СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ ВАЖНОСТИ УЗЛОВ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
METHOD FOR ASSESSMENT OF IMPORTANCE OF NODES OF INFORMATION AND COMMUNICATION NETWORKS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области обеспечения безопасности сетей передачи данных и может быть использовано для защиты серверов услуг сетей связи от компьютерных атак с использованием теории графов.
Уровень техники
Любые информационно-коммуникационные сети, узлы которых взаимосвязаны некоторым типом отношений, могут быть представлены в виде графов. Представление сети в виде графа и расчета его основных характеристик позволяет оценивать важность узлов, их роль и влияние в сети, а также проводить исследования по обеспечению защиты сетей связи от компьютерных атак и несанкционированного доступа. Компьютерные атаки, помимо непосредственного поражения конкретных объектов сети, могут оказывать воздействие на остальные части информационно-коммуникационной сети, заражая ее вирусным трафиком, что приводит к блокированию функционирования сети. Под источником атаки понимается источник компьютерной атаки, где компьютерная атака - целенаправленное программно-аппаратное воздействие на информационно-телекоммуникационные средства, приводящее к нарушению или снижению эффективности выполнения технологических циклов управления в информационной системе. [Климов С.М., Сычев М.П., Астрахов А.В. «Экспериментальная оценка противодействия компьютерным атакам на стендовом полигоне»].
В рамках проведения мероприятий по защите информации одним из подходов к оцениванию важности узлов сети, то есть степени потенциальной опасности по содействию распространения сетевого трафика по сети от источников атаки (далее - важные узлы), является расчет значения центральности узлов по степени посредничества. Центральность узла сети представляет собой индекс (скалярное значение), который вычисляется по заранее определенному алгоритму, и характеризует значимость узла в формировании топологии сети, объединении относительно разделенных кластеров сети, участии в наиболее важных информационных потоках [Узлы в социальных сетях: меры центральности и роль в сетевых процессах Электронный ресурс. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/v/uzly-v-sotsialnyh-setyah-mery-tsentralnosti-i-rol-v-setevyh-protsessah]. Для повышения достоверности расчета центральности узлов, в процессе исследований кратчайших путей, может учитываться роль и степень (вес) оконечных узлов данных маршрутов, то есть источника атаки и объекта защиты.
Вес (весовые коэффициенты) узла - качественная характеристика, учитывающая роль, степень влияния и прочие индивидуальные характеристики узла сети, которая может рассчитываться на основе проведения оценок и расчетов соответствующими специалистами и экспертами.
Известен способ управления сетями с использованием анализа связности [Россия, патент №2394382 H04L 12/24, опубликованный: 10.07.2010 Бюл. №19], заключающийся в том, что идентификация сетей, состоящая из множества узлов, осуществляется на основе сопоставления карты топологии сети и вычисления значения силы связи между узлами и индекса центральности собственного вектора для всех узлов. После идентификации и измерения значений, назначается роль каждому узлу в зависимости от его положения и принадлежности, затем определяется центральный узел.
Данный способ обеспечивает расчет центральности узла, при этом не учитываются значения весовых коэффициентов узлов сети. В связи с этим определение значения центральности узла является менее достоверным.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ защиты серверов услуг сети связи от компьютерных атак [Россия, патент №2718650, G06F 21/62, G06F 21/55, H04L 29/06, опубликованный: 10.04.2020 Бюл. №10], основанный на поиске наиболее центральных узлов в сети и недопущению приема ими информационных пакетов от узлов, которые подверглись атаке.
К недостатку указанного способа можно отнести отсутствие учета весов узлов, которые принадлежат исследуемым кратчайшим маршрутам в сети, при расчете значения центральности интересуемого узла. Данный недостаток приводит к менее достоверным результатам расчета центральности узлов.
Цель изобретения - повысить достоверность оценивания важности узлов путем учета весовых коэффициентов источника атаки и объекта защиты при расчете их центральности в интересах повышения защищенности сети.
Сущность изобретения.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности оценивания важности узлов на основе учета априорной информации о весовых коэффициентах источника атаки и объекта защиты при расчете значений центральности оцениваемых узлов.
Сущность способа заключается в определении наиболее важных узлов сети на основе расчета их центральности с учетом весовых коэффициентов узлов, таких как источник атаки и объект защиты.
Технический результат достигается учетом весовых коэффициентов узлов, таких как источник атаки и объект защиты, при расчете центральности узлов сети в целях оценивания их важности.
