г.

• III Международная научно-практическая конференция «Современные информационные технологии в экономической деятельности» — Ростов-на-Дону, 15 декабря 2009 — 30 января 2010 г.

• VIII Международная научная конференция «Наука и образование» -Белово Кемеровской области, 1 февраля — 12 марта 2010 г.

• Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Перспективные информационные технологии для авиации и космоса» (ПИТ-2010) — Самара, 29 сентября — 1 октября 2010 г.

Кроме того, они неоднократно докладывались и обсуждались на научном семинаре ФГУП ГНИВЦ ФНС РФ, Москва, в 2006;2009 гг.

Достоверность результатов исследования была обеспечена:

• использованием системного подхода и достижений теории систем (во всей работе), современных математических методов и методов теории эффективности операций;

• экспериментальным исследованием многочисленных процедур атак на КИСКИ, сбором статистики атак;

• опорой на данные современных отраслей науки «инсайдерология» и «информатика»;

• актуальными источниками государственной, научно-технической и экономической информации;

• целесообразным сочетанием комплекса теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его объекту и предмету;

• подтверждением логической непротиворечивости использования методов, соответствующих задачам и специфике этапа исследовательской работы;

• здравым смыслом.

Обоснованность научных результатов и выводов исследования обеспечивается исходными методологическими позициями, комплексом методов исследования, адекватных целям и задачам, опорой на достоверные данные, которые были взяты из практики работы представительной КИСКИ.

Основные результаты работы опубликованы в 18 печатных трудах [118] (личный объем 2,83 печатного листа), из которых 8 (личный объем 0,75 печатного листа) — в изданиях, входящих в соответствующий Перечень ВАК.

Внедрение результатов: результаты работы использованы при разработке и совершенствовании КИСКИ на предприятии промышленности и в НИИ, а также в учебном процессе в Вузе г. Москвы.

Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Она включает 144 страницы основного машинописного текста и 51 страницу приложений, содержит 39 рисунков, 14 таблиц и 17 формул. Результат № 1 освещен в главах 1, 2, № 2 -в главе 3, № 3 — в главе 3, № 4 — в главе 4. Приложения 1−3 содержат дополнительную информацию по результатам №№ 1, 2, 4.

Список литературы

включает 139 наименований.

Для облегчения чтения ниже представлена таблица контентного соответствия сформулированных выше задач, их решений, выносимых на защиту научных результатов, параграфов текста, в которых они рассмотрены, выводов по разделам и положений (пунктов) Заключения.

Таблица В-1. Контентное соответствие поставленных и решенных задач и других фрагментов текста работы.

I, о в н В ' о -" нй о. 2 ^ 2 Г.

5 «я «я Сщ ««2» .

Я &.

Вй я 2 р! |.

1.1, 1.2.

Гл. 1, п. 1.

Уточняют постановку задачи исследования.

1.3.

Гл. 1, п. 3,4.

Постановка задачи исследования.

1.2- 2.1−2.4- П1.

Гл. 1, п. 2- Гл. 2, п. 1−5.

1,3−4.

3.1- П2.

Гл. 3, п. 1−4.

5−7.

3.2,3.3.

Гл. 3, п. 5−6.

8−9.

4.1−4.3- ПЗ.

Гл. 4, п. 1−4.

10−13.

Начало Заключения.

Итоговое суждение.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

1. Модели открытых информационных систем могут быть успешно использованы для представления программно-аппаратных средств крупных информационных систем компьютерной инфосферы (КИСКИ). Анализ литературы показывает, что все такие модели наиболее крупно могут быть классифицированы как частные, общие и специализированные. Они не только позволяют адекватно отображать (моделировать) информационные системы и рационально классифицировать их программно-аппаратные средства, но и являются активным инструментом при создании и развитии таких систем.

2. Анализ практики работы современных КИСКИ и возрастающий уровень угроз их функционированию привели к целесообразности предложения новой модели среды системы, которая является специализированной и предназначена для представления современных КИСКИ, ведущих информационную борьбу с нарушителями. Эта модель открывает новый класс моделей информационных систем — специализированных и не всегда открытых.

3. После того, как программные, аппаратные и программно-аппаратные средства крупной конкретной КИСКИ были сведены в таблицу, была сформирована многоуровневая таксономия практически всех (или большинства) средств этой КИСКИ в соответствии упомянутой выше специализированной моделью среды. Эта таксономия предназначена для последующего использования в интересах формирования профиля КИСКИ. Профильный подход является крайне эффективным современным средством, облегчающим проектирование КИСКИ и их дальнейшее развитие.

4. Использование всех рекомендаций, полученых при проведении описанных выше исследований (и, прежде всего, полученных на их основе многоуровневой таксономии, сведенной в таблицу), позволило разработать новую функциональную схему для типовой КИСКИ, в которой обеспечение информационной безопасности достигается не за счет защиты информации, а за счет ведения информационной борьбы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, в настоящей работе решена актуальная научная задача разработки путей совершенствования информационной безопасности крупных информационных систем компьютерной инфосферы (КИСКИ) за счет внедрения средств и способов ведения информационной борьбы и организации взаимодействия с правоохранительными органами.

Данная задача была декомпозирована на восемь частных задач, решение которых позволило сформулировать следующие основные положения:

1. На данный момент хакерами, нарушителями информационной безопасности применяется 15 разновидностей сетевых атак. Для каждой из подобных атак разработчиками КИСКИ придуманы способы противодействия, однако они не гарантируют абсолютной защиты КИСКИ. Была составлена новая многоуровневая схема классификации разновидностей сетевых атак, которая позволяет рационально структурировать множество известных сетевых атак.

