Практические аспекты применения методов имитационного моделирования при проектировании автоматизированных систем

12 января 2012 г. 16:18

БЕЗОПАСНОСТЬ

Практические аспекты применения методов имитационного моделирования при проектировании автоматизированных

систем

Ключевые слова: автоматизированные информационные системы управления, мобильные автоматизированные рабочие места, методы имитационного моделирования, противодействие компьютерным атакам.

Целью исследования является развитие метода обеспечения безопасного взаимодействия автоматизированных систем государственного и военного управления с учетом специфики мобильных автоматизированных рабочих мест в режиме реального времени через сеть Іггівтеї. Рассматривается задача имитационного моделирования взаимодействия мобильных автоматизированных рабочих мест при реализации компьютерных атак. Предложена структурная схема многоуровневой имитационной модели процесса противодействия компьютерным атакам на автоматизированные информационные системы с применением МАРМ.

Алексеев ДА,

аспирант,

Санкт-Петербургский государственный университет инфомрационных технологий, механики и оптики, dima99@gmail.com

Сплендер Л.В.,

студент,

Московский государственный университет приборостроения и информатики, тйа lily@gmail.com

Важнейшей современной проблемой, определяющей подходы к построению, совершенствованию и перспективному развитию автоматизированных информационных систем управления (АИСУ), становится их информационная безопасность.

Анализ тенденций развития информационных инфраструктур в сфере автоматизированных систем государственного управления показывает, что в их составе уже находится значительное количество автоматизированных робочих мест на базе мобильных персональных компьютеров — ноутбуков, количество которых постоянно растет. Так, в автоматизированных системах некоторых государственных организаций мобильные рабочие места практически на 100% оснащены ноутбуками, которые имеют доступ к сети Интернет и работают в ней в режиме "on-line".

Кроме того, в последнее время появляется все больше устройств, которые обеспечивают пользователям возможность широкополосного мобильного доступа в реальном масштабе времени к "своим" автоматизированным системам управления через сеть Интернет. К таким поль-

зовательским устройствам относятся миникомпьютеры, нетбуки, коммуникаторы, планшеты и другие портативнью устройства с коммуникационными интерфейсами.

Одновременно возрастает и количество провайдеров, предоставляющих такой доступ практически из любой точки мира.

Изменилась позиция в отношении развития современных коммуникационных средств, информационных технологий и в нашей стране. С 2002 г. в рамках Федеральной целевой программой "Электронная Россия (2002-2010 гг.)" ведется масштабная кропотливая робота по созданию единого информационного поля страны, а в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 24.05.2010 г. № 365 "О координации мероприятий по использованию информационно-коммуникационных технологий в деятельности государственных органов" во всех отечественных государственных структурах активно внедряется многоуровневый информационный обмен даннькми по оказанию государственных услуг федеральными органами исполнительной власти любым категориям граждан.

Эта программа получила свое развитие в концепции создаваемого "электронного правительства", уже внедряемой с 2007 г.

Однако, несмотря на всю ту ощутимую пользу для людей, которую несет развитие информационно-коммуникационных технологий при внедрении их в государственных структурах, существует реальная угроза этим информационным сетям со стороны кибер-террорис-тического сообщества, организующих компьютерные атаки на АИСУ

Реальность постоянных информационных угроз диктует условия по организации им противодействия как в организационно-правой сфере, так и в программно-технической.

Наиболее действенной защитой информа-

ционных сетей является организация информационной безопасности техническими средствами, а именно, применением специального комплекса аппаратных и технических средств зашиты информационных сетей и аппаратуры, в том числе и защищенных автоматизированных рабочих мобильных мест (ЗАРММ).

При разработке таких средств наиболее эффективными методами их создания являются методы имитационного моделирования процессов противодействия компьютерным атакам на мобильные автоматизированные рабочие места (МАРМ). В статье предлагается рассмотреть один из подходов к методу имитационного моделирования разработанных моделей и алгоритмов защиты АИСУ, основанных на экспериментальной оценке эффективности их применения посредством испытаний (тестирования) средств противодействия компьютерным атакам [1-3].

Метод имитационного моделирования должен стать инструментом при решении проблем, связанных с противодействием компьютерным атакам на АИСУ с МАРМ, основнь^ли из которых являются:

• проведение превентивного мониторинга угроз компьютерных атак, определение задач и модели воздействия компьютерных атак на МАРМ и АИСУ;

• выявление уязвимых мест в организации взаимодействия МАРМ со всеми уровнями АИСУ и проведение комплексной оценки устойчивости функционирования МАРМ;

• формализация типовых блоков моделируемых динамических процессов при организации противодействия компьютерным атакам на МАРМ и АИСУ в защищенном варианте

Предлагаемый метод имитационного моделирования процессов противодействия компьютерным атакам на МАРМ основан на пошаговой стратегии экспериментальной оценки

64

T-Comm #2-201'

А

У

БЕЗОПАСНОСТЬ

параметров компьютерных атак при воздействии на элементы трассы транзита данных между МАРМ и АИСУ контроле устойчивости функционирования трассы транзита, имитационном моделировании и выборе средств противодействия атакам.

