Разработка алгоритмов динамического масштабирования вычислительных систем

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Аннотация

ВВЕДЕНИЕ

. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

1.1 Структура типовой вычислительной сети. Структурная модель угроз информации в вычислительной сети

.2 Возможности злоумышленников по вскрытию информации о ВС

.3 Существующие способы и методы защиты ВС

.4 Направления совершенствования технических решений, постановка задачи на поиск новых технических решений

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ДИНАМИЧЕСКОГО МАСШТАБИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

2.1 Модель процесса вскрытия вычислительной сети и взаимосвязь основных его этапов

.2 Конфликт в информационной сфере между субъектом и объектом познания

.3 Модель ВС с точки зрения процессов вскрытия ее злоумышленником

.4 Разработка механизмов динамического масштабирования ВС и оценка их эффективности

3. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ДИНАМИЧЕСКОМУ МАСШТАБИРОВАНИЮ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

3.1 Алгоритм динамического масштабирования ВС №1

.2 Алгоритм динамического масштабирования ВС №2

.3 Алгоритм динамического масштабирования ВС №3

.4 Механизмы совместного функционирования алгоритмов динамического масштабирования на уровне ВС

4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА

4.1 Концепция экономического обоснования разработки научно-технического продукта

.2 Потребительские свойства научно-технического продукта

.3 Рынок и план маркетинга

.4 Производство продукта

.5 Обоснование эффективности применения научно-технического продукта

5. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ

5.1 Общие положения

.2 Документы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованной литературы

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВС- вычислительная сеть

СУ- система управления

ЭМВОС- эталонная модель взаимодействия открытых систем

ЛВС- локальная вычислительная сеть

ПЭВМ- персональная электронная вычислительная машина

РМ- рабочее место

ПДВ- преднамеренное деструктивное воздействие

ПО- программное обеспечение

ОС- операционная система

НСИ- несанкционированный сбор информации

БД- база данных

ССОП- сеть связи общего пользования

СЗИ- средство защиты информации

НДВ- не декларированная возможность

ТКС- телекоммуникационная система

ССОП- сеть связи общего пользования

МЭ- межсетевой экран

ИБ- информационная безопасность

VPN- Virtual Private Network (виртуальная частная сеть)

 

Аннотация

In the degree project the problem task in protection of the distributed information systems is solved by maintenance of their structural reserve.attributes of the based on technology of virtual private networks VPN distributed information systems shown in their information exchange are revealed, and mechanisms of these attributes management are developed.model of the distributed information systems structural reserve maintenance system functioning process is developed.algorithms of maintenance of structural reserve of the distributed information systems are developed.

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время мир стоит на пути перехода к информационному обществу, в котором производство и потребление информации являются важнейшим видом деятельности, информация признается наиболее значимым ресурсом, а информационная среда наряду с социальной и экологической становится новой средой обитания человека [1].

Современный этап развития систем связи предполагает их цифровизацию, интеграцию и глобализацию, которые приводят к неизбежности применения широкого диапазона открытых протоколов информационного обмена (сетевого взаимодействия), а также технологий и оборудования преимущественно иностранных разработок (в том числе и средств защиты), имеющих уязвимости и недекларированные возможности.

Естественным в условиях интеграции Единой сети электросвязи РФ и международных телекоммуникаций, бурного развития технологий является рост количества угроз информационной безопасности распределенным вычислительным сетям (ВС) различных организаций, органов государственной власти, силовых и других ведомств. Существенно возрастают потенциальные возможности террористических организаций, отдельных злоумышленников по идентификации элементов ВС и вскрытию ее структуры. Например, концепция «сетецентричной войны» США предполагает использование систем связи как арены боевых действий. В то же время существующие методы и средства защиты предполагают лишь разграничение доступа и обнаружение вторжений в локальные сегменты сетей, т. е. осуществляется попытка установить границы на уровне локальных сегментов, а информация о построении и развитии ВС остается незащищенной в виду незащищенности технологической информации (информации развития) ВС и отображения процессов ее обработки на информационном поле противодействующей стороны. Информацией развития ВС являются топология и алгоритмы функционирования ВС и ее элементов, используемое оборудование и программное обеспечение, схемы информационных потоков и роль отдельных сегментов. Более того, иерархия элементов и узлов ВС отражает структуру системы управления (СУ), в интересах которой она создается. Это связано с тем, что элементы ВС и процессы управления обладают характерными признаками. Наиболее ярким примером этого является возможность с помощью перехвата и анализа информационных потоков распределенной ВС получить их схему, отражающую в свою очередь структуру ВС, а значит и структуру ее СУ.

Несмотря на значительные результаты теоретических и прикладных исследований в области защиты информации в информационно-вычислительных системах, в частности криптографическими методами, резервированием, методами контроля межсетевого взаимодействия и т. п., недостаточно проработанной остается проблема защиты распределенных ВС, подключенных к сетям связи общего пользования.

Учитывая, что во многих случаях объекты ВС оснащаются разнотипными вычислительными средствами, существующие методы обеспечения информационной безопасности с помощью «защитных оболочек» не всегда эффективны и легко подвержены деструктивным воздействиям типа «отказ в обслуживании». Это связано с тем, что элементы распределенных ВС легко обнаруживаются при помощи анализа информационных потоков, циркулирующих в каналах связи телекоммуникационных систем.

Отмеченное выше позволяет выделить сложившееся противоречие между требованием по повышению эффективности защиты распределенных ВС и существующим уровнем теоретических и практических исследований в этой области.

Данное противоречие позволяет констатировать проблему, заключающуюся в разработке механизмов защиты информации развития распределенных ВС.

Выявленное противоречие и существующая проблема обусловили выбор темы данного исследования: «Разработка алгоритмов динамического масштабирования вычислительных сетей» и ее актуальность.

 

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

 

.1 Структура типовой вычислительной сети. Структурная модель угроз информации в вычислительной сети

В общем случае ВС включает множество взаимосвязанных каналами приема и передачи информации аппаратно-программных и технических средств, объединенных в единое целое из территориально разнесенных элементов.

На нижнем уровне детализации ВС можно представить совокупностью аппаратных средств ВС и физических связей между ними. На верхнем уровне детализации - совокупностью прикладных процессов, посредством которых производится содержательная обработка информации, а также правилами обмена информацией в интересах взаимосвязи прикладных процессов.

Структурная модель угроз информации в ВС представлена на рисунке 1.1 [2]. Уровень физической сети описывает функции и правила взаимосвязи при передаче различных видов информации между территориально удаленными элементами ВС через физические каналы связи (первичную сеть). Проекция модели на физический уровень эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) определяет, как физически увязаны и как взаимодействуют между собой объекты ВС.

С учетом специфики функционирования первичной сети связи возможны следующие угрозы информации:

. искажение информации и несвоевременность ее доставки;

. выявление характерных признаков источников сообщений;

. копирование, искажение информации в процессе ее обработки и хранения на станциях (узлах) связи в результате несанкционированного доступа.

Рис. 1.1. Структурная модель угроз информационным ресурсам ВС

Уровень транспорта пакетов сообщений описывает функции и правила обмена информацией в интересах взаимосвязи прикладных процессов и пользователей различных ВС. Сетевой уровень ЭМВОС определяет связь объектов на уровне логических адресов, например IP-адресов. Компонентами информационной инфраструктуры ВС (телекоммуникационной сети) являются, например, маршрутизаторы (включая их операционные системы и специальное программное обеспечение), кабельное оборудование и обслуживающий персонал.

С учетом этого на уровне транспорта пакетов сообщений возможны следующие угрозы информации:

. искажение информации и несвоевременность ее доставки;

. выявление характерных признаков источников сообщений;

. копирование, искажение информации в процессе ее обработки и хранения на станциях (узлах) связи в результате несанкционированного доступа к информации;

. нарушение конфигурации маршрутизаторов в результате несанкционированного доступа к операционным системам коммуникационного оборудования (маршрутизаторов) телекоммуникационных сетей;

. нарушение правил установления и ведения сеансов связи, использование уязвимых сервисов, а также другие действия, ведущие к отказу в обслуживании санкционированных абонентов, путем осуществления удаленных компьютерных атак на коммуникационное оборудование.

Уровень обработки данных (локального сегмента ВС) образуется совокупностью информационных ресурсов и прикладных процессов, размещенных в территориально обособленных ВС, являющихся потребителями информации и выполняющих ее содержательную обработку. Информационная инфраструктура локальных вычислительных сетей (ЛВС), из которых состоит каждый невырожденный (в автономную ПЭВМ) локальный сегмент ВС, традиционно состоит из рабочих станций, имеющих отчуждаемые и неотчуждаемые носители информации, концентраторов (многопортовых повторителей), мостов, коммутаторов и маршрутизаторов локальных сетей (коммутаторов третьего уровня). Компонентами информационной инфраструктуры являются также кабельное оборудование, обслуживающий персонал и пользователи.

На уровне локального сегмента ВС существуют следующие угрозы информации:

. искажение информации, несвоевременность доставки передаваемой информации;

. выявление характерных признаков источников сообщений;

. копирование, искажение информации в процессе ее обработки и хранения на станциях (узлах) связи в результате несанкционированного доступа к информации;

. нарушение конфигурации маршрутизаторов в результате несанкционированного доступа к операционным системам коммуникационного оборудования (маршрутизаторов) телекоммуникационных сетей;

. нарушение правил установления и ведения сеансов связи, использование уязвимых сервисов, а также другие действия, ведущие к отказу в обслуживании санкционированных абонентов, путем осуществления удаленных компьютерных атак на коммуникационное оборудование, серверы и рабочие станции;

. копирование, искажение информации, нарушение правил установления и ведения сеансов связи, использование уязвимых сервисов, а также другие действия, ведущие к отказу в обслуживании санкционированных абонентов путем несанкционированного доступа к операционным системам серверов;

. копирование, искажение информации, нарушение правил установления и ведения сеансов связи, использование уязвимых сервисов, а также другие действия, ведущие к отказу в обслуживании санкционированных абонентов путем несанкционированного доступа к операционным системам рабочих станций;

. копирование, искажение информации путем несанкционированного доступа к базам данных;

. разглашение информации.

Анализ построения современных ВС позволяет сделать вывод, что их архитектурные решения в общем случае идентичны. Они представляют собой территориально распределенные системы, объединяющие в своем составе ЛВС и отдельные компьютеры, которые осуществляют обмен данными друг с другом и могут иметь общие ресурсы и единое управление.

Для современных ВС характерны следующие особенности их построения.

.ВС имеют, как правило, распределенный характер (то есть, не ограничены одним помещением).

.Каждый узел ВС может быть либо оконечным: коэффициент связности такого узла равен единице (самый типичный пример - абонентский пункт), либо через этот узел проходит транзитный информационный обмен (условно такой узел можно назвать коммутационным).

.Внутри одного сегмента ВС используется высокоскоростная среда передачи данных, например, на основе протокола Ethernet и/или Fast Ethernet.

.информационный обмен между сегментами ВС происходит, в основном, в высокоскоростной среде передачи данных, однако, могут иметь место и низкоскоростные (например, модемные) подключения.

.Общее число информационных ресурсов ВС определяется, в основном, количеством оконечных узлов, число которых может от десятков до сотни.

.ВС могут иметь один или несколько «выходов» в открытые сети связи, либо являться их сегментами.

Информационно-вычислительные системы с перечисленными особенностями построения в настоящее время приобрели наибольшее распространение. Причем отдельными их элементами могут быть ЛВС, отдельно стоящие компьютеры и/или мобильные пользователи, получающие доступ к ресурсам корпоративной ВС по выделенным каналам связи.

В состав современных ВС входят следующие обязательные элементы их состава (рис. 1.2).

Рабочие места пользователей системы (стационарные или мобильные), с которых осуществляется одновременный доступ пользователей различных категорий и с различными привилегиями доступа к общим ресурсам ВС. Рабочие места (РМ) пользователей являются наиболее доступным компонентом ВС. Именно с них может быть предпринято большинство попыток осуществления ПДВ. Это связано с тем, что именно с рабочих мест пользователей осуществляется доступ к защищаемой информации, манипуляция различными данными и управление процессами, запуск специального программного обеспечения (ПО).

Информационные ресурсы ВС (на основе файл-серверов, серверов печати, баз данных, WEB и т. д.), которые могут быть как выделенными, так и совмещенными с отдельными рабочими станциями, и предназначены для реализации функций хранения файлов и данных, печати, обслуживания рабочих станций и других действий.

Коммуникационное оборудование (коммутаторы, шлюзы, концентраторы и т. п.), обеспечивающие соединение нескольких сетей передачи данных, либо различных сегментов одной ВС. Серверы и коммуникационное оборудование нуждаются в особой защите, как наиболее важные элементы ВС. Это связано с тем, что на серверах сконцентрированы большие массивы информации и программного обеспечения, а с помощью коммуникационного оборудования осуществляется обработка информации при согласовании протоколов обмена между различными сегментами сети. Учитывая изолированное расположение данных элементов ВС и ограниченный круг лиц, имеющих доступ к ним, случайные воздействия пользователей системы можно считать маловероятными. Однако в этом случае возникает повышенная опасность осуществления удаленных преднамеренных деструктивных воздействий на эти элементы системы с использованием ошибок в их конфигурации, недостатков используемых протоколов, уязвимостей ПО.

Рис. 1.2. Структурная модель ВС

Программное обеспечение (операционные системы, прикладное программное обеспечение и т. д.) является наиболее уязвимым компонентом ВС, т. к. в большинстве случаев, различные атаки на ВС производятся именно с использованием уязвимостей ПО.

Каналы связи (коммутируемые/выделенные, радиоканалы/проводные линии связи и т.д.) имеют большую протяженность, поэтому всегда существует вероятность несанкционированного подключения к ним и, как следствие, съема передаваемой информации, либо вмешательства в сам процесс передачи.

