Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника

The approach to solving tasks on creation of information protection system under the conditions of the attacker’s attacks of complex nature and the limited resources of the defender for the construction of information protection system is proposed. In terms of the game theory the model based on the...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автори:	Glushak, V. V., Novikov, O. M.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2013
Онлайн доступ:	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45842
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	System research and information technologies
Завантажити файл:

Репозитарії

System research and information technologies

_version_	1867334243056615424
author	Glushak, V. V. Novikov, O. M.
author_facet	Glushak, V. V. Novikov, O. M.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "V. V. Glushak", "institution": null }, { "author": "O. M. Novikov", "institution": null } ]
author_sort	Glushak, V. V.
baseUrl_str	http://journal.iasa.kpi.ua/oai
collection	OJS
datestamp_date	2018-03-30T15:14:54Z
description	The approach to solving tasks on creation of information protection system under the conditions of the attacker’s attacks of complex nature and the limited resources of the defender for the construction of information protection system is proposed. In terms of the game theory the model based on the formula of information security risk and conflicting relationship between the attacker and the defender, is built. An optimization problem on minimizing the cost for protection system construction, if there are information about the attacker and the system vulnerabilities, is formed on the basis of developed model. The algorithm of problem solution on the basis of methods of the expert evaluation to get basic data, game theory, mathematical programming is developed. The result of solution of this problem is the optimal set of protection mechanisms, which will provide the maximum level of security (minimum value of information security risk) at the established limitations. On the distributed information and communication system, the calculation of the optimal allocation of protection mechanisms for reaching the minimum value of risk is carried out and practical suitability of the developed approach is proved.
first_indexed	2025-07-17T10:19:07Z
format	Article
fulltext	© В.В. Глушак, О.М. Новіков, 2013 Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 89 УДК 004.942 СИНТЕЗ СТРУКТУРИ СИСТЕМИ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОЗИЦІЙНОЇ ГРИ ЗАХИСНИКА ТА ЗЛОВМИСНИКА В.В. ГЛУШАК, О.М. НОВІКОВ Запропоновано підхід до вирішення задачі зі створенню системи захисту інформації за умови комплексного характеру атак зловмисника та обмеженості ресурсів захисника на побудову системи захисту. У термінах теорії ігор, побу- довано модель в основі якої є формула ризику інформаційної безпеки та конфліктні взаємовідносини між зловмисником та захисником. За розробленою моделлю сформовано оптимізаційну задачу по зменьшенню витрат на побудо- ву системи захисту за умови наявності інформації про зловмисника та наявних у системі вразливостях. Розроблено алгоритм розв’язання поставленої пробле- ми на основі методів експертної оцінки для отримання вихідних даних, теорії ігор та математичного програмування. Результатом розв’язання поставленої задачі є оптимальний набір механізмів захисту, що забезпечать максимальний рівень захищеності (мінімальне значення ризику інформаційної безпеки) за умови встановлених обмеженнь. На розподіленій інформаційно комунікаційній системі проведено розрахунок оптимального розміщення механізмів захисту для досягнення мінімального значення ризику та доведено практичну придатність розробленого підходу. ВСТУП Сучасні інформаційно-комунікаційні системи (ІКС) потребують захисту від атак зловмисників. Забезпечення безпеки інформації може бути досягнуто завдяки побудові системи захисту інформації (СЗІ), що представляє собою комплекс організаційних заходів, технічних і технологічних засобів, які пе- решкоджають несанкціонованому (незаконному) доступу до інформації. Під час побудови СЗІ необхідно враховувати дії зловмисника, який реалізує за- грози активам ІКС, шляхом організації атак: простих (одноетапних) або комплексних, що складаються з набору взаємозв’язаних етапів. Комплексну атаку можна розділити на 3 етапи: розвідка, проникнення (безпосередньо атака) та зачищення слідів атаки [1]. Побудова системи захисту інформації (СЗІ) для протидії протиправним діям зловмисника — це складна процедура, яка може проводитись на основі формального або неформального підходів. На сьогодні розроблено ряд емпіричних та формальних методів, що вирішують поставлену задачу син- тезу (побудови) СЗІ, метою якої є забезпечення ефективного захисту від зловмисника. Серед формальних методів забезпечення захисту структурно- складних систем широке застосування отримав логіко-ймовірнісний підхід, розроблений та розвинутий у роботах О.