Основой при формировании процессов метода имитационного моделирования противодействия компьютерным атакам на МАРМ используются теория моделирования сложных систем, теорема гипотез (формула Бейеса) и метод Монте-Карло [4-10].

На рис 1 представлена структурная схема имитационной модели процесса противодействия компьютерным атакам на АИСУ с МАРМ.

Структурная схема отображает собой реальную многоуровневую имитационную модель, построенную по иерархическому принципу АИСУ, использующую в своем составе МАРМ, и функционирующую:

• в штатном режиме;

• в режиме организации противодействия внешним активным компьютерным атакам.

В ходе имитационного моделирования за исходное состояние предлагается принять модель штатного функционирования АИСУ с МАРМ, где:

Б — модель штатного функционирования АИСУ с МАРМ;

Б0 — поступление входных данных от источника информации МАРМ;

— процессы функционирования МАРМ (с учетом задержек на сбор, хранение, обработку и переделу информации);

Т — изменение временных параметров функционирования МАРМ в АИСУ.

Основные процессы имитационного моделирования должны исследоваться в условиях применения на АИСУ и МАРМ компьютерных атак. На структурной схеме имитационная модель компьютерных атак представлена в общем виде (Ву,) и характеризуется следующими их типами:

• сканирования сети МАРМ;

• внедрения атаки в МАРМ и распространение ее в АИСУ;

• воздействия атаки на иерархию АИСУ с возможной маскировкой как в МАРМ, ток и АИСУ.

Начало воздействия компьютерной атаки на АИСУ обозначается состоянием *до а дальнейшее развитие ситуации по их сценариям интерпретируется цепочкой возможных состояний

Множество уязвимостей МАРМ, через которые потенциально могут быть внедрены компьютерные атаки, называется "потенциальной

площадью воздействия компьютерных атак и обозначается как^603^.

Имитационная модель процессов противодействия компьютерным атакам является составной и включает в себя две независимые модели:

• модель нейтрализации компьютерных атак или активное им противодействие, которая характеризуется параметрами 2Пд

* модель выявления и устранения уязвимых мест МАРМ и АИСУ — §^3.

В общем случае каждая из моделей выполняет операции по выбору оптуииальных действий операторов, построения АИСУ с МАРМ и ее возможностей по противодействию компьютерным атакам посредством анализа результа-

тов статистических испытаний, полученных в ходе моделирования ее функционирования в режиме организации защиты.

Однако в предлагаемой имитационной модели наиболее интересными являются ее возможности по выполнению частных задач, например, таких как:

• осуществление мониторинга информационной сети (средств) и прогнозный выбор воздействующих на МАРМ компьютерных атак;

• возможность определения величины ущерба компьютерной атаки как МАРМ, так и АИСУ с выбором требуемых оптимальных средств и способов противодействия;

• способность оценки затрат выделяемых материальных, временных, программных, информационных и других ресурсов для обеспечения функционирования МАРМ с АИСУ в ус-

Ммншпионная молсль компьютерных агак на АИСУ с МАРМ

Сканирование

Внедрение

Распространение

Воздействие

Маскировка

Моделирование уяівичмч мест АИСУ с МАРМ

Имитационная модель АИСУ (5) многоуровневая и иерархическая МАРМ

Моделирование противодействия компьютерным атакам и выбор  противодействия

*і£і

Амалиіаіак

~ЗГ~-------

Обнаружение атак

Политика рсорсоа

-------ц-------—

Полгокюка срс.кга пршинодсйояма

Полотомса администратор» нмформшмомиой бемчикмпегм

Рис 1. Структурної схема имигадионной модели процесса противодействия компьютерным атакам на АИСУ с МАРМ

Т-Сотт #2-2011

65

Л

БЕЗОПАСНОСТЬ

Y

ловиях противодействия компьютерным атакам.

При разработке метода имитационного моделирования можно отметить некоторые недостатки, которые существенно могут повлиять на точность гюлучоемых характеристик компьютерных воздействий, влияющие, в свою очередь, на выбор средств и способов противодействия, т.е. на оптимальность принятого решения.

К таким недостаткам можно отнести:

• территориальную распределенность множества разнотипных МАРМ и случайных пользователей в свободном доступе к АИСУ;

• наличие множества разнородных провайдеров, работающих в формате свободною программного обеспечения с МАРМ АИСУ;

• сложность расчетов априорной оценки численных значений динамических параметров различных сценариев компьютерных воздействий из-за необходимости более точного моделирования совокупности уязвимостей МАРМ, учета последствий реализации успешной компьютерной атаки на устойчивость ее функционирования и выбора критериев эффективности противодействия этому воздействию;

• зависимость модели от ярко выраженных неопределенностей и случайного характера компьютерных атак и их сценариев на АИСУ;

• отсутствие развитых исследовательских инструментов имитационного моделирования в данной области, позволяющих проводить заблаговременный мониторинг МАРМ на наличие компьютерных атак, анализа нарушений штатного функционирования МАРМ и формирования банка действий операторов для организации противодействия.

