CC BY
33
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ОНТОЛОГИЧЕСКОМУ ПРЕДСТАВЛЕНИЮ И
ГИБРИДНОМУ ХРАНЕНИЮ ДАННЫХ О СОБЫТИЯХ БЕЗОПАСНОСТИ В АСУ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Котенко Игорь Витальевич
д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией проблем компьютерной безопасности Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН), РФ, г. Санкт-Петербург
E-mail: ivkote@comsec.spb.ru Саенко Игорь Борисович д-р техн. наук, профессор, вед. научн. сотрудник лаборатории проблем компьютерной безопасности Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН), РФ, г. Санкт-Петербург
E-mail: ibsaen @comsec.spb.ru
THE PROPOSALS ABOUT ONTOLOGICAL REPRESANTATION AND HYBRID DATA STORAGE FOR SECURITY EVENTS IN THE AUTOMATED CONTROL SYSTEM OF RAILWAY TRANSPORT
Kotenko Igor Vitalievich
ph.D, Professor, Head of Laboratory of Computer Security Problems, St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of RAS (SPIIRAS), Russia St. Petersburg
Saenko Igor Borisovich
ph.D., Professor, Leading research scientist of Laboratory of Computer Security Problems, St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of RAS (SPIIRAS),
Russia St. Petersburg
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 13-01-00843, 13-0713159, 14-07-00697) и программы фундаментальных исследований ОНИТРАН
АННОТАЦИЯ
В статье приводится описание гибридного онтологического подхода к построению информационного хранилища для системы управления и мониторинга комплексной безопасностью в АСУ железнодорожного транспорта. Рассматривается задача онтологического моделирования предметной области комплексной безопасности на транспорте. Предлагаются принципы построения архитектуры гибридного онтологического информационного хранилища. Обсуждаются результаты его реализации и использования при моделировании атак.
ABSTRACT
The paper describes the hybrid ontology approach to building a data warehouse for integrated management and monitoring system in the automated control system of railway transport. The problem of ontological modeling of complex transport security domain is considered. The principles for architecture design are proposed for hybrid ontological information storage. The results of its implementation and use in attack modeling are discussed.
Ключевые слова: онтология; хранилище данных; событие безопасности; железнодорожный транспорт; управление безопасностью.
Keywords: ontology; data storage; security event; rail transport; security management.
В настоящее время обеспечение комплексной безопасности на железнодорожном транспорте (ЖТ) тесно связывается с информационной безопасностью АСУ ЖТ, в состав которой входит множество автоматизированных информационных и аналитических системах, а к числу наиболее значимых угроз все в большей степени относятся угрозы со стороны внутренних пользователей — «инсайдеров». Большое число пользователей и прикладных программ, имеющих доступ к защищаемым ресурсам АСУ ЖТ, высокая динамика изменения состава ресурсов в процессе ее функционирования, необходимость эффективного комплексного использования разнородных средств и механизмов управления безопасностью информации — все это приводит к тому, что задача обнаружения уязвимостей и попыток нарушения безопасности, а также противодействия компьютерным атакам существенно усложняется по сравнению с традиционными системами.
Одним из направлений решения данной проблемы является создание развитой системы управления и мониторинга комплексной безопасностью ЖТ, в частности, основанной на концепции «управления информацией и событиями безопасности» (Security Information and Event Management, SIEM) [3, с. 69]. Одной из важнейших задач, решаемых для построения такого рода систем,
является сбор данных о событиях безопасности и их централизованное хранение в удобной форме в информационном хранилище [4, с. 31].
Данная задача позволяет реализовать в рамках АСУ ЖТ интеллектуальное многоуровневое информационное пространство. Для его создания предлагается использовать современные языки управления и представления онтологий (RDF, OWL, SWRL и другие), позволяющие моделировать предметную область АСУ ЖТ в онтологическом виде [5, с. 104].
Онтологический подход в настоящее время рассматривается как альтернативный реляционному, но достаточно эффективный способ представлению данных в системах обработки информации сложной структуры. Онтология, используя средства дескрипционной логики, позволяет значительно проще выражать сложные отношения между сущностями предметной области. Онтологическая модель данных и знаний представляется наиболее приемлемой для АСУ ЖТ в силу ее высокой гибкости и ввиду наличия достаточно большого числа программно-инструментальных средств ее реализации. Совместное онтологическое представление информации о состоянии транспортной инфраструктуры, метрик безопасности и возможных контрмер позволяет в реальном времени осуществлять выработку эффективных решений по предупреждению аварий на транспорте и ликвидации их последствий. Кроме того, математический аппарат, лежащий в основе онтологии, позволяет строить более точные запросы на выборку, и тем самым значительно ускорить время, затрачиваемое аналитическими модулями АСУ ЖТ на обработку данных.