С. Можаєва, І.А. Рябініна, Г.М. Черкасова, Є.Д. Солженцева та інших [2]. Результати використання даного підходу для задач інформаційної безпеки наведено в роботах О.М. Новікова, А.М. Родіонова, А.О. Тимошенко та інших [3–5]. В.В. Глушак, О.М. Новіков ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 90 Метою процедури побудови СЗІ є формування набору механізмів за- хисту, що відповідають заданим вимогам до ефективності протидії зловмис- нику. Ця процедура складається з етапів аналізу системи, вибору механізмів захисту та оцінки ефективності. Якщо на етапі оцінки СЗІ виявлено її недос- татню ефективність, процес вибору механізмів повторюється поки не буде вирішено поставленої задачі. Якість синтезу структури СЗІ залежить від кваліфікованості розробни- ка. Для мінімізації впливу розробника застосовуються підходи, що базують- ся на формальних методах синтезу, зокрема, математичному програмуванні та дослідженні операцій [1–4]. При зіткненні інтересів захисника та зловмисника, сторони намагають- ся досягти протилежних цілей маючи у своєму арсеналі певні набори аль- тернативних рішень, щодо впливу на ІКС. Формалізовані конфліктні ситуації представляють собою математичну модель (гру), синтез якої доцільно проводити з використанням апарату теорії ігор та методів матема- тичного програмування, який забезпечить оптимальність отриманого рішення з гарантованим рівнем надійності. Існуючі формальні підходи до моделювання та синтезу систем інформаційної безпеки присвячені розгляду переважно статичних випадків цих задач, які враховують прості (одноетапні) атаки [1]. Зважаючи на те, що атака зловмисника зазвичай комплексна, актуальною є задача протидії зло- вмиснику в умовах таких атак. Існує велика кількість методів для моделювання динамічних систем та процесів, що в них відбуваються. Вибір тих чи інших методів залежить від повноти інформації про систему та її складність. Традиційним є підхід, що передбачає представлення системи у вигляді диференціальних рівнянь, які описують закони функціонування системи. У такому випадку задачею мо- делювання є визначення стану системи за відомих параметрів та впливах на цю систему [6–7]. Побудова такої моделі потребує повну інформацію щодо функціонування ІКС та процесів в ній, у тому числі опис СЗІ. Проте під час побудови систем захисту інформації доводиться діяти в умовах невизначеності, де вихідні дані задаються набором ймовірностей здійснення тих чи інших подій. Побудова СЗІ передбачає прийняття рішень в умовах невизначеності, враховуючи конфліктні взаємовідносини суб’єктів системи, за наявності інформації про стани системи, можливі рішення (стратегії) та «виграші» від обраних рішень. Моделювання описаних процесів та пошук оптимальних рішень доцільно проводити з використанням математичного апарату теорії ігор. Один із класів ігр, що описують конфліктні ситуації, динаміка який впливає на поведінку гравців, є позиційні ігри [7]. Процес гри представляє собою перехід від одного стану гри до іншого, що відбувається шляхом ви- бору гравцями дії із множини доступних альтернатив. Для описаних задач, теорія ігор знайшла широке практичне застосування в різних сферах народ- ного господарства, у тому числі в економіці, інформаційних технологіях, промисловості та військовій справі [8–9]. Актуальною задачею є мінімізація витрат на побудову СЗІ, за необхідності забезпечити необхідний рівень захищеності. Зазначений критерій може бути виведено із розробленої в термінах теорії ігор моделі. Cинтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 91 Мета роботи — розробка підходу до синтезу структури системи захис- ту інформації в ІКС із використанням теорії ігор та забезпечення необхідного рівня захищеності із використанням мінімуму витрат на СЗІ, за умови комплексного характеру атак зловмисника. ОПИС СИСТЕМИ Об’єктом дослідження є розподілена ІКС із відкритою архітектурою, яка складається із C взаємодіючих компонентів, що приймають участь в обробці інформації. Кожен компонент описується набором характеристик, серед яких технологія обробки інформації, операційне середовище та інші. Вказані параметри компонентів складають їх цінність для системи, яка буде позначатися через .cq Враховуючи особливості обчислювального середовища, кожен із ком- понентів є вразливим до певних загроз із A допустимих загроз. Будемо до- пускати, що інформація про архітектуру ІКС є відкритою та відомою учас- никам конфлікту. Крім того, задана ймовірність успішної реалізації загрози a проти компоненту системи ,c а також ймовірність нейтралізації загрози, встановленням механізмів захисту .p Таким чином, на ефективність прийня- тих