2. Общий вывод из анализа известных сетевых атак и способов их отражения состоит в том, что применение одних защитных мер в настоящее время уже нельзя считать достаточным для обеспечения ИБ КИСКИ. Этот вывод привел к постановке задачи исследования, состоящей в разработке путей совершенствования ИБ КИСКИ за счет внедрения средств и способов ведения информационной борьбы (ИБр) и организации взаимодействия с правоохранительными органами.

3. В настоящее время информационная безопасность (ИБ) — необходимый атрибут всех КИСКИ. Фрагментарность и разнородность понятий, терминов и определений, используемых при описании системы обеспечения информационной безопасности (ОИБ) делает актуальной задачу построения фрагментов как понятийной части, так и всей модели предметной области «информационная борьба» с единых методологических позиций на основе системного рассмотрения возникающих угроз, а также форм и способов их преодоления.

4. Методическую основу для построения фрагментов модели предметной области «информационная борьба» составляет учет, во-первых, пересечения и надсистемного расширения различных теорий, во-вторых, постулатов и, в третьих, понятий, относящихся к содержательным результатам информационной борьба. Первый подход позволяет сформировать базовые понятия «информация» и «борьба» для разных уровней рассмотрения (философский, математический, прагматический), а второй — «информационный ресурс», «информационное оружие» и «информационная борьба». В соответствии с третьим подходом формируется понятийный аппарат для следующих содержательных результатов информационной борьбы: области, отличительные черты и общая модель (схема) ИБринформационные воздействияособенности ИБр в разных сферах человеческой деятельности.

5. Исследование воздействий нарушителей на КИСКИ должно начинаться с анализа потоков новых зловредных программ (трояны, вирусы, сетевые черви) и фишинг-атак на реальную типовую КИСКИ. Для исследования была выбрана такая система, для которой существуют журналы фиксации новых атак указанных типов в течение последних 3 лет. Таких атак зловредными программами было зафиксировано более 200, а фишинг-атак — более 400.

6. Указанные атаки с математической точки зрения представляют собой ординарные потоки случайных событий (ПСС), для исследования которых была построена соответствующая методика. Эта методика позволяет выявить такие свойства ПСС, как стационарность и отсутствие последействия, а также определить статистические характеристики и аппроксимировать выборочное распределение интервалов между соседними атаками различными видами теоретических распределений с использованием в качестве показателя близости среднеквадратическую погрешность приближения.

7. Применение данной методики к исследованию потока атак новыми зловредными программами показало, что с высокой достоверностью данный поток является простейшим, вследствие чего он стационарен и не имеет последействия. Поток новых фишинг-атак не является простейшим, в нем содержатся взаимозависимые случайные события. Это позволяет сделать вывод о том, что отдельные атаки является согласованными, т. е. осуществляются одним нарушителем или одной группой нарушителей. Предложен способ дополнительного анализа потока фишинг-атак.

8. Для повышения устойчивости программно-аппаратных комплексов к выходу из строя под воздействием различных атак было предложено осуществлять резервирование серверов. Для исследования отказоустойчивости системы без резервирования (один сервер) и системы с резервированием (несколько серверов) был применен аппарат теории массового обслуживания. Это позволило получить замкнутое выражение для отношения времени безотказной работы в указанных случаях — показателя, который можно считать показателем эффективности системы с резервированием.

9. Теория массового обслуживания может быть применена для анализа эффективности обеспечения информационной безопасности КИСКИ путем ведения информационной борьбы в сравнении с обычной защитой информации. Была сформулирована постановка задачи для исследования такой эффективности, которая, по мнению экспертов, оказалась крайне трудной для решения аналитическими методами. Однако такая постановка задачи может быть использована составления планов дальнейших работ в интересах разработки оптимальных стратегий ведения информационной борьбы.

Ю.Модели открытых информационных систем могут быть успешно использованы для представления программно-аппаратных средств крупных информационных систем компьютерной инфосферы (КИСКИ). Анализ литературы показывает, что все такие модели наиболее крупно могут быть классифицированы как частные, общие и специализированные. Они не только позволяют адекватно отображать (моделировать) информационные системы и рационально классифицировать их программно-аппаратные средства, но и являются активным инструментом при создании и развитии таких систем.

11.Анализ практики работы современных КИСКИ и возрастающий уровень угроз их функционированию привели к целесообразности предложения новой модели среды системы, которая является специализированной и предназначена для представления современных КИСКИ, ведущих информационную борьбу с нарушителями. Эта модель открывает новый класс моделей информационных систем — специализированных и не всегда открытых.

12.После того, как программные, аппаратные и программно-аппаратные средства крупной конкретной КИСКИ были сведены в таблицу, была сформирована многоуровневая таксономия практически всех (или большинства) средств этой КИСКИ в соответствии упомянутой выше специализированной моделью среды. Эта таксономия предназначена для последующего использования в интересах формирования профиля КИСКИ. Профильный подход является крайне эффективным современным средством, облегчающим проектирование КИСКИ и их дальнейшее развитие.

13.Использование всех рекомендаций, получены при проведении описанных выше исследований (и, прежде всего, полученных на их основе многоуровневой таксономии, сведенной в таблицу), позволило разработать новую функциональную схему для типовой КИСКИ, в которой обеспечение информационной безопасности достигается не за счет защиты информации, а за счет ведения информационной борьбы. Предполагается, что сотрудники, осуществляющие работу на этой КИСКИ, будут находиться в постоянном взаимодействии с правоохранительными органами и иными силовыми структурами.