Диссертация (Обеспечение информационной безопасности киберфизических систем на основе принципа гомеостаза), страница 2

Беззатеева,Ю.С. Васильева, Р. Сейгера, А. Чоудари, П. Табуады. Ряд работ посвященприменению гомеостатического управления для поддержания стабильной работысложных систем. Среди них – работы Ю.М. Горского, И. Геростатопулоса, А.Г.7Теслинова, В.В. Курейчика, однако для обеспечения ИБ КФС принцип гомеостазаприменяется впервые.ОбъектомисследованияявляютсяКФС,вотношениикоторыхосуществляются целенаправленные деструктивные воздействия.Предметом исследования являются методы обеспечения ИБ, сохраняющиеустойчивое функционирование КФС в условиях компьютерных атак.Цель исследования состоит в обеспечении ИБ КФС путем созданияметодологии динамического переконфигурирования параметров и структурысистемы с использованием принципа гомеостаза.Для достижения вышеуказанной цели представляется необходимым решитьследующие задачи:1.Провести анализ особенностей КФС и определить спецификуобеспечения ИБ таких систем исходя из концепции функциональной устойчивостик компьютерным атакам.2.изменениеРазработать метод выявления нарушений ИБ КФС, направленных напараметровеефункционирования,основанныйнаконтролесамоподобия.3.Создать метод выявления ВПО, функционирующего на узлах системыуправления КФС.4.Разработать подход к обеспечению динамической защиты КФС,обеспечивающий автоматическое поддержание устойчивости функционирования вусловиях компьютерных атак на основе принципа гомеостаза, включающий:−метод оценки функциональной устойчивости КФС к деструктивнымвоздействиям;−сценарии переконфигурирования, обеспечивающие удержание КФС вустойчивом состоянии и возвращение в него;−условиядостижимостиустойчивостиКФСприреализациидеструктивных воздействий на нее.5.Определитьтребованияксредереализациипредложенной8методологии динамического переконфигурирования параметров и структурысистемы с использованием принципа гомеостаза.6.Разработать архитектуру системы обеспечения ИБ КФС и реализоватьэкспериментальный макет предлагаемой системы.Научная новизна результатов:1.Разработан метод выявления нарушений ИБ КФС, основанный наконтроле самоподобия параметров функционирования системы с использованиемхарактеристик мультифрактального спектра Лежандра.2.Создан метод выявления ВПО, основанный на оценке различия графовпоследовательности действий ПО.3.Разработана модель переконфигурирования параметров и структурыКФС с использованием принципа гомеостаза.4.Сформулирована и доказана теорема о достижимости устойчивостиКФС в условиях деструктивных воздействий.5.Разработан метод оценки устойчивости КФС к деструктивнымвоздействиям, основанный на вычислении показателя способности системы кпереконфигурированию.Теоретическую значимость работы составляют теоретические положенияметодологии динамического переконфигурирования параметров и структурысистемы с использованием принципа гомеостаза.Предложено обеспечитьконтроль самоподобия параметров функционирования системы с использованиеммультифрактального анализа для обнаружения нарушений ИБ.

Предложеноиспользовать оценку различия графов последовательности действий ПО длявыявления ВПО, функционирующего на узлах системы управления КФС.Предложен подход к обеспечению динамической защиты КФС, обеспечивающийавтоматическое поддержание устойчивости функционирования в условияхкомпьютерных атак. Разработана модель переконфигурирования параметров иструктуры КФС с использованием принципа гомеостаза. Сформулирована идоказана теорема о достижимости устойчивости КФС в условиях деструктивныхвоздействий.

Предложен метод оценки устойчивости КФС к деструктивным9воздействиям, основанный на вычислении показателя способности системы кпереконфигурированию.Практическаязначимостьработыопределяетсявозможностьюиспользования предложенных методов и методологии для практическойреализации систем обеспечения ИБ КФС, включая выявление нарушений ИБ,направленных на изменение параметров ее функционирования, и выявление ВПО,функционирующего на узлах системы управления КФС, оценку устойчивости КФСк деструктивным воздействиям, обеспечение устойчивости КФС к деструктивнымвоздействиям, основанную на вычислении показателя способности системы кпереконфигурированию.Методыисследования.Длярешенияпоставленныхзадачвдиссертационной работе использовались методы математического моделирования,теории множеств, теории вероятностей и математической статистики, теориизащиты информации, мультифрактального анализа, теории графов и теорииуправления.Положения, выносимые на защиту:1.Метод выявления нарушений ИБ КФС, основанный на контролесамоподобия параметров функционирования системы.2.Метод выявления ВПО, основанный на оценке различия графовпоследовательности действий ПО.3.Модель переконфигурирования КФС с использованием принципагомеостаза.4.ТеоремаодостижимостиустойчивостиКФСвусловияхдеструктивных воздействий.5.Метод оценки устойчивости КФС к деструктивным воздействиям наоснове способности системы к переконфигурированию6.Архитектура гомеостатической системы обеспечения ИБ КФС.Соответствиеспециальностинаучныхработников.Полученныенаучные результаты соответствуют следующим пунктам паспорта специальностинаучных работников 05.13.19 «Методы и системы защиты информации,10информационная безопасность»: методы и модели выявления, идентификации иклассификации угроз нарушения информационной безопасности объектовразличного вида и класса (п.