зловмисником чи захисником рішення впливають випадкові фактори, що необхідно врахувати при моделюванні. ПОЗИЦІЙНА ГРА «ЗАХИСНИК–ЗЛОВМИСНИК» Побудова СЗІ розглядається як антагоністична гра двох гравців із повною інформацією, при чому сторони діють в умовах ризику. У такій грі ходи мо- жуть бути детермінованими та випадковими. Детерміновані ходи є свідомим вибором стратегії дій гравців серед наявних альтернатив (варіантів рішень). Рішення зловмисника визначає, яку розвідку чи загрозу a йому реалізовувати проти якого із компонентів .c Набір альтернатив можна пред- ставити у вигляді матриці }{ acyY = , що складається із булевих елементів, причому 1=acy означає рішення, щодо реалізації загрози a проти компо- ненту .c Вибір стратегії захисника передбачає встановлення механізму захисту Pp ,...,2,1= у компоненті .c Набір його альтернатив будемо описувати мат- рицею булевих елементів }{ cpxX = , причому 1=cpx означає рішення, щодо встановлення механізму захисту p у компоненті .c Випадковий хід представляє собою вибір, що здійснюється під впливом випадкових факторів, а не конкретним гравцем. Набір таких факторів у теорії ігор називають «природою» — додатковим гравцем, що робить свої ходи випадково. Наприклад, під час перебору паролів існує не нульова ймовірність підбору правильного пароля або з іншої сторони, під час вста- новлення системи виявлення вторгнень існує ненульова ймовірність вияв- лення протиправних розвідувальних дій зловмисника (як то сканування портів). При цьому для кожного стохастичного ходу задається розподіл ймовірностей на множині всіх альтернатив «природи». В.В. Глушак, О.М. Новіков ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 92 Будемо вважати, що «природа» впливає на рішення, які прийняв як зловмисник так і захисник. Позначимо через ach ймовірність успіху зло- вмисника під час розвідки або реалізації загрози a проти компоненту ІКС .c Тоді через apd позначимо ймовірність виявлення або нейтралізацію загрози ,a під час встановлення механізму захисту .p Ситуація, в якій опиняються гравці в результаті своїх ходів, називається позицією. Множину всіх позицій можна розбити на такі підмножини: • позиції, що належать зловмиснику, в кожній із яких він робить вибір однієї із альтернатив, що доступні йому; • позиції, що належать захиснику, в кожній із яких він робить вибір серед доступних йому альтернатив. У теорії окремо виділяють позиції із випадковими ходами, проте в запропонованій моделі випадкові ходи «природи» безпосередньо пов’язані з детермінованими ходами обох гравців і будуть розглядатися разом. Таким чином, застосовуючи кожну із стратегій чи то зловмисником чи захисником існує ненульова ймовірність успіху (провалу) обраної стратегії в обраному обчислювальному середовищі, за заданої апріорної ймовірності успіху обраної події. ЦІЛЬОВА ФУНКЦІЯ Відносини між захисником та зловмисником можуть бути формалізовані з використанням функції ризику. Зловмисник завдаючи збитків системі намагається максимізувати ризик. У той же час, захисник, протидіючи зло- вмиснику, встановлює механізми захисту, прагнучи зменьшити ризик до нуля. В умовах обмеженості фінансових та технічних ресурсів, за заданої моделі зловмисника, захиснику необхідно розподілити засоби та заходи за- хисту, таким чином щоб ризик в ІКС був мінімальним. У термінах теорії ігор функція ризику виступає платіжною функцією. Кількісною величиною для оцінки ризиків є завданий збиток cQ , що виражається у вигляді витрат та неотриманої вигоди. Таким чином значення збитку cQ спричинене певному компоненту c еквівалентне цінності цього компонента cq для функціонування системи вцілому. У подальшому будемо вважати ці величини тотожніми. У загальному вигляді співвідношення для функції ризику інформа- ційної безпеки acR можна записати як добуток ймовірності ~ acP реалізації загрози a та завданому збитку за реалізації цієї загрози cQ . Також введемо змінну acV , що описує ймовірність нейтралізації загрози з використанням встановлених додаткових механізмів захисту [4]: ).1(~ accacac VQPR −= (1) Однією із особливостей протистояння між захисником та зловмисни- ком є динамічний характер, так як атаці зазвичай передує спостереження за Cинтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 93 системою та розвідка, які необхідно враховувати в моделі. Таким чином стан конфліктної ситуації може змінюватися з часом. Приймемо, що атака зловмисника складається з K етапів, причому збиток буде завданий, якщо всі етапи завершено успішно. У такому випадку, ймовірність реалізації загрози можна представити як добуток ймовірностей успішної реалізації кожного з етапів ~k acP . Тоді, відповідно, співвідношення ризику має враховувати ймовірності реалізації загрози на кожному з етапів: .)1( 1 ~~ ∏ = −= K k acc k acac VQPR (2) Співвідношення (2) відображає динамічний характер поведінки систе- ми, стан