Кроме этого необходимо выделить в качестве классификационных признаков активные и пассивные ресурсы ВС. Активные ресурсы - это компоненты системы, которые предоставляют возможность производить действия над другими ресурсами, используя понятие сервиса, определяемого, как точка доступа к активному ресурсу для использования его функциональных возможностей по работе с пассивными ресурсами. Поведение активного ресурса в процессе его использования представляет собой последовательность действий над пассивными ресурсами и действий по взаимодействию с другими активными ресурсами или внешними объектами, использующими его сервисы.

Пассивные ресурсы - это компоненты системы, с которыми нельзя связать понятие поведения при их использовании, и их влияние на изменение состояния других ресурсов системы (хранилища данных, сегменты данных в программах, процессор, дисковое пространство, память).

Поведение активного ресурса наблюдаемо через процесс - программную компоненту системы (которая обычно является исполняемым экземпляром программы) в совокупности с неким контекстом, индивидуальным для каждого процесса. Процесс является основным наблюдаемым объектом в ВС.

Ресурсы также можно разделить на зоны, или домены: совокупности ресурсов одного типа и/или территориально расположенные вместе.

Большинству ВС присущи следующие признаки:

ВС состоит из совокупности территориально распределенных ЛВС и отдельных автоматизированных рабочих мест (АРМ). Внутри ЛВС применяется протокол канального уровня Ethernet/FastEthernet, предполагающий широковещание в пределах одного сегмента сети («общая шина»). В большинстве случаев, для повышения производительности ЛВС, в настоящий момент применяются коммутаторы, исключающие широковещание;

на сетевом, транспортном и сеансовом уровнях применяется семейство протоколов TCP/IP. В редких случаях, при использовании OC Netware и мэйнфреймов применяются стеки протоколов IPX/SPX и SNA;

протоколы прикладного уровня значительно более разнообразны и зависимы от используемых операционных систем и информационных служб. Среди наиболее распространенных можно перечислить следующие протоколы, входящие в стек TCP/IP: HTTP, FTP, Telnet, SMTP, POP3, SNMP, DNS, DHCP, SMB [3];

степень информационной открытости ВС, то есть количество разных точек сопряжения данной системы с сетями общего пользования, существенно влияет на конфигурацию средств защиты;

большинство ЛВС в ВС имеют средний размер (10-100 хостов) и состоят, как правило, из одного сегмента сети Ethernet («общая шина»). Однако по мере наращивания объема сети, получения доступа к глобальным сетям наблюдается явная тенденция к сегментации.

 

.2 Возможности злоумышленников по вскрытию информации о ВС

Условимся называть процесс вскрытия злоумышленником информации о ВС несанкционированным сбором информации.

Под несанкционированным сбором информации (НСИ) следует понимать противоправную деятельность, направленную на поиск, сбор, и анализ информации об объектах ВС и обрабатываемой в них информации.

Целью НСИ является добывание сведений о составе, структуре и алгоритмах функционирования объектов ВС, обрабатываемой в них информации, производителях, типах и версиях используемого сетевого оборудования, уязвимостях его узлов, используемых СЗИ, информации об идентификаторах и паролях пользователей, квалификации персонала и среде общения объекта ВС.

Рис. 1.3. Направления, пути и способы (средства) несанкционированного сбора информации.

Информация, добываемая в процессе НСИ, может продаваться третьим лицам или использоваться для дальнейших воздействий (например, удаленных атак или НСД) на объект. Зачастую сбор информации об объекте ВС рассматривается как один из этапов реализации атаки на объект.

На рис. 1.3. представлены основные направления, пути и способы (средства) НСИ. Как видно из рисунка НСИ может осуществляться с непосредственным обращением к объекту и без него.

Анализ объекта без обращения происходит с использованием общедоступных утилит, сервисов и специализированного ПО, изменения маршрутизации информационных потоков объекта и подмены адресов доверенных объектов, что позволяет осуществлять сбор информации об объекте в ССОП и анализировать информационные потоки объекта.

Здесь под использованием общедоступных утилит и сервисов, а также специализированного ПО подразумеваются, например:

сетевой сервис whois, позволяющий имея в наличии всего лишь сетевой адрес, или адрес подсети собирать следующую информацию об объекте ВС:

имя домена, а также имя и адрес держателя этого домена

адрес, номер телефона и e-mail домена, содержащего информацию для административных и технических связей

дату регистрации домена

дату последнего обновления записи имени домена

дату окончания регистрации домена

имя хоста и IP-адреса серверов доменов.

анализаторы трафика (sniffers), свободно доступные, либо специально разработанные, каким либо способом получающие доступ к информационным потокам объекта ВС;

различные базы данных в интернет, используемые напрямую (как whois) или путем специальных запросов (например, счетчики посещений web-страниц). Сюда относятся, например БД DNS серверов;

и другие доступные, и специально разрабатываемые средства.

Изменение маршрутизации применяется с целью, чтобы пропустить информационные потоки объекта через контролируемый злоумышленником узел ТКС, тем самым, получив возможность перехвата и анализа их содержания.

Подмена адреса доверенного объекта применяется с целью, чтобы информационные потоки, предназначенные ему, приходили злоумышленнику, опять же с целью анализа трафика.

Таким образом, злоумышленнику становится доступна информация о структуре и роли объекта ВС, его месте в общей структуре ВС и доверенных по отношению к нему объектах, а также семантическое содержание информационных потоков объекта и в частности информация об идентификаторах, ключах, паролях и элементах шифрограмм.

Сбор информации в ССОП (интернет) заключается в изучении содержимого web-ресурсов. Современные организации тем или иным образом сообщают большое количество информации о себе. Примером тому может быть контактная информация, связывающая организацию и объект ВС, информация о структуре сети организации и используемом в ней оборудовании, информация, оставляемая на тематических форумах в интернете администраторами объекта ВС и т.д. Вся эта информация может быть полезна злоумышленнику в разных целях.

В случаях, когда перед злоумышленником стоит цель произвести несанкционированные воздействия на исследуемый объект, анализ без обращения к нему применяется с разведывательными целями и является подготовительным этапом.

Анализ с непосредственным обращением к объекту может происходить двумя путями: путем внутреннего и внешнего анализа. Внутренний анализ объекта ВС - сложная задача, но и возможностей по добыванию информации дает намного больше, тогда как внешний анализ более прост, но сам он зачастую также рассматривается как подготовительный этап для осуществления дальнейших воздействий.

Внешний анализ объекта ВС также происходит с использованием общедоступных утилит, сервисов и специализированного ПО, под которыми подразумеваются, например:

простейшие утилиты и сервисы, такие как ping, traceroute, fingerprint, telnet и т. д.;

сетевые сканеры и сканеры уязвимостей, начиная от простейших и легкодоступных типа nmap, продолжая мощными дорогими продуктами от крупных производителей, типа Xspider, Nessus и Internet Security Scanner, и заканчивая специально разрабатываемыми;

Таким образом, злоумышленнику становится доступной информация о роли объекта в общей структуре ВС, используемом сетевом оборудовании, ПО, СЗИ, сетевых сервисах и их уязвимостях.

Осуществление внутреннего анализа происходит с использованием уязвимостей и недекларированных возможностей (НДВ) сетевого оборудования, ПО и сервисов, изменения маршрутизации информационных потоков объекта, подмены адреса доверенных по отношению к нему объектов, тунелирования и распространения различных программных закладок, специализированного и шпионского ПО в ССОП (интернет), что позволяет осуществлять внедрение в объект шпионского и специализированного ПО с использованием для этого НСД или без, анализ внутреннего трафика объекта (если он представляет собой локальный сегмент ВС), изучение и сканирование его узлов, анализ всевозможной информации, хранимой на узлах или являющейся их конфигурационными настройками.

Распространение программных закладок, специализированного и шпионского ПО в ССОП может осуществляться различными путями. Это может быть распространение бесплатных программ, содержащих недекларированные функции, вирусы, троянские программы и spyware, после чего пользователи объектов ВС не подозревая о «начинке» скачивают эти программы и устанавливают их на своем компьютере, тем самым добровольно становясь информаторами злоумышленника, либо отдавая под его полный контроль свою систему. Также распространение «нечисти» может осуществляться путем рассылки почты (спама), содержащего вредоносный код, или же сообщений через различные чаты и мессенджеры типа IRC и ICQ с приглашениями посетить тот или иной web-сайт. Сообщения могут быть как рекламного характера, так и пугающего. Например, очень часто пользователи интернет-пейджеров получают сообщение о том, что их компьютер заражен вредоносным кодом и им предлагают посетить web-сайт злоумышленника с целью скачать оттуда программу, позволяющую избавиться от нежелательных гостей. И, естественно, посещая этот web-сайт пользователь заражается вредоносным ПО.

Уязвимости аппаратного и программного обеспечения являются ошибками или недочетами, появляющимися на этапе разработки продукта, либо на этапе его конфигурации. Сообщения об уязвимостях операционных систем и программного обеспечения сетевого оборудования, позволяющих брать под контроль узлы и целые сегменты ВС появляются едва ли не каждый день, а неудачная конфигурация маршрутизатора позволяет злоумышленнику с легкостью перехватывать и анализировать трафик, подменять доверенные объекты и обходить средства защиты с целью проникновения в локальный сегмент ВС. Никогда нельзя быть уверенным на 100% что все возможные уязвимости вашего ПО или оборудования ликвидированы существующими патчами, заплатками или модулями.

Недекларированные возможности - это намеренно заложенные на этапе разработки в программное или аппаратное обеспечение возможности по удаленному управлению или обходу встроенных элементов защиты. Производители часто используют стандартные системные пароли для своих продуктов. Разработчики ПО вносят возможность удаленного администрирования. Каким бы ни был защищенным объект, никогда нет уверенности, что даже сертифицированный продукт не имеет НДВ, т. к. в современных условиях просто нет возможности, например, проверить десятки или более тысяч строк исходного кода программного продукта. Соответственно легко предположить, что об НДВ могут знать не только разработчики, но и злоумышленники. Таким образом, использование НДВ злоумышленником позволяет ему обходить систему защиты с целью сбора информации или осуществления воздействий.

Изменение маршрутизации информационных потоков объекта позволяет злоумышленнику, пропуская входящий трафик объекта через себя, перехватывать его и вносить изменения. Если это, например управляющий трафик, то целью изменений может быть воздействие на объект с целью получить от него информацию. Если же перехвачен не управляющий трафик, целью может быть внесение в него дополнительной составляющей, например вредоносного ПО.

Подмена адреса также позволяет воздействовать на объект через трафик но, не пропуская через себя трафик от доверенного объекта, а выдавая себя за него.

Туннелирование позволяет злоумышленнику обходить средства защиты, фильтрующие трафик на входе в объект ВС. К примеру, межсетевой экран настроен так, что извне через него могут проходить только запросы к web-серверу, т. е. на 80 порт. Злоумышленник же может использовать запросы к web-серверу с инкапсулированными в них запросами другой направленности. Запросы к web-серверу после прохождения межсетевого экрана будут обращены к web-серверу, а инкапсулированные запросы будут обращены к цели воздействия.

Внедрение шпионского и специализированного ПО может осуществляться с целью слежения за активностью на объекте ВС, перехвата обрабатываемой в нем информации (семантическая составляющая, информация об идентификаторах и паролях пользователей, о самих пользователях), сбора информации об узлах объекта, с целью сокрытия текущей деятельности злоумышленника и «заметания» следов осуществленной деятельности.

Несанкционированный доступ на объект в рамках НСИ является в большей части этапом, необходимым в целях осуществления дальнейших действий, производимых над самим объектом, например для внедрения специализированного ПО на узлы объекта, либо в целях использования объекта в качестве плацдарма для дальнейших действий, например для воздействий на доверенный по отношению к компрометированному объект.

Анализ внутреннего трафика объекта ВС происходит после осуществления НСД и внедрения специализированного ПО. Под специализированным ПО здесь следует понимать анализаторы трафика (sniffers). Именно они после установки на скомпрометированный узел объекта ВС позволяют перехватывать внутренние информационные потоки объекта, после чего, либо массивы собранной информации просматриваются злоумышленником удаленно, либо необходимая информация автоматически выделяется из них и передается ему. Анализ трафика позволяет добывать сведения о ролях узлов объекта ВС, трафик которых был перехвачен, интенсивности информационных потоков, топологии объекта как локального сегмента ВС, его области деятельности и установленном сетевом оборудовании и ПО, а также осуществлять анализ семантической составляющей информационных потоков объекта и перехватывать идентификаторы и пароли пользователей.

Сканирование узлов объекта ВС также осуществляется после осуществления НСД и внедрения специально разработанных или существующих сетевых сканеров и сканеров уязвимостей. Такое программное обеспечение позволяет идентифицировать типы узлов, их оборудования, функционирующих на них операционных систем, сетевых служб и открытых портов; установленное на узлах ПО и СЗИ, а также их уязвимости.

Анализ информации, хранимой и обрабатываемой на узлах объекта ТКС, может осуществляться, как сказано выше, путем внедрения шпионского и специализированного ПО, такого как spyware, троянские программы, перехватчики паролей и т.д., что позволяет идентифицировать роль узла и его пользователей, осуществлять семантический анализ обрабатываемой информации и перехватывать идентификаторы и пароли пользователей.

 

.3 Существующие способы и методы защиты ВС

В настоящий момент существует множество средств и методов защиты семантической (т.е. обрабатываемой) информации, таких как средства закрытия обрабатываемой информации с применением криптографии и средства разграничения доступа к ней (механизмы идентификации, аутентификации и средства МЭ), средства антивирусной защиты и системы обнаружения атак, средства закрытия информации, передаваемой по каналам связи, основанные на криптографическом закрытии трафика (виртуальные частные сети).

Задачи, выполняемые перечисленными средствами и методами защиты, известны и подробно раскрыты в многочисленных публикациях на тему защиты информации, поэтому не имеет смысла на них останавливаться.