Несмотря на наличие перечисленных недостатков, предлагаемый метод имитационного моделирования может использоваться при разработке функционирования отдельных АИСУ с МАРМ в условиях обеспечения зашиты от компьютерных атак.

Литература

1. Алексеев ДА Моде/ь управления трассой передачи конфиденциальных донных между мобильным автоматизированным рабочим местом сотрудника и центром обработки данных организации в распределенной сети // Сборник материалов 14 научно-технической конференции 'Зашита и безопасность информац^ в информационных технологиях и телекоммуникац ионных системах" СПбГУ ИТ-МО. - 2009.-СЗ1-33.

2 Алексеев ДА,Наумов B.BV Сллендер ЛИ. Методический подход к оценке экономической эф-

фективности примене»*4я в информо1*юнных системах фююнсовых организаций защищенных мобильных автоматизфэеанных рабочих мест// Сборнж научных статей оспирантов "Актуальные проблемы развития общества, экономики и права". — 2009. —

С57-61.

3 Климов СМ Методы и медали противодействия компьютерным атакам - Люберцы.: КАТАЛ ИТ, 2008.— 316с.

4 Бахвалов Н.С, Жидов НЛ., Кобельков ГМ

Численные метода. — М.: Наука, 1987. — 257 с

5 Вер»« ЕА Оттимальное роспредэление ресурсов и элементы синтеза систем — М.: Изд во "Советское радио", 1974. — 303 с

6 Вентцепь ЕС* Овне^х» Л А Теория вероятностей и ее инженер«,« приложения. — М.: Наука. — 1998. — 480с.

Волкова В.Н , Денисов АА Основы теор»* систем и системного анализа. — С Петербург, изд СПб ПУ, 1999.

8 Месараеич М., Мако Д., Тсжпхсра И. Теория иерархкмеских многоуровневых систем. — М.: Мир, 1973.

9 Рыжисов Ю.И. Имитационное моделирово^ ^е. Теория и техно ложи. — СПб.: Корона принт; М: Альтекс-А, 2004. - 384 иа

10. Советов БЯ Моделирование систем: Учеб. для вуэов/Б.Я. Советов, СА Яковлев — 4-е изд, стер. — М.: Высш. Шк_, 2005. — 343 с.

Practical issues of application of simulation methods at modeling computeraided systems

D.A. Alelcsyeev, L.V. Splender

The purpose of this research is to develop a method for safe interaction of automated systems of government and military control. Specifics of mobile workstations in real time via the Internet is taken into account. The article covers the problem of simulation design of the interaction of mobile workstations in the implementation of computer attacks. A block diagram of a multilevel simulation model is suggested. The model describes "MARM" resistance to computer attacks on automated information systems.

Keywords: automated management information systems, mobile computer work stations, simulation methods, resistance to computer attacks.

References

1 Aleksyeer/ DA Model upravieniya trassoy peredachi konfidentsialnyh cbnnyh mezhdu mobdnym avtomatizirovannym robochim mestom sotrudnika i tsertrom obrabotki dannyh organizatsii v raspredelerv noy seti // Sbomik materialov 14 nouchno-tehnicheskoy konferertsii "Zashchita i bezopasnost informatsii v informatsionrryh tehnologryah i telekommunikatsionnyh sisiemah" SPbGU fTMO. 2009 g. — R 31 -33.

2 Alelcsyeev DA, Naumav V.V., Splender LV. Metadicheskiy podhod k otsenke ekonomicheskay effekiivnosti primenenrya v informatsionnyh sistemah finansovyh organizatsiy zashchishchennyh mobil-nyh avtomatizirovannyh rabochih mest // Sbomik nauchnyh statyey aspirantov "Aktualnye problemy razvitiya obshchestva, ekonomiki i prava", 2009 g. — R 57-61.

3 KlimovSM. Metady i modeli protivodyeystviya kompyutemym atakam. — Lyubertsy: KATALfT, 2008.

— 316 p.

4 Bahvalav MS., Zhidkov N.P., KobekovGM. Chislennye metody. — M.: Nauka, 1987. — 257 p.

5 Berzin YeA Optimalnoe raspredelenie resursov i elementy sinteza sistem. — M.: Izd-vo "Sovebkoe radio", 1974. — 303 p.

6 Venftsel Ye.S, Ovcharav LA Tyeoriya veroyatnostyey i yee inzhenemye pribzheniya. — M.: Nauka.

- 1998.-480 p.

7 Vcdkova VM, DenisovAA Osnovy tyeorii sistem i sistemnogo anafcza. — S Peterburg, izd. SPb GTU, 1999.

8 Mesarovich M., Mako D, TcJcahara L Tyeoriya ierarhicheskih mnogourovnevyh sistem. — M: Mir, 1973.

9 RyzhicovVUl Imitatsionnoe modelwovanie. Tyeoriya i tehnobgii. — SPb: Korona print; M: Alteks-A, 2004.-384 p.

10. Savelov B.YA Modelirovanie sistem: Ucheb. dlya vuzov / B.YA Sovetov, S A Yakovlev — 4-ye izd., ster. — M: Vyssh. Shk., 2005. — 343 p.

66

T-Comm #2-201

Ж