якої змінюється під дією кожної із сторін. Враховуючи поетапність проведення атаки, відносини захисника та зловмисника будемо описувати із використанням позиційної гри, в якій учасники роблять по черзі ходи, нама- гаючись досягнути максимальної для себе вигоди. У відповідності до етапів комплексної атаки, можна виділити такі кроки позиційної гри: • Зловмисник проводить розвідку. Метою даного етапу є аналіз, вив- чення та пошук вразливостей в системі захисту для проведення атаки. По- шук вразливостей може здійснюватися пасивними або активними методами. Під час активного пошуку, зловмисник ризикує бути виявленим (етап 2), оскільки він впливає на діяльність системи (наприклад сканування портів, підбір пароля). Пасивний пошук є меньш ефективним, проте більш безпеч- ним для зловмисника, оскільки при цьому відбувається збір інформації без втручання в роботу системи (прослуховування мережі по UDP протоколу). Задачею захисника на цьому етапі є попередити можливу атаку, шляхом нейтралізації вразливостей та виявленню зловмисника. • Зловмисник проводить атаку. Використовуючи виявлену вразливість, зловмисник знешкоджує систему захисту та проводить безпосередню атаку (третій етап). На цьому етапі порушується одна або декілька фундаменталь- них властивостей інформації (конфіденційність, цілісність, доступність). Захисник застосовує наявні заходи та засоби захисту для нейтралізації не- бажаних дій. • Зловмисник приховує сліди. Завершальним етапом атаки є знищення слідів, що можуть викрити зловмисника (зачищення журналів реєстрації подій, видалення тимчасових даних, тощо). Гра може завершитися на одному із ранніх етапів, якщо захиснику вда- сться виявити та знешкодити зловмисника, або на останньому етапі, якщо атаку проведено успішно. Таким чином апріорні ймовірності, щодо реалізації загроз k ach та їх нейтралізації k apd можуть змінюватися з часом, і тому мають бути задані для кожного з етапів .k Як було зазначено, платіжна (цільова) функція виражається через ризик інформаційної безпеки, що зловмисник намагається збільшити, а захисник зменьшити. Зловмисник обираючи стратегію дій оперує ймовірністю реалі- зації загроз: k ac k ac k ac yhP ~ = та потенційним збитком cc qQ = при технічних обмеженнях на кількість одночасно реалізованих загроз .L Захисник може В.В. Глушак, О.М. Новіков ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 94 зменьшити ризик завдяки встановленню додаткових механізмів захисту: ∑= p k cp k apac xdV . Якщо ,1=acV то компонент c повністю захищений від загрози a , тому щоб не допустити встановлення надлишкових засобів та заходів захисту вводиться обмеження .1≤acV Крім того, у захисника обмежені ресурси W на реалізацію механізмів захисту p , вартість кожного з яких дорівнює pw . Підставивши визначені змінні в (2) та врахувавши мету захисника та зловмисника можна записати цільову функцію: .1*maxmin 1 1 1 1 ∏∑∑ ∑ = = = = ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −= K k A a C c P p k cp k apc k ac k ac yx xdqyhR (3) За наступних обмежень: , ,, Ly kca k ac ≤∑ , ,, Wxw kpc k cpp ≤∑ ,1* ≤∑ p k cp k ap xd }1,0{=k cpx , }.1,0{=k acy Безкоаліційну гру зловмисника та захисника можна записати в нормальній формі як: ,};,{};2,1{~ RYXSIG == (4) де I — множина номерів гравців, S — множина допустимих стратегій гравців, а R — критерій виграшу. За умови скінченної кількості етапів позиційна гра зловмисника та за- хисника розглядається як статична задача. Першим кроком розв’язання нелінійної задачі (3) передбачається перехід до двоїстої, шляхом введення змінної θ та зафіксувавши значення стратегій захисника :x ,min∏∑= k ac k acR θ θ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ −≥ ∑ p k cp k apc k ac k ac xdqh 1θ , Wxw kpc k cpp ≤∑ ,, , ,1* ≤∑ p k cp k ap xd .0≥k acθ (5) Подальший розв’язок задачі (5) відбувається з використанням методу гілок та границь [11]. У результаті розв’язання отримуємо оптимальний на- бір рішень захисника k cpx та зловмисника , k acy які в теорії ігор складають рівновагу за Нешем. АЛГОРИТМ Таким чином побудову СЗІ згідно розробленого підходу можна розділити на такі кроки: Cинтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 95 1. Збір та аналіз вихідної інформації з використанням методів експертної оцінки. • Аналіз структури ІКС, визначення кількості її компонентів c та інформаційних потоків між ними, оцінка цінності компонентів для функціонування системи. Результатом даного етапу є вектор цінностей cq , який виражає потенційні збитки для кожного із компонент системи. • Аналіз вразливостей, що характерні для систем із обраною ар- хітектурою та технологіями. • Аналіз загроз, що можуть бути реалізовані використовуючи наявні вразливості. При складанні моделі загроз необхідно врахувати, що зловмис- ник проводить комплексну атаку, виявляючи слабкі місця для нанесення максимального збитку. Результатом даного етапу є набір ймовірностей k ach . • Визначення релевантних механізмів захисту p та ймовірність нейтралізації загроз a з їх використанням k apd . 