При условии, что такие средства защиты действительно полноценно выполняют свои функции, а также не имеют уязвимостей и НДВ, можно сказать, что проблема защиты семантической информации, и в частности защиты от доступа к ней посредством проникновения в ВС или ее перехвата в процессе передачи по каналам связи, проработана на данный момент достаточно качественно.

Наиболее перспективными являются средства защиты, интегрирующие в себя большинство перечисленных механизмов, например виртуальные частные сети, основанные на межсетевых экранах, применяющие стойкие алгоритмы шифрования и протоколы идентификации/аутентификации.

Определенно нет методов и средств противодействия в направлении защиты синтаксической информации - информации о составе, структуре и алгоритмах функционирования ВС. Известны лишь попытки создания так называемых обманных систем или ложных информационных систем (ЛИС), представляющих собой средства для развертывания и подключения к ВС обособленных ПЭВМ или ЛВС (реальных или виртуальных) [4]. В основном целью разработки и применения таких систем является изучение и анализ поведения злоумышленников в реальных сетях для дальнейшей разработки методов и средств защиты.

 

.4 Направления совершенствования технических решений, постановка задачи на поиск новых технических решений

 

Проведенный анализ условий функционирования современных ВС в совокупности с анализом возможностей злоумышленников по вскрытию информации о ВС и противостоящих им средств защиты, позволил сделать вывод, что наиболее актуальной задачей в защите информации на данный момент является задача скрытия синтаксической информации о ВС (информации функционирования и развития).

Необходимость скрытия и управления синтаксической информацией не вызывает сомнения, т.к. владея ей злоумышленник может добывать другую информацию (например семантическую), осуществлять удаленные деструктивные воздействия и вторжения в ВС, а также осуществить деструктивные воздействия на промежуточное телекоммуникационное оборудование ССОП, с целью нарушить нормальное функционирование распределенных ВС.

Анализ современной отечественной литературы [5, 6, 7, 8] показал, что существующие на сегодняшний день подходы к защите информации не решают сформулированной задачи.

Таким образом, перспективными в настоящий момент можно считать следующие задачи [9, 10]:

управление характерными признаками элементов ВС, и их информационного обмена (имитация служб, портов, баннеров, подмена характерных признаков в трафике (почта, ОС));

управление структурой ВС (введение ложных элементов, оживление и смешивание структуры, развязка структуры распределенной ВС и ее системы управления);

организация маскирующего обмена в ВС (выравнивание трафика, скрытие канала, смещение акцента на ложные элементы, смещение интенсивности по времени суток).

Для достижения наибольшего эффекта необходимо осуществлять деятельность по всем направлениям и задачам одновременно. Наиболее же перспективным и главным направлением следует считать управление структурой ВС (динамическое масштабирование ВС), т.к. информация о ней, прежде всего, необходима для осуществления сбора остальных сведений.

Таким образом, результаты анализа, проведенного в первом разделе работы, позволили сформулировать задачи на дипломное проектирование:

. Разработать модель процесса вскрытия ВС злоумышленниками и показать взаимосвязь его основных этапов.

. На основе выявленных в процессе разработки модели процесса вскрытия ВС существенных свойств детализировать модель ВС.

. Разработать механизмы динамического масштабирования ВС и оценки их эффективности.

. Разработать алгоритмы динамического масштабирования ВС.

Проанализированы структура типовой ВС и структурная модель угроз информации в ВС.

Описаны возможности злоумышленников по вскрытию информации о ВС.

Проанализированы существующие способы и методы защиты ВС и сделаны выводы об отсутствии средств защиты информации о ВС.

Определены перспективные задачи по защите ВС и направления совершенствования технических решений по защите распределенных ВС.

Сформулированы задачи на дипломное проектирование.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ДИНАМИЧЕСКОГО МАСШТАБИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

 

.1 Модель процесса вскрытия вычислительной сети и взаимосвязь основных его этапов

Цель создания модели - формализовать модель угроз ВС, причем под угрозами необходимо понимать совокупность условий и факторов, которые в результате интеграции ВС и ЕСЭ РФ определяют совокупность требований к ВС и процессам (системе) ее защиты.

Суть создания модели в широком смысле заключается в исследовании процесса вскрытия ВС злоумышленником.

Наиболее близким фундаментальным аналогом процесса вскрытия является процесс познания. Теория познания (гносеология) - область философского исследования [11]. Однако потребности практики диктуют необходимость изучения процессов познания в предметной области защиты информации. Это связано как с сущностью процессов вскрытия, так и с личностным характером принятия решений злоумышленником. Философский анализ здесь должен быть дополнен и усилен специальными (интеллектуальный анализ/ data mining) и общенаучными методами исследования (теория информации).

Объекты защиты (ВС) и их деятельность обладают демаскирующими признаками (ДМП). Суть процесса вскрытия ВС злоумышленником заключается в познании объекта защиты, т. е. построении модели ВС по конечному набору ДМП.

Познание представляет собой активный процесс, при котором происходит непрерывный синтез моделей и их коррекция. Перестройка моделей отвечает всем признакам управления, а в любом процессе управления неизбежно возникает задача идентификации.

Задача идентификации параметров и структуры объекта возникает у злоумышленника как при построении моделей объекта познания, так и при синтезе и реализации плана управления им (целенаправленного воздействия). Кроме этого адекватность созданных моделей подтверждается именно возможностью управления, как частного случая любого целенаправленного изменения. Да и понятие управления применимо к операциям с моделями, например, при синтезе одних моделей из других (управление созданием моделей).

Основными задачами идентификации, входящей в комплекс общих проблем, связанных с познанием (моделированием), являются установление взаимной связи и обусловленности объектов познания, анализ их структуры и функций. Идентификация - одна из частных задач математического моделирования, когда модель строится по результатам, полученным в условиях нормального (отличного от возбужденного) функционирования объекта в естественных условиях (в штатном режиме функционирования).

Анализ показывает, что адекватность модели достигается за счет гомоморфного отображения объекта, иначе (при изоморфизме) происходит переполнение злоумышленника избыточной информацией, и он не может продуктивно работать. То есть вскрытие злоумышленником ВС представляет собой процесс ограничения (редукции) разнообразия и порождает инварианты объекта познания. Интеллектуальный анализ и обобщение таких инвариантов позволяет формировать конечный продукт разведки - модель ВС.

Любой объект или процесс представляет собой ограничение разнообразия [11]. Их устойчивые свойства, отношения и т. п., сохраняющиеся в ходе каких-то преобразований, называют инвариантами. По отношению к «разнообразию вообще» инварианты представляют собой результат двойной редукции разнообразия: выделение из среды объекта познания; выделение устойчивых свойств и отношений (инвариантов) объекта. Например: ЕСЭ → ВС → Структура ВС. В данном случае структура выступает как инвариантный аспект ВС.

В процессе разведки выделяют два главных момента, имеющих смысл двух противоположных принципов познания:

) ограничение (редукция) разнообразия;

) порождение (генерация) разнообразия.

Редукция в процессе управления - это акт выбора одного из вариантов управления. Генерация разнообразия проявляется во множестве допустимых управлений. Под управлением в данном случае следует понимать процесс формирования инвариантов и модели ВС.

Модельный подход к процессу вскрытия позволяет раскрыть некоторые стороны познавательной деятельности злоумышленника и его взаимодействия с ВС как гностической системы. Гностическая система - это система, которая:

а) отражает ВС в виде некоторых исходных образов-моделей (инвариантов), каковыми являются первичные образы - отображения ВС в основном по прямым ДМП (первичный синтез).

б) осуществляет дальнейший синтез моделей из инвариантов на уровне абстрактного мышления (вторичный синтез). При вторичном синтезе в основном применяются механизмы интеллектуального анализа и обобщения с использованием косвенных ДМП.

Модели второго уровня могут создаваться только на основе первичных моделей. Синтез моделей в процессе познания, с точки зрения формального аппарата отображения, является операцией с гомоморфизмами. Процесс вторичного синтезирования моделей представляет собой своеобразную композицию (как систему операций) сложных моделей-образов из более простых.

Таким образом, в процессе разведки возможно создание целого множества инвариантов сложного объекта относительно различных его свойств. По отношению к различным свойствам ВС можно выделить несколько групп инвариантов, необходимых для синтеза адекватных моделей. Группы инвариантов позволяют получать различные гомоморфные отображения объекта относительно его общих свойств, устойчивых к преобразованиям. Это связано с тем, что отдельные инварианты могут иметь назначение, отличное от других, что позволяет при их построении отсекать некоторые несущественные элементы отображения объекта в целях уменьшения избыточности инварианта. Основными группами таких инвариантов являются (рис. 2.1): инварианты состава ВС, ее структуры и алгоритмов функционирования [12].

К инвариантам состава ВС можно отнести: множества узлов ВС, оборудования, которым представлены узлы и установленного на узлах ПО.

Множество узлов отображает элементы СС, входящие в состав СС или ее отдельной части, прямыми ДМП которых являются их идентификаторы (логические и/или физические адреса). Процесс формирования такого множества может включать в себя: сканирование адресного пространства на предмет отклика существующих узлов (например, при помощи утилиты ping); анализ информационных потоков (ИП) на предмет выделения из заголовков пакетов сообщений идентификаторов корреспондирующих субъектов или перехвата таблиц маршрутизации (путем подмены адреса, перенаправления информационных потоков или использования НДВ телекоммуникационного оборудования).

Множество оборудования отображает типы физического оборудования, которым представлены узлы ВС (ПЭВМ, межсетевой экран, маршрутизатор, коммутатор и т. п.), марки его производителя и версии оборудования. Демаскирующими признаками оборудования узла являются ПО, установленное на нем, запущенные на нем службы и открытые порты, отображаемые оборудованием в ответ на запросы баннеры и приглашения, а также трафик узла. Процесс формирования такого множества подразумевает под собой активное сканирование идентифицированных узлов и анализ их трафика (адреса отправителей в IP-заголовках пакетов сообщений позволяют определить является ли узел конечным или промежуточным, а другие поля заголовков - службы, порты и ПО).

Рис. 2.1. Поэтапное формирование модели ВС злоумышленником

Такая информация необходима для определения типа узла (терминал, сервер, коммутационная платформа).

Множество программного обеспечения отображает виды и версии ПО (прикладное и сетевое ПО, ОС), установленного на узлах ВС (как на терминалах, так и на телекоммуникационном оборудовании). Множество ДМП, таких как баннеры и приглашения на вход, запущенные службы и открытые порты, отзывы на запросы и поля заголовков пакетов сообщений, позволяют с высокой достоверностью определять тип ОС и используемое ПО, идентифицировать конфигурационные настройки и уязвимости. Формирование множества ПО подразумевает под собой активные методы разведки (сканирование) и включает в себя информационные воздействия на объект, а также анализ трафика узла.

К инвариантам структуры ВС можно отнести схему информационных связей между узлами ВС, собственно структуру ВС и ее топологию.

Схема информационных связей отображает наличие ИП между узлами ВС или ее отдельной части. Прямыми ДМП информационных связей являются наличие ИП в канале связи и идентификаторы корреспондирующих узлов в заголовках пакетов сообщений. Формирование схемы осуществляется путем перехвата ИП в различных точках ВС (за счет подмены адреса, перенаправления информационных потоков или использования НДВ телекоммуникационного оборудования) и дальнейшего выделения идентификаторов корреспондирующих узлов из заголовков пакетов сообщений.

Структура ВС отражает собственно узлы ВС и связи между ними. Множество узлов ВС и схема информационных связей могут заимствоваться из соответствующих построенных ранее инвариантов. Помимо этого формирование структуры ВС возможно путем получения доступа (НСД к телекоммуникационному оборудованию или перехват ИП) к таблицам маршрутизации и путем ведения активной сетевой разведки. Активная разведка может вестись при помощи дополнительных возможностей утилиты ping (например, путем задания специальных параметров ping позволяет просмотреть маршрут - список узлов, по которому проходил пакет с запросом до указанного узла), при помощи специализированных утилит, а также при помощи других методов разведки (например, поиск информации о структуре в информационных ресурсах ССОП). Информация о пройденном маршруте от активной сетевой разведки может также сопоставляться с информацией об оборудовании, которым представлены узлы.

Топология ВС предоставляет информацию о топологическом расположении узлов ВС, т. е. отражение структуры ВС на местности (карте). Прямым демаскирующим признаком и в этом инварианте является идентификатор узла, по которому возможно отнести узел к тому или иному городу и даже определить его местоположение на карте города. Так, например, информационные ресурсы ССОП предоставляют полную информацию о принадлежности определенных диапазонов IP-адресов конкретным операторам связи и городам. При помощи сетевого сервиса whois можно по идентификатору узла получить информацию об адресе его расположения (почтовый адрес организации, где расположен узел) и другую информацию - такую, например, как телефон организации. Телефон организации также можно получить при помощи анализа почтовых заголовков электронной почты, отправляемой с данного узла. А по телефону опять же можно узнать адрес организации. Таким образом, рассматриваемый инвариант представляет собой отображение структуры ВС на местности (карте) (см. пример на рис. 2.2).

И, наконец, к инвариантам алгоритмов функционирования ВС можно отнести: интенсивность информационного обмена узлов СС и протоколы их взаимодействия, множество функций узлов СС и их иерархическую структуру.

Интенсивность информационного обмена узлов ВС отображает информацию о сетевой активности отдельных узлов и ВС в целом (в соответствии со временем суток).

вычислительный сеть информационный масштабирование

Рис. 2.2. Пример отображения структуры ВС на местности

Первичным демаскирующим признаком в этом случае также являются идентификаторы корреспондирующих субъектов. Этот инвариант позволяет на схеме информационных связей или на структуре ВС отметить направления наиболее интенсивного информационного обмена, выделяя тем самым наиболее важные и наиболее активные узлы. Также в данном инварианте учитывается интенсивность информационного обмена в соответствии с оперативным фоном. Формирование инварианта осуществляется путем перехвата и анализа ИП.