Предлагается создавать онтологическое информационное хранилище для интеллектуального многоуровневого информационного пространства АСУ ЖТ на основе гибридного подхода, в основе которого лежат следующие два базовых принципа [6, с. 309; 7, с. 763]:
• архитектура онтологического информационного хранилища должна быть ориентирована на концепцию сервисно-орентированной архитектуры (Service-Oriented Architecture, SOA), которая обеспечивает как требуемую
независимость функциональных сервисов от сервисов передачи и представления информации, так и их высокую производительность;
• для реализации онтологического представления и его совместимости с традиционными базами данных целесообразно совместно применять различные средства моделирования данных и знаний — реляционные, XML и триплетные, где триплет представляет собой тройку вида «субъект-предикат-объект».
В соответствии с указанными принципами, архитектура гибридного онтологического информационного хранилища АСУ ЖТ может быть разделена на три основных слоя: слоя хранения, слоя представления и слоя сервисов.
Слой хранения включает различные виды хранилищ, такие как реляционное, триплетов и XML-ориентированное.
Слой представления охватывает все элементы, которые обеспечивают взаимодействие с пользователем. Основной особенностью слоя представления является отображение информации и интерпретация входных пользовательских команд с их конвертацией на соответствующие операции в контексте бизнес-логики и источника данных. Здесь обеспечивается: отображение данных, обработка событий, пользовательский интерфейс, сервисные HTTP-запросы, пакетное выполнение интерфейса типа «командная строка» и другие функции.
Слой сервисов является дополнительным слоем между слоем представления и слоем хранения. Он позволяет абстрагировать взаимодействие между одним или многими бизнес-объектами, потоками и сервисами посредством промежуточного API-интерфейса.
Для тестирования предлагаемых решений по построению гибридного онтологического хранилища в АСУ ЖТ был использован компонент разрабатываемой системы управления и мониторинга комплексной безопасностью, осуществляющий моделирование атак и анализ защищенности транспортной инфраструктуры [1, с. 179; 2, с. 28]. Для этой цели было реализовано хранилище в среде Virtuozo, которое взаимодействует с набором моделей атак [6, с. 311].
Результаты тестирования показали, что в гибридном онтологическом хранилище загрузка и выборка модельных данных происходили более точно и требовали значительно меньших вычислительных затрат. Следовательно, информационное хранилище АСУ ЖТ, реализованное с учетом предлагаемых в настоящей статье решений, обладает более высокой производительностью по сравнению с существующими в ходе решения сложных аналитических задач.
Список литературы:
1. Авраменко В.С., Козленко А.В. Модель для количественной оценки защищенности информации от несанкционированного доступа в автоматизированных системах по комплексному показателю // Труды СПИИРАН. — 2010. — № 13. — С. 172—181.
2. Котенко И.В., Полубелова О.В., Чечулин А.А. Построение модели данных для систем моделирования сетевых атак на основе онтологического подхода // Труды СПИИРАН. — 2013. — Вып. 3 (27). — С. 26—39.
3. Котенко И.В., Саенко И.Б. Предложения по созданию многоуровневой интеллектуальной системы обеспечения информационной безопасности автоматизированных систем на железнодорожном транспорте // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. Научно-технический журнал. — 2013. — № 3(51). — С. 68—78.
4. Котенко И.В., Саенко И.Б., Полубелова О.В., Чечулин А.А. Применение технологии управления информацией и событиями безопасности для защиты информации в критически важных инфраструктурах // Труды СПИИРАН. — 2012. — Вып. 1 (20). — C. 27—56.
5. Полубелова О.В., Котенко И.В., Саенко И.Б., Чечулин А.А. Применение онтологий и логического вывода для управления информацией и событиями безопасности // Системы высокой доступности. — 2012. — № 2, — т. 8. — С. 100—108.
6. Kotenko I., Polubelova O., Saenko I. Data Repository For Security Information and Event Management in Service Infrastructures // Proceedings of the
International Conference on Security and Cryptography 2012 (SECRYPT 2012). 2012. — Pp. 308—313. 7. Kotenko I., Polubelova O., Saenko I. The Ontological Approach for SIEM Data Repository Implementation // Proceedings of the 2012 IEEE Int. Conf. on Green Computing and Communications, GreenCom 2012, Conf. on Internet of Things, iThings 2012 and Conf. on Cyber, Physical and Social Computing, CPSCom 2012. — Pp. 761—766.