2. Синтез структури системи захисту інформації. Підставляємо отримані на першому кроці вихідні дані в модель (3). У результаті розв’язання одержаної задачі з використанням симплекс методу, отримаємо відносне значення ризику R , а також набір механізмів захисту, що буде оп- тимальним під час протистояння. ПРИКЛАД ПОБУДОВИ СИСТЕМИ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ Розглянемо розподілену ІКС банку, що забезпечує передачу, обробку та збереження фінансових та персональних даних клієнтів. Припустимо, що банк діє на території Київської області та має представництва c у всіх районних центрах, а також у містах обласного підпорядкування. Центральне відділення, що координує роботу всієї установи знаходиться у столиці. Таким чином, система складається із 30,...,2,1=c компонентів, які взаємодіють між собою. Задача полягає в побудові системи захисту інформації для описаної ІКС, які забезпечить конфіденційність, цілісність та доступність даних. Допускається, що інформація про технології обробки інформації та обчис- лювальне середовище є доступною і може потрапити до зловмисника. Крім того, важливою вимогою є врахування характеру зловмисника, що може проводити атаки у декілька етапів. Для вирішення поставленої задачі необхідно формалізувати систему, що підлягає захисту, в тому числі: • провести оцінку потенційних втрат для кожного сегмента системи cq ; • провести аналіз та створити модель порушника та атак, з урахуван- ням зазначених вимог, що буде включати можливі загрози a та ймовірність їх реалізації ach ; • провести аналіз та реалізувати модель захисту де будуть обрані механізми захисту здатні протистояти зловмисникові. Основні рішення, щодо побудови системи захисту, приймаються на етапі розробки політики безпеки. Саме тоді проводиться аналіз загроз та В.В. Глушак, О.М. Новіков ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 96 вразливостей, складається модель порушника та обираються механізми, що забезпечать захист від нього. Під час обрання засобів та заходів захисту доцільно використовувати математичні засоби для синтезу структури сис- теми захисту таким чином, щоб досягнути мінімального ризику. Результа- том розробки політики безпеки є формалізована модель зловмисника та сформовані вимоги до СЗІ, в тому числі обрані механізми захисту. ВИЗНАЧЕННЯ ЦІННОСТЕЙ КОМПОНЕНТ СИСТЕМИ На першому етапі побудови СЗІ проводимо аналіз системи та виділяємо її компоненти .c Необхідно визначити цінність cq компонентів системи ,c яка в подальшому буде викори- стовуватися для оцінки можли- вих збитків. Успішна реалі- зація загрози проти одного із компонентів системи призведе до фінансових втрат, що еквіва- лентні цінності цього компонен- та для функціонування системи вцілому. За відсутності статистич- них даних та фінансових звітів, припустимо, що завданий зби- ток cq пропорційний кількості клієнтів (населенню району) атакованої філії (табл. 1). МОДЕЛЬ ПОРУШНИКА ТА ЗАГРОЗ Невід’ємним етапом створення політики безпеки є формування моделі порушника. З огляду на поставлену задачу, необхідно передбачити захист від зовніш- ніх порушників з високою кваліфікацією, що оснащені необхідними програмними та апаратними засобами для від- даленої реалізації загроз ІБ та метою яких є: отримання дос- тупу до конфіденційної інфор- мації; отримання можливості вносити зміни в інформаційні потоки у відповідності зі своїми намірами; нанесення збитків шляхом знищення інформаційних цінностей. Т а б л и ц я 1 . Компоненти системи c та їх цінності cq Філіал системи c Цінність cq Київ 2799875 Баришівка 41287 Березань 17367 Біла Церква 255631 Богуслав 40602 Бориспіль 108633 Бородянка 57790 Бровари 163839 Васильків 70705 Васильків 39722 Вишгород 228015 Володарка 23384 Згурівка 22671 Іванків 35374 Ірпінь 101761 Кагарлик 37791 Красятичі 7567 Макарів 47915 Миронівка 40488 Обухів 71606 Переяслав-Хмельницький 67892 Ржищів 8447 Рокитне 36400 Сквира 44267 Славутич 24402 Ставище 28327 Тараща 36352 Тетіїв 37098 Фастів 88976 Яготин 40822 Cинтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 97 Знаючи характерні ознаки порушника та його ціль, можна обрати типові загрози інформаційній безпеці a , використовуючи які, він зможе до- сягнути поставленої мети. Розроблений підхід розглядає атаку як динамічний процес, тому необхідно розділити загрози на етапи k у послідовності як вони будуть реалізовуватися порушником. Згідно вище зазначеного підходу розділимо процес реалізації загрози на 3 етапи (табл. 2). Т а б л и ц я 2 . Загрози інформаційній безпеці a та ймовірності їх виник- нення ah Етап k № Загрози a Ймовірності реалізації ah 1 Розвідка 1 Сканування мережі 0,6 2 Використання сканерів вразливості 0,7 3 