Протоколы взаимодействия узлов ВС - инвариант, отображающий информацию о применяемых узлами ВС протоколах информационного обмена (управляющий трафик, передача данных, голоса, видео). Прямыми ДМП применяемых протоколов взаимодействия являются содержание полей заголовков и поля данных пакетов сообщений, а формирование инварианта осуществляется путем перехвата и анализа ИП. Так, например, поля «Порт отправителя» и «Порт получателя» в TCP-заголовке пакета сообщений, или поле «Протокол верхнего уровня» в IP-заголовке сообщают об используемой сетевой службе или ПО, о применяемом протоколе прикладного уровня. А зашифрованная часть с данными в пакете говорит о применении шифрования для скрытия секретной информации.

Функции узлов ВС - инвариант, отображающий особенности узлов относительно выполняемых ими в ВС функций. Демаскирующими признаками функций узлов являются их сетевая активность, тип оборудования, количество сетевых служб и применяемые протоколы взаимодействия, трафик узла. Например, наличие информационных связей со многими узлами в ВС и большая сетевая активность, управляющий трафик и частые циркулярные вызовы, а также определенные протоколы взаимодействия отражают функциональное назначение узла. Чем важнее узел и чем больше функций на него возлагается, тем более «продвинутое» оборудование на нем установлено. О функциональном назначении узла много может сообщить установленное на нем ПО, активные сетевые службы и открытые порты. В случае, когда узел является промежуточным телекоммуникационным оборудованием это можно выяснить путем анализа его трафика (выделения из него идентификаторов отправителей пакетов). Если ИП, исходящие от узла имеют различные идентификаторы отправителей, значит, узел не является конечным.

Уровни иерархии (ранги) узлов ВС отражают иерархию отношений узлов в ВС. Демаскирующими признаками, по которым строится иерархическая структура узлов в ВС, являются функции узлов, наличие управляющего трафика и информационных связей один ко многим, частые циркулярные (широковещательные) вызовы и место в общей структуре ВС. Данный инвариант является результатом обобщения и интеллектуального анализа информации, получаемой при формировании других инвариантов. Также этот инвариант отражает структуру системы управления, в интересах которой существует ВС.

Помимо того, что формирование инвариантов имеет своей целью отразить отдельные свойства изучаемой системы, инварианты также дают возможность изучать ее по частям. Например, ВС по отдельным регионам (Москва и Санкт-Петербург на рис. 2.2). А сопоставление нескольких инвариантов в единую модель дает представление о свойствах и параметрах ВС в целом.

Необходимо отметить, что процесс формирования инвариантов ВС и ее моделей включает в себя не только прямое отображение параметров по ДМП, но также их обобщение и интеллектуальный анализ, причем такое обобщение происходит сверху вниз (см. рис. 2.1 и рис. 2.3).

Рис. 2.3. Иерархия инвариантов ВС с точки зрения процесса вскрытия ее злоумышленником

Например, не имея адекватного инварианта множества узлов ВС и представления о физических или логических связях между узлами невозможно получить адекватную структуру ВС, также как множества оборудования или ПО могут быть построены только применительно к идентифицированным узлам. Также важно, что построение новых инвариантов позволяет уточнять уже существующие.

Следовательно, обобщение и интеллектуальный анализ множества инвариантов состава ВС позволяет сформировать соответствующую модель - модель состава ВС. Инварианты структуры ВС позволяют сформировать модель структуры ВС. Инварианты алгоритмов функционирования позволяют сформировать две модели: модель информационного обмена ВС, отражающую особенности информационного взаимодействия узлов в ВС, и оперативную модель ВС, отражающую функциональные особенности и иерархию узлов в ВС. Обобщение и анализ таких моделей позволит сформировать конечную модель - результат познания - адекватное отображение ВС.

Из сказанного следует вывод, что инварианты состава, структуры и алгоритмов функционирования как результат редукции разнообразия информации о ВС позволяют злоумышленнику построить адекватную модель ВС и отображают ее наиболее важные и устойчивые свойства. При этом преемственность инвариантов (как в группах, так и между группами) и моделей сверху вниз (см. рис. 2.1) говорит о том, что адекватность конечной модели зависит не от полноты конкретных инвариантов, а от полноты их возможного множества. То есть для построения адекватной модели не-обходима и редукция и генерация разнообразия. Такой подход не только не противоречит исходным теоретическим предпосылкам, но и подтверждает их. Таким образом, адекватность будущей модели закладывается на уровне первичного синтеза при формировании инвариантов, для которых нет необходимости в дополнительной информации и дополнительных измышлениях кроме наличия прямых ДМП, а на уровне вторичного синтеза при осуществлении обобщения и интеллектуального анализа инвариантов (моделей) с применением косвенных ДМП.

2.2 Конфликт в информационной сфере между субъектом и объектом познания

Задачей управления со стороны злоумышленника является организация такого воздействия U, которое обеспечило бы перевод объекта (ВС) в требуемое состояние [11], т.е.:

Y’= Y^*.

Это означает, что объект надо перевести в состояние Y*. Причем речь идет не о действительном состоянии объекта Y, а о видимом злоумышленником состоянии Y’, которое скорее всего не совпадает с действительным (не полностью отражает его).

Объект связывает свой вход, управление и выход определенным образом:

,

где Х - состояние среды, с которой взаимодействует объект,

Y - модель объекта,

U - управляющее воздействие,

F - оператор объекта, позволяющий строить образы объекта.

До сих пор рассматривалась ситуация изучения злоумышленником пассивной ВС, в процессе которого злоумышленник создает модель ВС, т.е. познает ее. При этом ВС если и меняет свои свойства, то в результате собственной эволюции и внешних факторов, к которым относятся и воздействия злоумышленника на ВС (т.е. попытки растормошить объект чтобы он проявил какие-либо свои свойства или деструктивные воздействия). Однако реакция ВС на воздействия в таком случае неактивна и не зависит от целей злоумышленника. В этом и состоит существенная сторона и простота ситуации при вскрытии пассивного объекта.

Однако с точки зрения рефлексивного взаимодействия необходимо предусмотреть систему противодействия, которая будет активно взаимодействовать со злоумышленником. Получаемое в результате сопротивление будет провоцировать конфликт.

Активность ВС заключается в том, что она имеет свою собственную цель Y_O*, отличную от цели злоумышленника Y*, т.е.

Y_O^*¹ Y^*,

и во имя реализации этой цели СВС с помощью СПДКР может искажать сведения о своей реакции на ситуацию X и управление злоумышленника U путем целенаправленного воздействия U_О на датчики ситуации и своего состояния D₁ и D₂ (рис. 2.4) [11].

Рис. 2.4. Модель активного взаимодействия злоумышленника и ВС

Таким образом, ВС в лице системы противодействия выступает в роли управляющего устройства и активно воздействует на злоумышленника путем целенаправленного искажения информации о своей среде и своем состоянии. Объектом управления со стороны активного объекта (ВС) является подсистема сбора информации злоумышленника D₁ и D₂.

Формализуем эту задачу. Пусть F - оператор объекта, а F' - модель этого оператора, получаемая КР, т.е.

Злоумышленник желает синтезировать модель F', которая бы позволила ей реализовать в ВС свою цель Y* при соответствующем выборе управления U*:

ВС же, воздействуя на D₁ и D₂, стремится выдать злоумышленнику такую информацию X' и Y', чтобы управление, синтезированное на базе этой информации, не мешало ему реализовать собственную цель, т. е.

Значит, на стадии синтеза модели F' одновременно решаются две взаимосвязанные задачи. С одной стороны, злоумышленник синтезирует модель ВС по своим наблюдениям:

с другой стороны, ВС в лице системы противодействия, воздействуя на датчики исследователя, добивается собственной цели:

где X’=D1X,

Y’=D2Y;

W - множество допустимых моделей, используемых злоумышленником;

Y - множество допустимых управлений датчиками, используемое ВС.

А на стадии управления в рамках информационного противоборства злоумышленник и ВС также решают разные задачи:

Таким образом, на стадии синтеза модели ВС располагает очень большими возможностями, чтобы спровоцировать о себе «мнение» F', которое на стадии управления, когда возможности ВС сужены, будет ей использовано для того, чтобы осуществить собственную цель [11].

Следовательно, активность ВС может препятствовать адекватному ее познанию и управлению ей. Злоумышленник не догадывается об активности (рефлексивной деятельности) ВС и действует так, как будто перед ним пассивная ВС - хотя и «коварная» в смысле трудностей ее познания, но не ведущая никакой игры. Такая «наивность» злоумышленника может эффективно использоваться системой противодействия ВС.

На стадии управления, когда злоумышленник должен получить какой-то реальный эффект от управления U* (а не информацию о том, что эффект имеет место), он его не получит, так как СВС находится не в том состоянии, которое требует злоумышленник.

Следует вывод о необходимости в целях защиты информации о ВС и защиты самой ВС влиять на процессы первичного и вторичного синтеза модели ВС путем управления ДМП состава, структуры и алгоритмов функционирования ВС и ее узлов, а также путем рефлексивного воздействия на злоумышленника за счет формирования у него устойчивых ложных стереотипов о построении ВС и корреляции ее структуры со структурой системы управления, в интересах которой функционирует ВС.

2.3 Модель ВС с точки зрения процессов вскрытия ее злоумышленником

Исходя из п. 2.1, где было выявлено, что адекватность конечной модели ВС у злоумышленника существенно зависит от адекватности этапа синтеза первичной модели, т.е. от правильного отображения в этой модели наиболее устойчивых первичных свойств объекта, основным свойством такой модели будет структура ВС, т.е. совокупность элементов (узлов) ВС и связи между ними.

Наиболее удобное и полное описание структуры сети (ВС) достигается представлением ее в виде графа G(U,V), множество вершин которого U={u₁, u₂,…,u_N}, а множество ребер V={v_ij}, где i,j=1..N, а N - количество вершин сети [13]. Каждому элементу v_ij множества V ставится в соответствие вполне определенная пара {u_i,u_j}ÎU. В свою очередь, каждому элементу u_i ставится в соответствие определенный узел ВС, а элементу v_ijÎV - определенная ветвь ВС (канал связи). Пример такого описания структуры ВС графом представлен на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Пример изображения структуры ВС в виде графа

Граф принято называть связным, если любая пара его вершин соединена простой цепью [14]. Для вычислительных сетей, математической моделью которых являются графы, свойство связности может быть сформулировано в следующем виде: вычислительная сеть называется связной, если в ней может быть найден хотя бы один прямой или транзитный маршрут между каждой парой узлов сети. Полносвязным графом называют граф, в котором любая пара вершин смежна.

Степенью вершины d(u) называют количество ребер, смежных с этой вершиной.

Исходя из анализа, проведенного в п.1.1 в распределенных ВС можно выделить два типа узлов: терминальные узлы, представляющие собой ПЭВМ пользователя или ЛВС, и транзитные узлы (телекоммуникационное оборудование, которое в большинстве своем относится к телекоммуникационной системе, посредством которой объединяются терминальные узлы).

Поскольку подключение нескольких каналов связи к терминальному узлу ВС экономически нецелесообразно, каждый такой узел имеет связь только с одним транзитным узлом. Напротив, для обеспечения качества связи и надежности сетей, транзитные узлы обычно имеют не меньше двух связей между собой (две связи - минимальное количество необходимое транзитному узлу для выполнения своих функций по передаче информации).

С учетом этих ограничений множество вершин U графа G можно разбить на два подмножества по признаку их связности.

U = {u₁, u₂,…,u_k}È{u_k+1, u_k+2,…,u_N},

где 1≤k≤N, а степень вершин d(u_1..k)=1 (терминальные узлы), и u_(k+1)..N d(u_(k+1)..N)≥2 (транзитные узлы). Вершины со связностью равной единице называют обычно висячими вершинами.

Транзитные узлы не обладают такими мощными защитными механизмами как терминальные, и вообще они как раз и используются для перехвата трафика терминальных узлов распределенной ВС злоумышленниками. Поскольку под злоумышленником можно понимать не просто хакера-хулигана, а например террористическую организацию или разведку иностранного государства, можно считать, что его ресурс не очень ограничен. Следовательно, процесс вскрытия структуры ТКС, посредством которой осуществляется объединение узлов РВС считаем состоявшимся, т.е. злоумышленнику уже известна или легко доступна информация о структуре, образуемой транзитными узлами. К тому же нет возможности в целях управления структурой распределенной ВС изменять структуру ТКС.

Учитывая все выше сказанное для создания модели ВС можно ограничиться рассмотрением только терминальных узлов. Для этого необходимо снять ограничение на степень висячих вершин графа и заменить все цепи, связывающие какую либо пару таких вершин одним ребром, а все вершины, которые были в исходном графе транзитными удалить, как это представлено на рис. 2.6. Изображенный на рисунке граф является преобразованным из графа на рис. 2.5. В изображенном на рис. 2.6 графе каждая вершина является собственным (т.е. не принадлежащим ТКС) узлом, а связи между узлами проходят напрямую (т.е. связи точка-точка). Управление параметрами узлов такого графа и позволит решить задачу управления структурой (динамического масштабирования) ВС.

Такое преобразование кроме остальных преимуществ позволяет существенно снизить вычислительную сложность дальнейших задач применительно к сложным сильно разнесенным распределенным ВС.

Однако как это видно из рис. 2.6 граф ВС, прошедший через такое преобразование является полносвязным, т.е. между любой парой его вершин есть ребро, что отражает наличие связи между ними и не противоречит действительности. При этом отсекается только информация о маршруте между этими вершинами. С точки зрения многих задач для сетей, решаемых на графах, таким образом, теряется важная информация, однако в данном случае это не так, поскольку для этой задачи неважно, на каком из маршрутов, и в каком узле был осуществлен перехват информации.