Технический результат данного технического решения проявляется в следующих возможностях:
достоверная оценка важности узлов информационно-коммуникационной сети на основе расчета их центральности с учетом весовых коэффициентов источника атаки и объекта защиты;
формирование ранжированного множества узлов по степени их важности на основе значения их центральности;
своевременное принятие мер по защите информационно-коммуникационных сетей, путем недопущения наиболее важными узлами приема и передачи информационных пакетов от узлов сети, которые подверглись атаке.
Предполагаемый способ защиты информационно-коммуникационных сетей на основе расчета центральности узлов с учетом весовых коэффициентов в интересах определения наиболее опасных узлов заключается в следующем (фиг. 1).
В блоке 1 для повышения достоверности оценивания важности узлов, формируют базу данных весовых коэффициентов узлов сети.
В блоке 2 осуществляют мониторинг сетевого трафика [Мониторинг сети. Сниффер Wireshark. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.4stud.info/networking/work2.html]. Далее при обнаружении атаки в блоке 4 определяют источник атаки на основе определения крайнего узла сети, от которого поступили IP-пакеты, определенные системой обнаружения атак, как опасные и представляющие угрозу для функционирования сети.
В блоке 5 строят граф сети [А.А. Зыков Теория конечных графов Издательство «Наука» Новосибирск 1969 г. С. 543], в блоке 6 определяют все возможные сетевые пути для всех пар «источник атаки - объект атаки», в блоке 7 оценивают важность узлов на основе расчета значений центральности оцениваемых узлов, входящих в данные сетевые пути, с учетом весовых коэффициентов узлов: источник атаки и объект защиты.
Расчет центральности узлов с учетом весовых коэффициентов в интересах оценивания важности узлов производят по следующей формуле:
иw
иw
где N - количество узлов, σ - количество кратчайших путей в графе, соединяющие любые пары «источник атаки (и) - объект атаки (w)», σ(v) -количество кратчайших путей, проходящих через исследуемый узел ν, Р(и) -значение весового коэффициента узла - источник атаки, P(w) - значение весового коэффициента узла - объект защиты.
После расчета значения центральности каждого узла (2), выступающего в качестве показателя важности, осуществляют ранжирование множества узлов по значениям важности (блок 8).
Определив узлы, которые наиболее важны, т.е. имеющие наибольшее значение рассчитанной центральности, в блоке 9 оператор системы безопасности обеспечивает доступными средствами запрет на прием и передачу данными узлами информационных пакетов от источников атаки.
В блоке 10 осуществляют проверку окончания атаки для каждого объекта сети. В случае если атака продолжается, то действия согласно способу повторяются, начиная с шестого блока.
Для оценки повышения достоверности определения центральности узла, было проведено имитационное моделирование средствами специализированного программного обеспечения «Opnet» [Краткое описание пакета программ Opnet. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.helpiks.org/3-2303.html]. Средствами данного программного обеспечения была смоделирована сеть передачи данных, где один из случайных узлов был «источником атаки», а другой был «объектом защиты». Для данной модели сети были произведены расчеты важности на основе центральности узлов с учетом весовых коэффициентов остальных узлов и без учета (фиг. 2). Множества узлов, полученные обоими способами, были проранжированы (отсортированы в порядке уменьшения значения важности), и произведено сравнение с отсортированным списком с помощью программного обеспечения «Opnet» на основе имитационного моделирования. В результате проведенных расчетов было установлено, что среднее значение ошибки ранжирования узлов по значению важности, рассчитанным предложенным способом, т.е. с учетом весовых коэффициентов узлов, таких как источник атаки и объект защиты, уменьшилось на 23,37% (соответственно достоверность повысилась на 23,7%). Ошибка ранжирования определялась согласно формуле (1).
Краткое описание чертежей.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где: на фиг. 1 схематически показана последовательность блоков в соответствии с заявляемым способом; на фиг. 2 представлены результаты имитационного моделирования по расчету ошибок ранжирования множества узлов согласно степени их важности при двух условиях: без учета весовых коэффициентов остальных узлов (закрашенные отметки на графике) и с учетом весовых коэффициентов (не закрашенные отметки на графике).
Сравнивая предложенный способ с прототипом и аналогами, а также с результатами поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного способа, показали, что в общедоступных источниках информации они отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень».
Наличие соответствующей элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ с достижением указанного результата обуславливают «Промышленную применимость» данного способа.
Предложенный способ оценивания важности узлов информационно-коммуникационных сетей, на основе оценки центральности узлов с учетом значений весовых коэффициентов узлов: источник атаки и объект защиты, позволяет достоверно оценивать важность узлов и ранжировать полученное множество узлов согласно рассчитанным значениям важности, определяя наиболее важные узлы, с целью обеспечения безопасности информационно-коммуникационных сетей.