Аналіз протоколів 0,3 2 Проникнення 4 Віддалене проникнення 0,4 5 Підбір паролів 0,6 6 «Троянський кінь» 0,8 7 Підміна об’єкта 0,9 3 Реалізація мети 8 Модифікація даних 0,9 9 Відмова від авторства 0,7 10 Розголошення інформації 0,5 11 Відмова в обслуговуванні 0,9 12 Підвищення привілеїв 0,8 Зазвичай розглядається також етап зачищення слідів, проте в рамках цього прикладу він розглядатися не буде, оскільки успішність його не впливає на збиток нанесений системі, проте є актуальним під час реагування на інцидент інформаційної безпеки та виявленню зловмисника. Допускається, що в кожному із компонентів системи c використову- ються однакові технології обробки інформації, а значить є вразливості до вказаних загроз інформації, причому ймовірність реалізації загрози проти кожного з компонентів однакова ., aac hhca =⇒∀∀ Для простоти приймаємо, що ймовірність реалізації загрози залежить безпосередньо від виду загрози, проте не залежить від особливостей компоненту системи, принаймні поки не буде реалізована СЗІ. МОДЕЛЬ ЗАХИСТУ Наступним етапом розробки політики безпеки є обрання механізмів захисту, орієнтуючись на модель загроз та архітектуру обчислювального середови- В.В. Глушак, О.М. Новіков ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 98 ща. Методом експертної оцінки визначається ефективність apd кожного із механізмів захисту p проти наявних загроз a в системі, а також вартість їх реалізації pw (табл. 3). Кожен із механізмів захисту p забезпечує певний рівень захищеності. СИНТЕЗ СТРУКТУРИ СИСТЕМИ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ Зібравши необхідні дані, можна переходити до розв’язання поставленої задачі, а саме визначення структури системи захисту інформації, яка забез- печить мінімальне значення ризику інформаційної безпеки (2). Безпосеред- ньо синтез СЗІ здійснюється з використанням співвідношення (3), результа- том якого є набір механізмів захисту }{p для кожного компоненту системи. Кількість можливих комбінацій, що аналізуються моделлю рівна ,10*3 5 тому, розв’язуючи цю задачу з експоненціальної складністю, використову- валися автоматизовані математичні пакети. У табл. 4 надано рішення поставленої задачі для трьох різних випадків — за різних витрат на СЗІ .W У випадку витрат, що дорівнюють 600 одиниць, забезпечується зниження ризику до 17% від його значення за відсутності будь-якого захисту. У разі посилення системи захисту значення ризику знижується до 11% та 6% за витрат 800 та 1000 одиниць відповідно (табл. 5). Для різних вихідних даних отримано набори механізмів захисту, що за- безпечую мінімальний ризик при заданих обмеженнях (ресурси на побудову СЗІ). Таким чином, на прикладі побудови СЗІ для ІКС фінансової установи показано практичну придатність розробленого підходу. Набір проведених експериментів показав, що запропонована модель є адекватною для синтезу Т а б л и ц я 3 . Ймовірності apd нейтралізації загрози a механізмом захис- ту p та вартість реалізації даного механізму pw Індекси загроз інформаційній безпеці a № Механізми захисту p 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Вартість pw 1 Розмежування доступу 0,3 0,3 0,1 0,7 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,9 15 2 Ідентифікація та автентифікація 0,4 0,1 0,1 0,2 0,8 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 10 3 Криптографічні функції 0,3 0,2 0,1 0,1 0,3 0,2 0,1 0,7 0,7 0,8 0,1 0,1 20 4 Забезпечення цілісності 0,1 0,3 0,1 0,2 0,1 0,1 0,2 0,9 0,9 0,1 0,2 0,2 5 5 Антивірусний захист 0,1 0,4 0,1 0,1 0,1 0,8 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 10 6 Система виявлення вторгнень 0,7 0,9 0,3 0,2 0,1 0,3 0,8 0,1 0,3 0,1 0,7 0,1 30 Cинтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри … Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 2 99 структури системи захисту інформації і може застосовуватися в системах підтримки прийняття рішень ІБ. Т а б л и ц я 4 . Встановлені механізми захисту Компонент системи c Сукупність механізмів захисту }{ cpx Компонент системи c Сукупність механізмів захисту }{ cpx Виділені ресурси (W ) 600 800 1000 Виділені ресурси (W ) 600 800 1000 Київ 12356 123456 123456 Богуслав 146 146 146 Біла Церква 1236 1236 12346 Миронівка 146 146 146 Вишгород 136 1236 12346 Васильків 126 146 126 Бровари 136 1236 12346 Кагарлик 126 146 126 Бориспіль 136 1236 1236 Тетіїв 126 146 126 Ірпінь 136 1236 1236 Рокитне 126 146 126 Фастів 136 136 1236 Тараща 126 126 126 Обухів 136 136 1236 Іванків 126 126 126 Васильків 136 136 1236 Ставище 126 126 126 Переяслав- Хмельницький 136 136 136 Славутич 126 125 126 Бородянка 146 136 136 Володарка 126 125 126 Макарів 146 136 136 Згурівка 25 125 123 Сквира 146 136 136 Березань 25 25 125 Баришівка 146 146 136 Ржищів 25 25 125 Яготин 146 146 146 Красятичі 24 25 25 Т а б л и ц я 5 . Загальний ризик Виділені ресурси (W ) 600 800 1000 Загальний ризик