Рис. 2.6. Пример преобразованного графа, содержащего только собственные вершины ВС

Кроме отображения в виде графа структуру ВС удобно задавать в виде матриц. Матрица смежности вершин графа А позволяет описать соединения узлов сети друг с другом. При условии равнодоступности маршрутов в ветвях она является симметричной квадратичной матрицей порядка N.

A = |a_ij|.

Каждый элемент a_ij матрицы А равен (i ≠ j)

a_ij = 1, если узлы u_i и u_j связаны,

a_ij = 0, если узлы u_i и u_j не связаны.

Матрица связности графа ВС, изображенного на рис. 2.5 выглядит следующим образом:

A=

Так как представленный на рисунке граф не имеет ребер исходящих и завершающихся в том же узле (нет петель), диагональные элементы a_ij (i = j) матрицы равны нулю. Собственно в ВС абсолютно нет смысла создания таких петель.

Таким образом, все элементы матрицы связности преобразованного графа изображенного на рис. 2.6 кроме входящих в диагональ будут равны единице.

A=

Необходимо отметить, что ни граф ВС, полученный в результате такого преобразования, ни отображающая его матрица связности еще не дает полноценного описания ВС. Это связано с тем, что до сих пор не учтены три важных параметра ВС, относящихся к первичным признакам: наличие информационных потоков между узлами ВС, их интенсивность и направление.

Для того чтобы учесть в модели ВС первый признак - наличие информационных потоков следует исключить из полносвязного графа сети те ребра, между вершинами которых не осуществляется информационный обмен. Наличие или отсутствие информационного обмена между узлами ВС зависит от иерархии узлов в системе управления, в интересах которой существует ВС, и решаемых различными узлами совместных задач, т.е. от текущих «производственных» процессов решаемых ВС. Для этого как показано на рис. 2.7 удалим из графа ребра, в которых отсутствует информационный обмен между узлами. Точно таким же образом в матрице связности следует заменить единичные элементы на нулевые.

Рис. 2.7. Пример графа отображающего ВС с учетом информационных потоков

На рис. 2.7 изображен граф, отображающий ВС с учетом существующих в ней информационных потоков.

На рис. 2.8 изображен тот же граф, что и на рис. 2.7, но преобразованный за счет перемещения вершин для более легкого его визуального восприятия.

Рис. 2.8. Пример графа отображающего ВС с учетом информационных потоков в упрощенном виде

Матрица, отображающая такой граф, выглядит следующим образом:

A=

До сих пор рассмотрению подвергались только неориентированные графы, т.е. графы, в которых для ребер не было задано направление информационного обмена по ним. Так как в ВС имеют место быть направления информационных потоков необходимо учитывать и их. В ориентированных графах для этого на концах ребер стрелками указывают направление информационных потоков.

При указании направления информационных потоков необходимо учесть следующие их важные свойства. Информационный обмен между двумя узлами сети в одном направлении может быть больше чем в обратном, также как и между разными парами узлов. Следовательно, в модели необходимо учитывать интенсивности l_ij информационных потоков между i-ым и j-ым узлами ВС в обоих направлениях (от i-ого к j-ому и наоборот).

Величиной измерения интенсивности l может быть единица объема передаваемой информации k за единицу времени t:

.

Кроме того, необходимо учесть следующую особенность. Большинство существующих на сегодняшний день стандартизованных протоколов сетевого взаимодействия и клиент-серверных приложений опираются на транспортный протокол модели ЭМВОС - TCP (Transport Control Protocol). Протокол ТСР является протоколом с установлением соединения, что указывает на наличие двустороннего обмена за счет появления технологического трафика. Кроме того, для определенных нужд сами приложения могут порождать двусторонний обмен. Однако, как правило, при этом основной объем трафика передается только в одном направлении, а объем технологического трафика, передаваемого в обратном направлении, может составлять ничтожную долю от основного. В связи с этим, при сравнительно больших промежутках времени t и несущественных объемах технологического трафика в обратном направлении, интенсивность l на этом направлении будет стремиться к нулю (l®0).

Поскольку об этой особенности знает и злоумышленник, в создаваемой им модели распределенной ВС близкая к нулю интенсивность информационного потока, скорее всего, будет рассматриваться как его отсутствие. Это рассуждение позволяет и в разрабатываемой модели отказаться от учета технологического трафика.

Таким образом, с учетом дополнительных признаков можно построить новую модель ВС в виде графа и матрицы. На тех ребрах, где информационный обмен существует, укажем его направление (в одну или в обе стороны). При этом на конце каждого ребра, входящего в какую-либо вершину, при наличии входящего в нее информационного потока указываем ее интенсивность (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Пример графа отображающего ВС с учетом направлений информационных потоков

Такой граф будет полносвязным только в том случае, когда все узлы ВС действительно постоянно осуществляют между собой информационный обмен. Вероятность такой ситуации тем меньше, чем больше количество узлов в ВС и чем больше количество уровней иерархии в системе управления, в интересах которой функционирует ВС. Более того, если какой либо из узлов ВС не проявит себя в информационном обмене с другими узлами за заданный промежуток времени отображающая его в графе вершина вообще станет обособленной.

В случае с матрицей заменим элементы a_ij матрицы связности графа A интенсивностями информационных потоков l_ij. При этом как указано выше сравнительно малые интенсивности, относящиеся к технологическому трафику, будут заменены нулями.

A=

Очевидно, что такая матрица уже не обязательно будет симметричной относительно своей диагонали, а скорее всего не будет такой.

Таким образом, полученная модель ВС, отображает следующие важные свойства ВС и ее узлов:

количество узлов ВС;

количество информационных направлений в ВС (информационных связей между узлами ВС и их направлений);

количество информационных направлений каждого отдельного узла (степень вершины);

интенсивности информационных направлений каждого отдельного узла и ВС в целом.

Представленный подход к созданию модели ВС обладает целым рядом достоинств. Сюда, прежде всего, стоит отнести [15]:

простой физический смысл;

применимость к широкому классу графов (сетей);

использование относительно простого математического аппарата для дальнейших расчетов;

сравнимость решений и хорошая наглядность результатов.

2.4 Разработка механизмов динамического масштабирования ВС и оценка их эффективности

В п. 2.2 сделан вывод о необходимости управления параметрами и структурой ВС в целях формирования ложной модели ВС у злоумышленника. В п.п. 2.1, 2.3 обоснован перечень параметров ВС и ее структуры, которые необходимо подвергнуть управлению в этих целях. Разработанная модель ВС позволяет описать ВС в терминах этих параметров. Следовательно, управление параметрами ВС в рамках данной модели позволит достичь сформулированной цели.

Для выполнения поставленной задачи необходимо сформировать механизмы управления ВС и оценки эффективности получаемых решений.

Основными направлениями решения задачи являются динамическое масштабирование ВС (управление структурой) и коррекция такого параметра ВС как интенсивность информационных направлений.

Первое направление за счет увеличения количества узлов ВС позволит существенно изменить представление о ВС в целом и о структуре системы управления, в интересах которой ВС функционирует. Второе направление позволит дополнительно к первому смещать акценты от одних узлов ВС к другим, от реальных к ложным, и изменять их место в иерархии системы управления на уровне модели ВС, формируемой злоумышленником.

В целом оба направления дадут возможность сформировать ложную картину у злоумышленника.

Для решения задачи первого направления очевидным решением является добавление на графе ВС новых узлов и информационных потоков между новыми и старыми узлами, как это показано на рис. 2.10, где новые узлы имеют номера от 11 до 14. Кроме того, необходимо указать и направление новых информационных потоков.

Пример коррекции структуры ВС, представленной на рис. 2.8, приведен на рис. 2.10. Как видно из рисунка визуальные отличия налицо. При условии, что такое различие будет достигнуто путем управления ДМП ВС, и при этом физически в ВС не появится новых узлов и новых связей, можно делать выводы о достижении цели, т.е. формирования у злоумышленника некорректной модели ВС.

Рис. 2.10. Пример корректированной структуры ВС

Однако возможно много вариантов таких преобразований, и для того чтобы выбрать наиболее подходящие, необходимо получить численную оценку различия между исходным и преобразованным графом. Для этого и был предложен второй вариант описания графа в виде матрицы.

Соответственно, в матрице связности графа ВС аналогичным образом добавляются новые столбцы и строки, нулевые элементы заменяются единичными там, где появились новые связи, а новые (пока еще пустые) элементы заполняются нулями и единицами в соответствии с новым графом ВС.

A=

Простейшим вариантом выполнения таких действий может быть эвристический, когда специалист, основываясь на собственном опыте, выберет, где и какие элементы добавить. Другим вариантом может быть применение так называемых графовых грамматик [16,17], позволяющих за счет определенных правил задать преобразование отдельных цепочек и подграфов в графе. Правила в грамматике тоже необходимо задавать человеку, но в случае решения трудоемкой задачи на крупном графе, содержащем одинаковые подграфы, применение графовых грамматик позволит упростить, ускорить и автоматизировать задачу получения различных вариантов решения, из которых можно будет выбрать наиболее предпочтительный.

Для оценки наиболее предпочтительных вариантов из множества решений можно использовать применяемую в теории распознавания образов меру близости (сходства). Таких мер в литературе описывается достаточно много. Наиболее часто применяемой в сходных задачах является мера, называемая «евклидовым расстоянием», которая позволяет поэлементно сравнивать две матрицы с признаками двух объектов, и вычислять относительное их сходство (на сколько один объект удален от другого):

,

где А, В - матрицы соответствующих признаков первого и второго объекта.

Поскольку мера близости требует, чтобы сравниваемые матрицы были равными по размерности, для сравнения исходного графа с новым, полученным в результате преобразований, необходимо дополнить матрицу связности исходного графа нулевыми элементами. Например, вычисленная мера близости для графов, изображенных на рис. 2.8 и 2.10 представленных следующими матрицами связности:

A=

B=

будет равна D(A,B)= 22.

Аналогичным образом можно посчитать меру близости для ВС, описанных в виде матриц с интенсивностями.

Анализ показал, что сама по себе мера близости позволяет лишь относительно отличить одни варианты решения от других, и не напрямую зависит от количества производимых изменений в графе (по крайней мере, существуют варианты, когда изменения приводили к мере близости равной нулю).

Для того чтобы действительно обоснованно осуществить выбор решения, который позволит существенно повлиять на формируемую у злоумышленника модель необходимо решить задачу о вероятности отнесения того или иного решения (преобразованного графа) к исходному объекту, т.е. попросту признания преобразованного объекта за слегка видоизмененный исходный.

1. Разработана модель процесса вскрытия ВС с точки зрения теории познания и выявлена взаимосвязь основных его этапов.

. Сделан вывод об иерархичности инвариантов ВС.

. На основе теории познания изложена сущность конфликта в информационной сфере между объектом и субъектом познания.

. Сделан вывод о том, что в рамках информационного противоборства злоумышленник и ВС решают две противоположные задачи: ВС в лице своей системы противодействия пытается минимизировать управляющее (разведывательное или деструктивное) воздействие со стороны злоумышленника; злоумышленник пытается минимизировать расхождение данных получаемых из датчиков с реальными данными о ВС для синтеза корректной модели ВС и повышения, таким образом, эффективности управления ею.

. Сделан вывод о необходимости в целях защиты информации о ВС и защиты самой ВС влиять на процессы первичного и вторичного синтеза модели ВС путем управления ДМП состава, структуры и алгоритмов функционирования ВС и ее узлов.

. Разработана модель ВС, основанная на теории графов, и описывающая основные свойства ВС с точки зрения процессов вскрытия ее злоумышленником.

. Предложены механизмы динамического масштабирования ВС в рамках разработанной модели ВС и направления оценки их эффективности.

 

3. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ДИНАМИЧЕСКОМУ МАСШТАБИРОВАНИЮ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

В п. 2.2. обосновано, что в целях повышения защищенности ВС необходимо осуществлять управление ее ДПМ. Деструктивные возможности удаленных атак и вредоносных программ, используемых злоумышленниками, обусловлены их нацеленностью на слабые места средств защиты и используемого телекоммуникационного оборудования, уязвимости операционных систем и системных приложений ВС [8].

Сбор информации злоумышленником о таких недостатках программного и программно-аппаратного обеспечения становится возможным вследствие потенциальной возможности выделения распределенных ВС на фоне множества элементов ТКС путем анализа трафика.

Следовательно, для обеспечения большей защищенности ВС необходимо скрыть ее, сформировать ложную модель ВС на информационном поле злоумышленника. Но распределенные ВС проявляют себя в каналах связи посредством информационного обмена удаленных узлов.

Определено, что для достижения поставленной цели необходимо осуществлять динамическое масштабирование ВС и в п. 2.4 приведены механизмы такого управления.

Поскольку задачу управления большой распределенной ВС в целом достаточно сложна, ее можно декомпозировать на совокупность подзадач (рис. 3.1), заключающихся в разбиении ВС на атомарные элементы, в которых задача управления решима, решении задачи на уровне атомарного элемента и разработки механизма, позволяющего увязать атомарные решения на уровне ВС в целом.

В качестве атомарного элемента, являющегося инвариантом ВС, можно выбрать совокупность из двух узлов ВС и связи между ними (отображающейся в виде информационных потоков как в п. 2.3). Следовательно, первостепенной задачей является разработка алгоритмов динамического масштабирования в рамках такого атомарного элемента.

Рис. 3.1. Декомпозиция задачи динамического масштабирования ВС

Существующий механизм создания соединений известен [18], также как известна и структура передаваемых пакетов сообщений. Информация протоколов верхних уровней ЭМВОС инкапсулируется в пакеты следующих вниз за ними уровней и, в конце концов, в канал связи передается пакет канального уровня, заголовок которого имеет информацию о физических адресах отправителя и получателя данного пакета (рис. 3.2). Такая информация актуальна только в пределах локальных сегментов ВС.

Для того чтобы осуществляемое управление ДМП не было вскрыто злоумышленником, а именно, ложные информационные потоки не отличались от реальных, необходимо применить некоторое их преобразование.