3); модели и методы оценки защищенностиинформации и информационной безопасности объекта (п. 9).Степень достоверности результатов исследования подтверждается ихвнутренней непротиворечивостью и адекватностью физическим представлениямоб исследуемом процессе.Внедрениерезультатовработы.Полученныеосновныенаучныерезультаты диссертационного исследования используются при выполнении грантаПрезидента РФ для государственной поддержки ведущих научных школРоссийской Федерации НШ-2992.2018.9 (Договор № 14. Y31.18.2992-НШ от17.01.2018 г.), в проектной деятельности общероссийской общественнойорганизации «Российская инженерная академия» и автономной некоммерческойорганизации «Центр инновационного развития «ИнноПром» для обеспеченияинформационнойбезопасностиавтоматизированныхсистемуправленияпроцессами очистки и обеззараживания питьевой воды путем динамическогопереконфигурирования параметров и сетевой структуры системы, в Научнотехническом центре Аргус при разработке новых программных средств управленияинфокоммуникациями сетей следующего поколения NGN и, в частности, системподдержания операционной деятельности телекоммуникационных операторовOSS в компаниях ПАО Ростелеком, Транстелеком и др., а также в учебномпроцессе кафедры «Информационная безопасность компьютерных систем»ФГАОУ ВО СПбПУ, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.Апробация работы.

Основные результаты исследований и научныхразработок докладывались и обсуждались на следующих конференциях: научнопрактическая конференция «РусКрипто» (Москва, 2017 г.), научно-техническаяконференция «Методы и технические средства обеспечения безопасностиинформации» (Санкт-Петербург, 2013, 2015, 2017 и 2018 гг.), научно-практическаяконференция c международным участием «Неделя науки СПбГПУ» (СанктПетербург,2014г.),международнаянаучно-практическаяконференция11«Управление информационной безопасностью в современном обществе» (Москва,2015, 2017 гг.), конференции «Информатика и кибернетика (ComCon-2017)»(Санкт-Петербург, 2017 г.), конференции «1st IEEE International Conference onIndustrial Cyber-Physical Systems (ICPS-2018)» (Санкт-Петербург, 2018 г.),международная научная конференция «Конвергенция цифровых и физическихмиров: технологические, экономические и социальные вызовы» (Санкт-Петербург,2018 г.), международной научной конференции ММEТ NW 2018 (СанктПетербург, 2018 г.).

Работа победила в конкурсе грантов Правительства СанктПетербурга для студентов ВУЗов, расположенных на территории СанктПетербурга, аспирантов ВУЗов, отраслевых и академических институтов,расположенных на территории Санкт-Петербурга, в 2013, 2015 и в 2017 годах.Публикации по теме диссертации.

Результаты диссертационной работыотражены в 24 публикациях, в том числе 8 публикаций в рецензируемых журналахиз перечня ВАК, 6 публикаций в изданиях из перечня Scopus и Web of Science, 1патент РФ на изобретение.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пятиглав, заключения, списка использованных источников из 140 наименований.Общий объем работы составляет 183 страниц, в том числе 29 рисунков и 4 таблицы.Вовведенииобоснованаактуальностьтемыдиссертационногоисследования, сформулирована цель, определены основные задачи, научнаяновизна и практическая значимость полученных результатов, а также положения,выносимые на защиту.В первой главе приведены примеры современных КФС и выделеныхарактерные для них особенности.

Сформулированы проблемы обеспечения ИБКФС, в совокупности со статистикой атак на эти системы, демонстрирующиевысокую актуальность решаемой задачи. Рассмотрены подходы и решения пообеспечению безопасности КФС, предлагаемые известными компаниями в сфереинформационных технологий и ведущими университетами мира. Показано, чтосуществующие подходы не имеют способов решения некоторых научнотехнических задач. Описана предлагаемая методология обеспечения ИБ.12Вторая глава посвящена разработке метода выявления нарушений ИБ,направленных на изменение параметров функционирования устройств КФС.Данный метод основан на контроле самоподобия параметров функционированиясистемы с использованием характеристик мультифрактального спектра Лежандра.Также в данной главе описан предложенный метод выявления современного ВПО,функционирующего на узлах системы управления КФС, представляющие собойкомпьютеры и серверы.