ІБ ( R ) 0,17 0,11 0,06 ВИСНОВКИ У статті запропоновано підхід до вирішення проблеми побудови системи захисту інформації за умови обмеженості ресурсів та розроблено алгоритм його реалізації на основі методів експертної оцінки, теорії ігор та мате- матичного програмування. Ключовою відмінністю підходу є розгляд поставленої задачі за умов комплексної атаки зловмисника, тобто такої де його поведінка змінюється з часом. Використання математичного апарату теорії ігор, у тому числі максимінної стратегії, забезпечує отримання мінімального гарантованого значення ризику інформації, що відрізняє роз- роблений підхід від методів експертної оцінки. Практичну придатність розробленого підходу було показано на прикладі побудови системи захисту для розподіленої інформаці комуніка- ційної системи. У результаті застосування розробленої моделі синтезовано В.В. Глушак, О.М. Новіков ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 2 100 структуру СЗІ та отримано розподіл механізмів захисту між компонентами системи обробки фінансової інформації. Розроблений підхід є гнучким, що дозволяє змоделювати поведінку порушників різного типу, а також для випадків, коли порушник циклічно повторює атаки. Подальший розвиток підходу може бути направлений на аналіз ситуацій із неповною інформацією, для випадків коли одна або обидві конфліктуючі сторони не мають інформації про виконані ходи суперника. ЛІТЕРАТУРА 1. Грайворонський М.В., Новіков О.М. Безпека інформаційно-комунікаційних сис- тем. — К.: BHV, 2009. — 608 c. 2. Рябинин И.А. Научная Школа «Моделирование и Анализ Безопасности и Риска в Сложных Системах» и ее смысл // Труды четвертой Международной науч- ной школы МА БР 2004, июнь 22–25, 2004. — 650 с. 3. Родіонов А.М. Логіко-імовірнісна модель захищеності компонентів інформа- ційно-комунікаційних систем // Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. — 2008. — № 1 (11). — С. 170–175. 4. Глушак В.В., Новіков О.М. Метод проектування систем захисту інформації з використанням детермінованої гри «захисник-зловмисник» // Наукові вісті НТУУ «КПІ». — 2011. — № 2. — С. 46–53. 5. Архипов А.Е. Технологии експертного оценивания в задачах защиты информа- ции // Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія: міжнар. наук.- техн. журн. — 2005. — № 1. — С. 89–94. 6. Суздаль В.Г. Теория игр для флота. — Москва.: Воениздат, 1976. — 317 с. 7. Понтрягин Л.С. Линейная дифференциальная игра убегания // Труды Матема- тического института АН СССР, Т. 112. — 1971. — М.: Наука. — С. 30–63. 8. Ishai Menache, Eitan Altmany Battery-State Dependent Power Control as a Dynamic Game // Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc, and Wireless Networks and Workshops. — 2008. — WiOPT 2008. 6th International Symposium on. — Berlin. — P. 242–250. 9. Мулен Э. Теория игр с примерами из математической экономики. — Москва: Мир, 1985. — 200 с. 10. Brown G., Carlyle M., Salmeron J., Wood K. Defending critical infrastructure // In- terfaces. J. — 2006. — 36. — P. 530–544. 11. Quesada I., Grossmann I.E. An LP/NLP Based Branch and Bound Algorithm for Convex MINLP Optimization Problems // Computers Chem. Eng. — 1992.— 16 (10/11). — http://repository.cmu.edu/cgi/viewcotent.cgi? artcle=1176&context= cheme. Надійшла 24.02.2012
id	journaliasakpiua-article-45842
institution	System research and information technologies
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2025-07-17T10:19:07Z
publishDate	2013
publisher	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
record_format	ojs
resource_txt_mv	journaliasakpiua/2a/86bbaa0efe5103bb91ecf80a626a242a.pdf
spelling	journaliasakpiua-article-458422018-03-30T15:14:54Z Synthesis of the structure of the information protection system with the use of positional game of the defender and attacker Синтез структуры системы защиты информации с использованием позиционной игры защитника и злоумышленника Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника Glushak, V. V. Novikov, O. M. The approach to solving tasks on creation of information protection system under the conditions of the attacker’s attacks of complex nature and the limited resources of the defender for the construction of information protection system is proposed. In terms of the game theory the model based on the formula of information security risk and conflicting relationship between the attacker and the defender, is built. An optimization problem on minimizing the cost for protection system construction, if there are information about the attacker and the system vulnerabilities, is formed on the basis of developed model. The algorithm of problem solution on the basis of methods of the expert evaluation to get basic data, game theory, mathematical programming is developed. The result of solution of this problem is the optimal set of protection mechanisms, which will