Рис. 3.2. Процесс инкапсуляции пакетов сообщений в модели ЭМВОС

В частности для решения этой задачи подходит криптографическое закрытие информационной составляющей пакетов сообщений, применяемое, например, в технологии виртуальных частных сетей (VPN) [19]. В технологии VPN информация прикладного и транспортного уровней ЭМВОС кодируется и в открытом виде по каналу связи передается только IP-заголовок пакета сообщений (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Структура пакета сообщений VPN-технологии

Структура IP-заголовка известна (рис. 3.4), и позволяет выделить из него ДМП (адреса отправителя и получателя пакета сообщений), выделяющие информационный обмен распределенной ВС на фоне информационного обмена других элементов ТКС. Выделение ДМП информационного обмена позволяет злоумышленнику изучить структуру ВС, следовательно, путем управления ими возможно сформировать у злоумышленника ложную модель ВС.

Рис. 3.4. Структура IP-заголовка пакета сообщений

3.1 Алгоритм динамического масштабирования ВС №1

Поиск эффективных технических решений направленных на решение поставленной задачи может быть осуществлен путем выбора случайным образом адресов узла-отправителя для передачи каждого следующего пакета до его отправки, что вызывает необходимость информировать узел- получатель о том, с какого адреса ожидать следующий пакет сообщений. Узел-получатель также может выбирать адрес для смены, но должен информировать о нем узел-отправитель. Для осуществления такого взаимодействия можно применить механизм подтверждения получения пакетов сообщений, а выбор адресов и их смену осуществлять на обоих узлах.

Блок-схема алгоритма информационного обмена распределенной ВС, осуществляющей динамическое управление собственными ДМП представлена на рис. 3.5. В блок-схеме приняты следующие обозначения:

N - количество адресов узла-отправителя;

S - количество адресов узла-получателя;

А_то - текущий адрес узла-отправителя;

А_тп - текущий адрес узла-получателя;

А_оо^п - обратный адрес узла-отправителя у узла-получателя;

А_оп^п - обратный адрес узла-получателя у узла-получателя;

А_оо^о - обратный адрес узла-отправителя у узла-отправителя;

А_оп^о - обратный адрес узла-получателя у узла-отправителя.

Решение задачи декомпозируется на совокупность следующих действий.

Предварительно задают базу из N адресов отправителя и S адресов получателя. Значения N и S количества адресов отправителя и получателя выбирают по необходимости, например, исходя из размеров стандартной подсети класса C в пределах N = 3-255, S = 3-255. Назначают из этой базы текущие адреса отправителя и получателя сообщений А_то и А_тп, и запоминают их. Причем назначенные адреса отправителя А_то и получателя А_тп запоминают у получателя в качестве обратного адреса отправителя А_оо^п и обратного адреса получателя А_оп^п.

Формируют у отправителя информацию об обратных адресах отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о, для чего у отправителя из предварительно заданной базы адресов случайным образом выделяют в качестве обратных адреса отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о и запоминают их.

Рис. 3.5. Блок-схема алгоритма информационного обмена распределенной ВС

Формируют у отправителя исходный пакет данных, включают в него обратные адреса отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о. Кодируют полученный промежуточный пакет и преобразуют в формат TCP/IP, после чего включают в его заголовок предварительно запомненные текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп и передают получателю полученный информационный пакет сообщений. Заменяют у отправителя его ранее назначенный текущий адрес А_то на предварительно запомненный обратный адрес отправителя А_оо^о.

При приеме у получателя информационного пакета сообщений из его заголовка выделяют адреса отправителя и получателя, сравнивают их с предварительно заданными адресами отправителя и получателя А_то и А_тп. При несовпадении адресов принятые пакеты не анализируют, а при совпадении из принятого пакета сообщений выделяют кодированные данные и декодируют их.

После этого выделяют из декодированных данных обратные адреса отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о, запоминают их в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, а затем заменяют текущий адрес получателя А_тп на новый, выделенный из декодированных данных адрес получателя А_оп^о.

Далее формируют у получателя информацию об обратных адресах отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п, для чего выделяют у получателя из предварительно заданной базы адресов в качестве обратных адреса отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п и запоминают их.

Формируют у получателя уведомляющий пакет сообщений, для чего формируют исходный пакет данных с уведомлением о получении информационного пакета сообщений и промежуточный пакет путем включения в исходный пакет данных обратных адресов отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п.

Кодируют промежуточный пакет данных и преобразуют его в формат TCP/IP. Включают в преобразованный пакет предварительно запомненные текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп. Передают сформированный уведомляющий пакет сообщений от получателя к отправителю. После этого у получателя заменяют его текущий адрес А_тп на предварительно запомненный обратный адрес получателя А_оп^п.

При приеме у отправителя уведомляющего пакета, выделяют из него адреса отправителя А_то и получателя А_тп и сравнивают их с предварительно запомненными у отправителя обратными адресами отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о. При несовпадении адресов принятый пакет сообщений не анализируют, а при совпадении выделяют из принятого уведомляющего пакета сообщений кодированные данные и декодируют их.

Выделяют из декодированных данных обратные адреса отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п, причем выделенные обратные адреса получателя А_оп^п и отправителя А_оо^п запоминают в качестве текущих адресов получателя А_тп и отправителя А_то, а текущий адрес отправителя А_то заменяют на новый, выделенный из декодированных данных адрес отправителя А_оо^п.

После этого повторно формируют у отправителя информацию об обратных адресах отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о.

3.2 Алгоритм динамического масштабирования ВС №2

Алгоритм, описанный в п. 3.2.1, позволяет осуществлять смену адресов узла-отправителя и узла-получателя по случайному закону. Такой подход существенно затруднит злоумышленнику выделение информационного потока распределенной ВС на фоне других информационных потоков в ТКС. Однако необходимость осуществления подтверждений с уведомлениями о смене адреса на прикладном уровне вызывает снижение скорости передачи потока, и небольшое снижение пропускной способности канала (которым, однако можно пренебречь).

Поиск эффективных технических решений направленных на устранение указанных недостатков может быть осуществлен путем задания на узле-отправителе и узле-получателе одинаковых функций выбора адреса для смены. В таком случае и узел-отправитель, и узел-получатель всегда будут знать о том с какого адреса необходимо получить пакет и на какой адрес его отправлять. Такой механизм снимает необходимость использование уведомлений.

Блок-схема алгоритма информационного обмена распределенной ВС, осуществляющей динамическое управление собственными ДМП, реализующей такой метод, представлена на рис. 3.6. В блок-схеме приняты следующие обозначения:

N - количество адресов узла-отправителя;

S - количество адресов узла-получателя;

F^N(i) - функция выбора адреса узла-отправителя на i-ом шаге;

F^S(i) - функция выбора адреса узла-получателя на i-ом шаге;

i_o - счетчик номера шага у узла-отправителя;

i_п - счетчик номера шага у узла-получателя;

А_то - текущий адрес узла-отправителя;

А_тп - текущий адрес узла-получателя.

Решение поставленной задачи декомпозируется на совокупность следующих действий.

Предварительно задают базу из N адресов отправителя и S адресов получателя. Значения N и S количества адресов отправителя и получателя выбирают по необходимости, например, исходя из размеров стандартной подсети класса C в пределах N = 3-255, S = 3-255. Назначают из этой базы текущие адреса отправителя и получателя сообщений А_то и А_тп, и запоминают их. Дополнительно задают функции выбора выбора текущего адреса отправителя F^N(i) и получателя F^S(i), где i=1,2,3,….., в соответствии с которыми на i-м шаге назначают новые текущие адреса. Также устанавливают значение счетчика шага у отправителя i_o=1 и у получателя i_п=1.

Рис. 3.6. Блок-схема алгоритма информационного обмена распределенной ВС

Формируют у отправителя исходный пакет данных, кодируют его и преобразуют в формат TCP/IP, после чего включают в его заголовок предварительно запомненные текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп и передают получателю полученный информационный пакет сообщений.

Формируют у отправителя информацию о новых текущих адресах отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ_, для чего назначают у отправителя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ=F^N(i_о) и получателя А_тпⁱ=F^N(i_о). Запоминают выбранные адреса в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, а затем заменяют у отправителя его текущий адрес А_то на новый текущий адрес отправителя А_тоⁱ. Увеличивают у отправителя номер шага i_o на единицу.

При приеме у получателя информационного пакета сообщений из его заголовка выделяют адреса отправителя и получателя, сравнивают их с предварительно запомненными адресами отправителя и получателя А_то и А_тп. При несовпадении адресов принятые пакеты не анализируют, а при совпадении из принятого пакета сообщений выделяют кодированные данные и декодируют их.

После этого формируют у получателя информацию о новых текущих адресах отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ, для чего назначают у получателя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ=F^N(i_п) и получателя А_тпⁱ=F^N(i_п) и запоминают их в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп. Затем у получателя заменяют его текущий адрес на новый текущий адрес получателя А_тпⁱ. Увеличивают у получателя номер шага i_п на единицу.

После этого повторно формируют у отправителя информационный пакет сообщений.

3.3 Алгоритм динамического масштабирования ВС №3

Алгоритм, описанный в п. 3.2.2, позволяет осуществлять смену адресов при помощи специально заданных функций, т.е. по заранее заданному алгоритму. Отказ от уведомлений позволяет увеличить скорость передачи информационного потока, но целенаправленный сбор статистики злоумышленником, если он все же выделил ВС на фоне множества элементов телекоммуникационной системы, может позволить выявить алгоритм смены адресов. Это возможно в связи с тем, что алгоритм нацелен на смену адресов после отправки каждого пакета сообщений, таким образом, вызывая подозрения у злоумышленника.

Поиск эффективных технических решений направленных на устранение указанного недостатка может быть осуществлен путем дополнительного задания на узле-отправителе и узле-получателе одинаковых функций выбора числа пакетов, отправляемых с одного адреса и принимаемых на один адрес (одноадресных пакетов).

Блок-схема алгоритма информационного обмена распределенной ВС, осуществляющей динамическое управление собственными ДМП, реализующей такой метод, представлена на рис. 3.7. В блок-схеме приняты следующие обозначения:

N - количество адресов узла-отправителя;

S - количество адресов узла-получателя;

F^N(i) - функция выбора адреса узла-отправителя на i-ом шаге;

F^S(i) - функция выбора адреса узла-получателя на i-ом шаге;

F_ч(i) - функция выбора количества пакетов Dk, отправляемых с одного адреса узла-отправителя на i-ом шаге;

j_o - счетчик отправленных пакетов у узла-отправителя;

j_п - счетчик полученных пакетов у узла-получателя;

i_o - счетчик номера шага у узла-отправителя;

i_п - счетчик номера шага у узла-получателя;

А_то - текущий адрес узла-отправителя;

А_тп - текущий адрес узла-получателя.

Решение поставленной задачи декомпозируется на совокупность следующих действий.

Предварительно задают базу из N адресов отправителя и S адресов получателя. Значения N и S количества адресов отправителя и получателя выбирают по необходимости, например, исходя из размеров стандартной подсети класса C в пределах N = 3-255, S = 3-255. Назначают из этой базы текущие адреса отправителя и получателя сообщений А_то и А_тп, и запоминают их. Задают функции выбора выбора текущего адреса отправителя F^N(i) и получателя F^S(i), где i=1,2,3,….., в соответствии с которыми на i-м шаге назначают новые текущие адреса. Также устанавливают значение счетчика шага у отправителя i_o=1 и у получателя i_п=1.

Дополнительно задают функцию F_ч(i), определяющую число ∆k пакетов сообщений с одинаковыми адресами отправителя и получателя, устанавливают равным нулю число отправленных и полученных пакетов сообщений j_о=0 и j_п=0 и вычисляют с помощью функции F_ч(i) число ∆k пакетов сообщений с одинаковыми адресами отправителя и получателя. Выбор такой функции и пределов ее значений зависит от требуемого закона распределения потоков сообщений.

Формируют у отправителя исходный пакет данных, кодируют его и преобразуют в формат TCP/IP, после чего включают в его заголовок предварительно запомненные текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп и передают получателю полученный информационный пакет сообщений.

Увеличивают у отправителя число отправленных пакетов сообщений j_о на единицу (j_о=j_о+1) и сравнивают у отправителя число отправленных пакетов сообщений j_о с предварительно установленным ∆k. При их несовпадении переходят к приему у получателя пакета сообщений. При совпадении повторно устанавливают j_о=0 и вычисляют очередное значение ∆k и увеличивают у отправителя номер шага i_о на единицу.

Рис. 3.7. информационного обмена распределенной ВС

Формируют у отправителя информацию о новых текущих адресах отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ_, для чего назначают у отправителя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ=F^N(i_о) и получателя А_тпⁱ=F^N(i_о). Запоминают выбранные адреса в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, а затем заменяют у отправителя его текущий адрес А_то на новый текущий адрес отправителя А_тоⁱ.

При приеме у получателя информационного пакета сообщений из его заголовка выделяют адреса отправителя и получателя, сравнивают их с предварительно запомненными адресами отправителя и получателя А_то и А_тп. При несовпадении адресов принятые пакеты не анализируют, а при совпадении из принятого пакета сообщений выделяют кодированные данные и декодируют их.

Далее увеличивают у получателя число принятых пакетов сообщений j_п на единицу (j_п=j_п+1) и сравнивают у получателя число принятых пакетов сообщений j_п с предварительно вычисленным значением ∆k. При их несовпадении переходят к формированию у отправителя очередного пакета сообщений. При совпадении устанавливают j_п=0, вычисляют новое значение ∆k и увеличивают у получателя номер шага i_п на единицу.

После этого формируют у получателя информацию о новых текущих адресах отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ, для чего назначают у получателя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ=F^N(i_п) и получателя А_тпⁱ=F^N(i_п) и запоминают их в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп. Затем у получателя заменяют его текущий адрес на новый текущий адрес получателя А_тпⁱ.

После этого формируют у отправителя очередной пакет сообщений.

3.4 Механизмы совместного функционирования алгоритмов динамического масштабирования на уровне ВС

В п.п. 3.1-3.3 приведены разработанные алгоритмы, позволяющие осуществлять динамическое масштабирование ВС на атомарном уровне, т.е. на уровней связей точка-точка между узлами ВС. Основная сложность осуществления совместного функционирования алгоритмов на уровне ВС в целом заключается в невозможности обеспечения синхронизации адресов узлов ВС для информационного обмена более чем с одним узлом.

Существует вариант решения данной проблемы, заключающийся в синхронизации адресов по времени. Однако в этом случае обязательно возникнут проблемы с пакетами сообщений не пришедшими в срок и в результате потерянными, т.к. адрес узла-получателя был изменен по истечении заданного времени. К тому же в этом случае придется применять большие промежутки времени для шага синхронизации, что может существенно повлиять на динамичность изменения адресов узлов ВС.

Другим вариантом решения проблемы является применение на каждом узле нескольких программных или аппаратных модулей, осуществляющих информационный обмен и смену адресов в синхронизации с другими модулями, установленными на других узлах, и коммутирующего механизма, который будет принимать решение о передаче входящего пакета сообщений конкретному модулю.

Таким образом, множество модулей на узлах будет реализовывать связи точка-точка, алгоритмы для которых и разработаны в п.п. 3.1-3.3. Количество таких модулей устанавливаемых на одном узле будет зависеть от того, с каким количеством других узлов ВС необходимо поддерживать информационный обмен.

Задача коммутирующего механизма будет заключаться в выделении из поступающих пакетов сообщений адресов узлов-отправителей, и определении по ним в какой из модулей необходимо отправить эти пакеты. Аналогично задача должна решаться и на уровне передачи пакетов сообщений другим узлам ВС.

Изящность этого решения заключается в возможности выполнения его на программно-аппаратном уровне с добавляемыми в устройство модулями (наподобие сетевых интерфейсов в коммутационном оборудовании и межсетевых экранах), или на программном уровне с подключаемыми программными модулями. Следовательно, можно сделать вывод об инвариантности такого решения к выбору метода технической реализации.

Примером применения такого метода для решения задачи динамического масштабирования ВС в целом является приведенная на рис. 3.8 схема, отображающая способ преобразования на логическом уровне графа ВС, представленного на рис. 2.8, в граф, представленный на рис. 2.10, за счет управления ДМП узлов ВС.

В соответствии с графом ВС (рис. 2.10) в приведенной схеме четыре узла ВС используют по два адреса, отображая, таким образом, следующие пары узлов графа: 1, 14; 4, 13; 7, 12; 8, 11.

Многие узлы могут не осуществлять смены адресов, и не иметь соответствующих программных или программно-аппаратных компонент. Те же узлы, которые связаны с узлами, использующими смену адресов и соответствующие модули, также должны быть обеспечены модулями. Для связи узла, не осуществляющего смену адресов, с подобными узлами достаточно одного модуля, который будет запрограммирован на использование одного статического адреса. На узле с несколькими установленными модулями, использующем смену адресов, часть модулей также может быть запрограммирована на использования статического адреса.

Наличие коммутирующего механизма необходимо только в том случае, когда узел с модулем осуществляет информационный обмен более чем с одним из узлов ВС.

Рис. 3.8. Схема интеграции атомарных элементов ВС в единую структуру

. Подтверждены выводы о необходимости разработки технических решений динамического масштабирования ВС в соответствии с разработанными в п. 2.4 механизмами.

. Декомпозирована задача разработки предложений по динамическому масштабированию ВС.

. Разработаны алгоритмы динамического масштабирования ВС на уровне атомарных ее элементов, позволяющие формировать некорректную модель у злоумышленника.

. Разработан механизм интеграции атомарных элементов ВС, использующих разработанные алгоритмы, в единую структуру.

. Сделан вывод об инвариантности разработанных алгоритмов и метода к выбору метода технической реализации.

4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА

 

.1 Концепция экономического обоснования разработки научно-технического продукта

Обеспечение конфиденциальности обрабатываемой в распределенных вычислительных сетях (ВС) информации, а также их устойчивого функционирования требует применения сложных программно-аппаратных комплексов и строгих организационных мероприятий, что приводит к большим затратам. Сегодня заинтересованность во внедрении таких комплексов проявляет все больший круг организаций (например, операторы связи, банки, различные государственные ведомства).

В ВС организаций циркулирует конфиденциальная информация. Такая информация представляет экономический интерес для злоумышленников и конкурентов и может быть получена, удалена или модифицирована посредством несанкционированного воздействия на нее. Современные технические решения по защите информации не справляются с существующими угрозами информационной безопасности. Следовательно, можно сделать вывод об актуальности разработки новых средств защиты.

4.2 Потребительские свойства научно-технического продукта

Разрабатываемая система защиты распределенных ВС позволит с высокой эффективностью предотвращать несанкционированные воздействия на ВС и обрабатываемую в ней информацию, что существенно снизит угрозу утечки конфиденциальной информации, сократит расходы на отдел информационной безопасности организации за счет автоматизации процессов защиты, а также сократит расходы предприятия на восстановление ее ВС в случае осуществления деструктивных воздействий, приведших к краху системы.

Главным отличием разрабатываемой системы от существующих технических решений является принципиально новый подход, применяемый для достижения цели - обеспечения защиты информации обрабатываемой в ВС. Традиционно в этой области применяются механизмы разграничения доступа к информации и объектам ее хранения. Суть нового подхода заключается в обеспечении скрытности ВС и ее информационного обмена на фоне ТКС. Хотя существующие технические решения по защите информации и не предполагают использование такого подхода, некоторые из них используют механизмы, необходимые для обеспечения разрабатываемой системы (таблица 4.1).

Таблица 4.1

Наименование технико-эксплуатационного параметра продукции	Единица измерения	Проектируемая продукция	Наименование (марка) существующей продукции
			VIPNet Office	Континент-К
Обеспечение информационной скрытности	-	+	+	+
Обеспечение опознавательной скрытности	-	+	-	-
Обеспечение объектовой скрытности	-	+	-	-

 

.3 Рынок и план маркетинга

Наиболее вероятными заказчиками разрабатываемой системы могут быть органы государственной власти и различные государственные ведомства (например, силовые). Также заказчиками могут быть различные крупные (особенно территориально распределенные) организации.

Необходимо отметить, что, несмотря на огромное предложение различных средств защиты информации на рынке, разрабатываемая система не имеет пока конкуренции в виду абсолютно нового, нетрадиционного для вычислительных систем подхода к реализации защитных функций.

Из сказанного можно сделать вывод, что именно уровень новизны и технический уровень будут определяющими в выборе данной системы для потенциального покупателя.

4.4 Производство продукта

В разработке участвуют: начальник отдела (руководитель проекта) и 3 программиста, сроки проведения работ - 6 месяцев. Ставка начальника отдела - 20000 руб. в месяц, программиста - 12000 руб. в месяц

Таким образом, можно рассчитать основную заработную плату за разработку:

С_зо = 6*20000 + 6*3*12000 = 336 000 руб.

Дополнительная заработная плата составляет 12% от суммы основной зар. Платы;

С_зд = 336000*0,12 = 40 320 руб.

Отчисления на социальные нужды: 2007г. - 26%.

С_сн = (56000 + 20160)*0,26*6 = 118810 руб.

Накладные расходы составляют 40%:

С_нр = (336000 + 40320)*0,40 = 150 528 руб.

Таблица 4.2 Калькуляция расходов по статье «материалы»

Материалы	Единица измерения	Кол-во	Цена, руб.	Сумма, руб.
Бумага для принтера	пачка (500 листов)	1	120	120
Картридж для принтера	шт.	1	1000	1000
Расходы на получение патента на разрабатываемую систему защиты	шт.	1	3300	3300
Транспортно-заготовительные расходы				360,00
ВСЕГО:				4 780,00

Транспортно-заготовительные расходы рассчитаны, исходя из реальных затрат, поскольку стоимость материалов велика. Использовался автомобиль с расходом топлива 12 литров на 100 км, пробег по счётчику 200 км, цена за литр бензина АИ-92 15 рублей, таким образом, транспортные расходы составили 24*15 = 360 рублей.

Таблица 4.3 Калькуляция расходов по статье «оборудование»

Оборудование	Единица измерения	Количество	Цена, руб.	Сумма, руб.
Шлюз безопасности локального сегмента ВС, для тестирования	шт.	2	15 010,00	30 020,00
ВСЕГО:				30 020,00

Амортизация на шлюзы безопасности составляет 33% в год:

С_ам= (33 * 6 * 30020) / (12 * 100) = 4 954 руб.

Таблица 4.4 Калькуляция себестоимости разработки

Статья затрат	Сумма, руб.
Материалы	4 780,00
Оборудование	30 020,00
Основная заработная плата	336 000,00
Дополнительная заработная плата	40 320,00
Отчисления на социальные нужды	118 810,00
Накладные расходы	150 528,00
ИТОГО себестоимость:	680 458,00

В результате вычислений получаем себестоимость разработки равную 680 458 рублям. Амортизационные отчисления составляют 4 954 руб.

 

4.5 Обоснование эффективности применения научно-технического продукта

В связи с развитием в последние годы негосударственного сектора экономики и расширением сферы применения информационно-вычислительных систем в сфере предпринимательской деятельности, проблема защиты информации стала выходить за традиционные рамки. В настоящее время количество регистрируемых противоправных действий в информационной области неуклонно растет. Известны, например, многочисленные случаи, когда потеря информации наносит существенный ущерб [20]. Например, несанкционированный доступ к электронным базам данных правительственных органов и государственных ведомств приводит к появлению на рынках городов России пиратских дисков, которые за ничтожную цену предоставляют персональные данные граждан РФ и сведения о финансовой состоятельности или кредитной истории крупных и малых организаций первому попавшемуся покупателю.

Необходимость в разработке средств защиты информации в области телекоммуникационных систем связана с тем, что существует множество субъектов и структур, весьма заинтересованных в чужой информации и готовых заплатить за нее высокую цену.

В таких условиях все более широко распространяется мнение, что защита информации должна по своим характеристикам быть соразмерной масштабам угроз. Для каждой системы имеется оптимальный уровень защищенности, который и нужно поддерживать.

Исходя из того, что путем внедрения разработанной системы защиты клиент - например, коммерческий банк может предотвратить свое разорение, или силовое ведомство может предотвратить утечку закрытой информации, которая может быть полезна как иностранным разведкам, так и преступным или террористическим организациям, можно сделать вывод, что реализация и внедрение проекта позволит достичь социального эффекта, а перспективность разрабатываемой системы и планируемые масштабы внедрения, отсутствие аналогичных разработок подчеркивают научно-технический эффект.

На основании анализа потребительских свойств существующих технических решений и предполагаемых потребительских свойств разрабатываемой системы, расчетов себестоимости разрабатываемой системы и существующего положения дел в защите информации была доказана экономическая эффективность разработки.

 

5. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ

 

.1 Общие положения

В процессе дипломного проектирования были разработаны алгоритмы динамического масштабирования вычислительных систем. Разработка алгоритмов является следствием проведенного в области защиты информации исследования, результаты которого были обобщены и представлены в дипломном проекте.

Результатом разработки алгоритмов является заявка на изобретение «Способ защиты канала связи вычислительной сети (варианты)».

В качестве аналога изобретения был рассмотрен способ, реализованный в системе защиты, представленной патентом РФ № 2163727 «Система защиты виртуального канала корпоративной сети с мандатным принципом управления доступом к ресурсам, построенной на каналах связи и средствах коммутации сети связи общего пользования» МПК 7 G06F12/14, G06F9/00.

В качестве прототипа изобретения был использован способ, описанный в патенте РФ № 2182355 «Способ защиты корпоративной виртуальной частной компьютерной сети от несанкционированного обмена информацией с публичной транспортной сетью и система для его осуществления» МПК 7 G06F12/14, G06F9/00.

Проведение исследования и разработка алгоритмов осуществлялись в Военной академии связи под началом дипломного руководителя Павловского А.В.

Авторами поданной заявки на изобретение являются руководитель дипломного проекта Павловский А.В. и дипломант Емельянов В.С.

Патентообладателем разработки является Военная академия связи. Соответствующие документы прилагаются.