provide the maximum level of security (minimum value of information security risk) at the established limitations. On the distributed information and communication system, the calculation of the optimal allocation of protection mechanisms for reaching the minimum value of risk is carried out and practical suitability of the developed approach is proved. Предложен подход к решению задачи по созданию системы защиты информации при условии комплексного характера атак злоумышленника и ограниченности ресурсов защитника на построение системы защиты информации. В терминах теории игор построена модель в основе которой находится формула риска информационной безопасности и конфликтные взаимоотношения между злоумышленником и защитником. По разработанной модели сформирована оптимизационная задача по минимизации затрат на построение системы защиты при наличии информации о злоумышленнике и присутствующих в системе уязвимостях. Разработан алгоритм решения поставленной проблемы на основе методов экспертной оценки для получения исходных даних, теории игр и математического программирования. Результатом решения указанной задачи является оптимальный набор механизмов защиты, которые обеспечат максимальный уровень защищенности (минимально значения риска информационной безопасности) при установленных ограничениях. На распределенной информационно коммуникационной системе проведен расчет оптимального размещения механизмов защиты для достижения минимального значения риска и доказана практическая пригодность разработанного подхода. Запропоновано підхід до вирішення задачі зі створенню системи захисту інформації за умови комплексного характеру атак зловмисника та обмеженості ресурсів захисника на побудову системи захисту. У термінах теорії ігор, побудовано модель в основі якої є формула ризику інформаційної безпеки та конфліктні взаємовідносини між зловмисником та захисником. За розробленою моделлю сформовано оптимізаційну задачу по зменьшенню витрат на побудову системи захисту за умови наявності інформації про зловмисника та наявних у системі вразливостях. Розроблено алгоритм розв’язання поставленої проблеми на основі методів експертної оцінки для отримання вихідних даних, теорії ігор та математичного програмування. Результатом розв’язання поставленої задачі є оптимальний набір механізмів захисту, що забезпечать максимальний рівень захищеності (мінімальне значення ризику інформаційної безпеки) за умови встановлених обмеженнь. На розподіленій інформаційно комунікаційній системі проведено розрахунок оптимального розміщення механізмів захисту для досягнення мінімального значення ризику та доведено практичну придатність розробленого підходу. The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2013-06-19 Article Article application/pdf https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45842 System research and information technologies; No. 2 (2013); 89-100 Системные исследования и информационные технологии; № 2 (2013); 89-100 Системні дослідження та інформаційні технології; № 2 (2013); 89-100 2308-8893 1681-6048 uk https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45842/42016 Copyright (c) 2021 System research and information technologies
spellingShingle	Glushak, V. V. Novikov, O. M. Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника
title	Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника
title_alt	Synthesis of the structure of the information protection system with the use of positional game of the defender and attacker Синтез структуры системы защиты информации с использованием позиционной игры защитника и злоумышленника
title_full	Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника
title_fullStr	Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника
title_full_unstemmed	Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника
title_short	Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника
title_sort	синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника
url	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/45842
work_keys_str_mv	AT glushakvv synthesisofthestructureoftheinformationprotectionsystemwiththeuseofpositionalgameofthedefenderandattacker AT novikovom synthesisofthestructureoftheinformationprotectionsystemwiththeuseofpositionalgameofthedefenderandattacker AT glushakvv sintezstrukturysistemyzaŝityinformaciisispolʹzovaniempozicionnojigryzaŝitnikaizloumyšlennika AT novikovom sintezstrukturysistemyzaŝityinformaciisispolʹzovaniempozicionnojigryzaŝitnikaizloumyšlennika AT glushakvv sintezstrukturisistemizahistuínformacíízvikoristannâmpozicíjnoígrizahisnikatazlovmisnika AT novikovom sintezstrukturisistemizahistuínformacíízvikoristannâmpozicíjnoígrizahisnikatazlovmisnika

Синтез структури системи захисту інформації з використанням позиційної гри захисника та зловмисника

Репозитарії

Схожі ресурси