5.2 Документы

Формула изобретения

. Способ защиты канала связи вычислительной сети, заключающийся в том, что предварительно задают исходные данные, включающие адреса отправителя и получателя сообщений, формируют у отправителя исходный пакет данных, кодируют его, преобразуют в формат TCP/IP, включают в него текущие адреса отправителя и получателя, передают сформированный информационный пакет сообщений получателю, из принятого у получателя пакета сообщений выделяют адреса отправителя и получателя, сравнивают их с предварительно заданными адресами, при их несовпадении принятые пакеты не анализируют, а при совпадении из принятого пакета сообщений выделяют кодированные данные и декодируют их, отличающийся тем, что в предварительно заданные исходные данные дополнительно включают базу из N адресов отправителя и S адресов получателя, назначают из заданной базы текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп, запоминают их, причем назначенные адреса отправителя А_то и получателя А_тп запоминают у получателя в качестве обратного адреса отправителя А_оо^п и обратного адреса получателя А_оп^п, формируют у отправителя информацию об обратных адресах отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о, для чего у отправителя из предварительно заданной базы адресов выделяют в качестве обратных адреса отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о и запоминают их, а для формирования у отправителя информационного пакета сообщений в исходный пакет данных включают обратные адреса отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о, после преобразования кодированного пакета данных в формат TCP/IP, включения в него предварительно запомненных текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп и передачи от отправителя к получателю информационного пакета сообщений, у отправителя заменяют его ранее назначенный текущий адрес А_то на предварительно запомненный обратный адрес отправителя А_оо^о, после выделения у получателя из принятого информационного пакета сообщений кодированных данных и декодирования их выделяют из декодированных данных обратные адреса отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о, запоминают их в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, а затем заменяют текущий адрес получателя А_тп на новый, выделенный из декодированных данных адрес получателя А_оп^о, после чего формируют у получателя информацию об обратных адресах отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п, для чего выделяют у получателя из предварительно заданной базы адресов в качестве обратных адреса отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п и запоминают их, формируют у получателя уведомляющий пакет сообщений, для чего формируют исходный пакет данных с уведомлением о получении информационного пакета сообщений и промежуточный пакет путем включения в исходный пакет данных обратных адресов отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п, кодируют промежуточный пакет данных, преобразуют его в формат TCP/IP, включают в преобразованный пакет предварительно запомненные текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп, передают сформированный уведомляющий пакет сообщений от получателя к отправителю, после чего у получателя заменяют его текущий адрес А_тп на предварительно запомненный обратный адрес получателя А_оп^п, принимают у отправителя уведомляющий пакет, выделяют из него адреса отправителя А_то и получателя А_тп, сравнивают их с предварительно запомненными у отправителя обратными адресами отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о, при их несовпадении принятый уведомляющий пакет сообщений не анализируют, а при совпадении выделяют из принятого уведомляющего пакета сообщений кодированные данные, декодируют их и выделяют из них обратные адреса отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п, причем выделенные из декодированных данных обратные адреса получателя А_оп^п и отправителя А_оо^п запоминают в качестве текущих адресов получателя А_тп и отправителя А_то, а текущий адрес отправителя А_то заменяют на новый, выделенный из декодированных данных адрес отправителя А_оо^п, после чего повторно формируют у отправителя информацию об обратных адресах отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о.

. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения обратных адресов отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о у отправителя и обратных адресов отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п у получателя выбирают по случайному закону.

. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения обратных адресов отправителя А_оо^о и получателя А_оп^о у отправителя и обратных адресов отправителя А_оо^п и получателя А_оп^п у получателя выбирают по заранее заданным алгоритмам.

. Способ защиты канала связи вычислительной сети, заключающийся в том, что предварительно задают исходные данные, включающие адреса отправителя и получателя сообщений, формируют у отправителя исходный пакет данных, кодируют его, преобразуют в формат TCP/IP, включают в него текущие адреса отправителя и получателя, передают сформированный информационный пакет сообщений получателю, из принятого у получателя пакета сообщений выделяют адреса отправителя и получателя, сравнивают их с предварительно заданными текущими адресами, при их несовпадении принятые пакеты не анализируют, а при совпадении из принятого пакета сообщений выделяют кодированные данные и декодируют их, отличающийся тем, что в предварительно заданные исходные данные дополнительно включают базу из N адресов отправителя и S адресов получателя, назначают из заданной базы текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп, запоминают их, а также задают у отправителя и получателя функции выбора текущего адреса отправителя F^N(i) и получателя F^S(i), где i=1,2,3,….., в соответствии с которыми на i-м шаге назначают новые текущие адреса, после передачи от отправителя к получателю информационного пакета формируют у отправителя информацию о новых текущих адресах отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ_, для чего назначают у отправителя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ= F^N(i) и получателя А_тпⁱ= F^N(i) и запоминают их в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, а затем заменяют у отправителя его текущий адрес А_то на новый текущий адрес отправителя А_тоⁱ, после выделения у получателя из принятого информационного пакета сообщений кодированных данных и декодирования их, формируют у получателя информацию о новых текущих адресах отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ, для чего назначают у получателя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ= F^N(i) и получателя А_тпⁱ= F^N(i) и запоминают их в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, затем у получателя заменяют его текущий адрес на новый текущий адрес получателя А_тпⁱ, после чего повторно формируют у отправителя информационный пакет сообщений.

. Способ защиты канала связи вычислительной сети, заключающийся в том, что предварительно задают исходные данные, включающие адреса отправителя и получателя сообщений, формируют у отправителя исходный пакет данных, кодируют его, преобразуют в формат TCP/IP, включают в него текущие адреса отправителя и получателя, передают сформированный пакет сообщений получателю, из принятого у получателя пакета сообщений выделяют адреса отправителя и получателя, сравнивают их с предварительно заданными текущими адресами, при их несовпадении принятые пакеты не анализируют, а при совпадении из принятого пакета сообщений выделяют кодированные данные и декодируют их, отличающийся тем, что предварительно задают функцию F, определяющую число ∆k пакетов сообщений с одинаковыми адресами отправителя и получателя, устанавливают равным нулю число отправленных и полученных пакетов сообщений j_о=0 и j_п=0 и вычисляют с помощью функции F число ∆k пакетов сообщений с одинаковыми адресами отправителя и получателя, задают базу из N адресов отправителя и S адресов получателя, назначают из заданной базы первоначальные текущие адреса отправителя А_то и получателя А_тп, запоминают их, затем задают у отправителя и получателя функции выбора текущего адреса отправителя F^N(i) и получателя F^S(i), где i=1,2,3,….., в соответствии с которыми на i-м шаге назначают новые текущие адреса, после передачи от отправителя к получателю пакета сообщений увеличивают у отправителя число отправленных пакетов сообщений j_о на единицу (j_о=j_о+1), сравнивают у отправителя число отправленных пакетов сообщений j_о с предварительно установленным ∆k_., и при их несовпадении переходят к приему у получателя пакета сообщений, а при совпадении повторно устанавливают j_о=0 и вычисляют очередное значение ∆k, затем формируют у отправителя информацию о новых текущих адресах отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ, для чего назначают у отправителя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ= F^N(i) и получателя А_тпⁱ= F^S(i) и запоминают выделенные адреса отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, после чего заменяют у отправителя его текущий адрес А_то на новый текущий адрес отправителя А_тоⁱ , а после выделения у получателя из принятого информационного пакета сообщений кодированных данных и их декодирования увеличивают у получателя число принятых пакетов сообщений j_п на единицу (j_п=j_п+1), а затем сравнивают у получателя число принятых пакетов сообщений j_п с предварительно вычисленным значением ∆k и при несовпадении переходят к формированию у отправителя очередного пакета сообщений, а при совпадении устанавливают j_п=0 и вычисляют новое значение ∆k, после чего формируют у получателя информацию о новых текущих адресах отправителя А_то¹ и получателя А_тпⁱ, для чего назначают у получателя из заданной базы адресов в соответствии с предварительно заданными функциями выбора новые текущие адреса отправителя А_тоⁱ= F^N(i) и получателя А_тпⁱ= F^S(i) и запоминают выделенные адреса отправителя А_тоⁱ и получателя А_тпⁱ в качестве текущих адресов отправителя А_то и получателя А_тп, затем заменяют у получателя его текущий адрес А_тп на новый текущий адрес получателя А_тпⁱ, после чего формируют у отправителя очередной пакет сообщений.

. Способы по п.п.1, 4 и 5, отличающиеся тем, что значения N и S адресов отправителя и получателя выбирают в пределах N=10-256, S=10-256.

Авторы: ПАВЛОВСКИЙ А.В.

ЕМЕЛЬЯНОВ В.С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дипломном проекте была описана типовая структура вычислительной сети и структурная модель угроз информационным ресурсам вычислительных сетей. Подробно описаны возможности злоумышленников по вскрытию информации о вычислительных сетях. Проведенный анализ существующих способов и методов защиты вычислительных сетей позволил сделать вывод об отсутствии на сегодняшний день методов защиты информации о самих вычислительных сетях. Были определены перспективные задачи по защите ВС и направления совершенствования технических решений по защите распределенных ВС, заключающиеся в управлении характерными признаками вычислительных сетей, проявляющими их на информационном поле злоумышленников. Все это позволило четко сформулировать задачи для дипломного проектирования.

В процессе решения поставленных задач была разработана модель процесса вскрытия вычислительной сети и показана взаимосвязь основных этапов процесса. Были выявлены основные инвариантные свойства вычислительной сети, позволяющие злоумышленнику синтезировать модель ВС, и сделан вывод об иерархичности таких инвариантов.

На основе теории познания изложена сущность конфликта в информационной сфере между объектом и субъектом познания. Сделан вывод о том, что в рамках информационного противоборства злоумышленник и вычислительная сеть решают две противоположные задачи: вычислительная сеть в лице своей системы противодействия пытается минимизировать управляющее (разведывательное или деструктивное) воздействие со стороны злоумышленника; злоумышленник пытается минимизировать расхождение данных получаемых из датчиков с реальными данными о вычислительной сети для синтеза корректной модели ВС и повышения, таким образом, эффективности управления ею.

Сделан вывод о необходимости в целях защиты информации о вычислительной сети и защиты самой вычислительной сети влиять на процессы первичного и вторичного синтеза модели ВС путем управления характерных признаков состава, структуры и алгоритмов функционирования вычислительной сети и ее узлов.

На основе теории графов была разработана модель вычислительной сети, описывающая основные свойства ВС с точки зрения процессов вскрытия ее злоумышленником. В рамках разработанной модели были предложены механизмы динамического масштабирования вычислительной сети и направления оценки их эффективности.

В процессе разработки предложений по динамическому масштабированию вычислительных сетей были подтверждены выводы о необходимости динамического масштабирования вычислительных сетей. Определены направления поиска эффективных технических решений по обеспечению структурной скрытности распределенных информационно-вычислительных систем. В виду существенной сложности разработки алгоритмов, позволяющих осуществлять масштабирование для вычислительной сети, задача разработки предложений была декомпозирована на выделение атомарных элементов вычислительной сети, где задача может быть выполнена, разработку собственно алгоритмов и механизма, позволяющего интегрировать атомарные элементы, использующие разработанные алгоритмы, в единую структуру.

Было разработано три алгоритма динамического масштабирования вычислительных сетей, заключающихся в общем случае в создании дополнительных ложных логических узлов в вычислительной сети, позволяющих изменять ее структуру для случая связи точка-точка (атомарный элемент). Разработанный механизм интеграции позволивший интегрировать атомарные элементы, в которых решена задача масштабирования, был основан на введении в узлы коммутирующего механизма и нескольких модулей выполняющих работу алгоритмов.

К числу положительных свойств разработанного подхода следует отнести его инвариантность к выбору метода технической реализации.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного подхода, отсутствуют. Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники показали, что общие признаки не следуют явным образом из уровня техники. Таким образом, новизна подхода очевидна.

Экономическая эффективность применения предложенных технических решений обоснована.

Таким образом, поставленные на дипломное проектирование задачи выполнены, а цель дипломного проекта достигнута - разработаны алгоритмы динамического масштабирования вычислительных сетей, применение которых позволяет снять ряд существенных противоречий в области защиты информации.

 

Список использованной литературы

1.       Советов Б.Я., Цехановский В.В. Информационные технологии. - М.: Высшая школа, 2005

.        Коцыняк М.А., Максимов Р.В. Показатели защищенности информации в автоматизированных системах. Деп. Рукопись. - М.: ЦВНИ МО РФ, справка №13709. Серия Б. Выпуск № 68. Инв. В5742, 2004.

.        Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2003.-864 с.: ил.

.        Инструменты, тактика и мотивы хакеров. Знай своего врага: Пер. с англ. -М: ДМК Пресс, 2003, -312 с. ил.

.        Медведовский И.Д., Семьянов П.В., Платонов В.В. Атака через «Internet»/ Под научной редакцией проф. Зегжды П.Д. - М.: ДМК, 1999. - 336с.

.        Лукацкий А. В. Обнаружение атак. - СПб. : БХВ - Петербург, 2001. - 624 с.: ил.

.        Домарев В.В. Безопасность информационных технологий. Системный подход: - К.: ООО «ТИД «ДС», 2004. - 992 с.

.        Конеев И. Р., Беляев А. В. Информационная безопасность предприятия. - СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 752 с.: ил.

.        Зацаринный А.А., Ионенков Ю.С., Присяжнюк С.П. Тенденции развития современных инфокоммуникационных технологий с учетом концепции сетецентрических войн // Информация и космос, №4, 2006 г.

.        Павловский А.В., Кожевников Д.А., Максимов Р.В. Методы и алгоритмы защиты ведомственных систем связи при использовании ресурсов Единой сети электросвязи. Труды всеармейской НПК «Инновационная деятельность в ВС РФ». СПб. 2006. 4с.

.        Растригин Л. А., Марков В. А. Кибернетические модели познания. Рига, Зинатне, 1976, 268 с

.        Павловский А.В., Максимов Р.В. Модель процесса вскрытия системы связи и взаимосвязь основных его этапов. Труды всеармейской НПК «Инновационная деятельность в ВС РФ». СПб. 2006. 9с.

.        Теоретические основы управления обменом информацией в АСУ/ Под редакцией профессора Н.И. Буренина. -Л.: ВАС, 1983, 106с.

.        Емеличев В.А., Мельников О.И., Сарванов В.И., Тышкевич Р.И., Лекции по теории графов. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. -384с.

.        Оптимизация структур сетевых моделей. Под ред. А.А. Колесникова. Л.: ВАС, 1987. -101с.

.        Петров С.В. Графовые грамматики и задачи графодинамики// Автоматика и телемеханика. №10, 1977. с.133

.        Айзерман М.А., Гусев Л.А., Петров С.В., Смирнова И.М., Тененбаум Л.А. Динамический подход к анализу структур, описываемых графами (Основы графодинамики). Сборник научных трудов Академии наук СССР «Исследования по теории структур». -М.: Наука, 1988.

.        Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. - СПб.: Питер, 2001. -544 с.: ил.

.        Максимов Р.В., Павловский А.В., Стародубцев Ю.И. Защита информации от технических средств разведки в системах связи и автоматизации: Учеб. пособие Ч.2. - СПб.: ВАС, 2007. -88с.

.        Калинцев Ю. К. Конфиденциальность и защита информации. Учебное пособие. -М.: МТУСИ. - 1997. - 60 с.