CC BY
101
Вестник Воронежского института МВД России №3 / 2015
О.С. Авсентьев,
доктор технических наук, профессор
А.О. Авсентьев,
кандидат технических наук
ФОРМИРОВАНИЕ ОБОБЩЕННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ЦЕННОСТИ ИНФОРМАЦИИ В КАНАЛАХ СВЯЗИ
THE FORMATION OF THE INFORMATION VALUE GENERALIZED INDEX IN THE COMMUNICATION CHANNELS
Рассматривается подход к формированию обобщенного показателя ценности информации,основанный на использовании этой информации для повышения эффективности какой-либо деятельности. Данный показатель включает множество частных разнородных показателей, важность которых зависит от целей передачи информации по каналам связи. Сформулирована формальная постановка задачи оптимизации структуры основного канала связи, при ограничениях на значение исследуемого показателя в канале перехвата этой информации.
This paper considers the approach to the formation of information value generalized index, which is based on the use of this information to improve the efficiency of any activity. This index includes a lot ofparticular various indicators, the importance of which depends on the aims of the information transmission. There is a formal problem statement of the main communication channel structure under the limitation of the examined index value in the information interception channel.
Введение
В системах передачи информации осуществляется ее перенос в пространстве и времени от источника к получателю. При этом возможны преобразования ее вида, осуществляемые в процессе обработки и хранения, а также изменение материального носителя, необходимое для согласования со средой распространения сигналов, модулированных сообщением. Поэтому для описания процессов обработки и защиты информации будет использоваться схема, основными структурными компонентами которой являются: источник и получатель информации; сигналы, отображающие информацию; передатчик и приемник этих сигналов; среда их распространения.
55
Информатика, вычислительная техника и управление
Указанные структурные компоненты образуют канал связи. В процессе функционирования этих компонент возникают различного рода физические поля, модулированные информативным сигналом. При использовании этих полей для переноса информации от источника к получателю соответствующий канал можно считать основным. Однако за счет побочных излучений такого рода физических полей возникают каналы утечки информации, которые могут быть использованы злоумышленником для перехвата информации.
Обобщенная модель каналов передачи и утечки информации представлена на рисунке.
Основной канал связи
ИИ ПрУ ПРД Г 1 -*-►1 Линия связи ]-?-► ПРМ ОПрУ ПИ
1 1 1 L t i 1 i 1 1 1 1
г гг 1 1 1 1 -L -l ! 1 ! 1 1 1 _1 1 1
ПрУ ПРД -^-►1 Линия связи |-^>" L 1 ПРМ ОПрУ ПИ
Побочный канал связи
Обобщенная модель основного и побочного каналов связи
Как основной, так и побочный каналы содержат элементы одинакового назначения: ПрУ— преобразующие устройства, обеспечивающие преобразование информации к виду, удобному для обработки или хранения; ПРД — передающие устройства, предназначенные для преобразования сигналов, несущих информацию, к виду, удобному для передачи по соответствующим линиям связи; ПРМ — приемные устройства, преобразующие сигналы, поступающие по линии связи, в сигналы, используемые при обработке или хранении информации; ОПрУ— обратные преобразующие устройства, обеспечивающие обратные преобразования этих сигналов для восприятия информации получателем (потребителем или злоумышленником).
Особую роль в структурах каналов рассматриваемого типа играет источник информации (ИИ).
Согласно [1] информация — это сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления. В данном определении имеются в виду сведения о реальных объектах социальной жизни, получаемые из различных источников в различной форме и отражающие состояние этих объектов с некоторой точностью. При этом информация об объекте характеризуется ее свойствами, количество и состояния которых определяют точность описания объекта [2]. В процессе передачи в каждом из элементов тракта (рисунок) эти свойства претерпевают некоторые изменения, которые могут привести к искажению представления о реальном состоянии объекта. Целью данной работы является формирование обобщенного показателя для оценки степени такого рода искажений в рассматриваемых каналах связи.
56
Вестник Воронежского института МВД России №3 / 2015
Соотношение количества информации и ее ценности
Для формализации понятия информации, как сведений о реальных объектах,опре-делим множество С ее свойств:
С = {с /i=l,2,...,I},
где Ci — i-е свойство информации об исследуемом объекте.
Сама по себе информация, как сведения об объекте, нематериальна, но имеет материальный носитель. Данное обстоятельство обуславливает возможность изменения носителя и тиражирования информации при сохранении ее содержания. Наличие материального носителя делает информацию объективно доступной для потребителя (или злоумышленника).
Как показано на рисунке, в тракте передачи от источника к потребителю информация многократно преобразуется из одного вида в другой в преобразующих (ПрУ и ОПрУ), передающих (ПРД) и приемных (ПРМ) устройствах. При этом каждое преобразование отображает исходное состояние в последующее с некоторой погрешностью, обуславливающей определенные изменения основных свойств исходного сообщения (в ИИ).
Рассмотрим основные свойства,характеризующие информацию.
К информации, как объекту нематериальному, не могут применяться физические законы сохранения вещества с такими измеряемыми характеристиками, как количество вещества, его мера, вес, положение и скорость в пространстве и т.п. Для потребителя, как и для злоумышленника, информация может быть охарактеризована лишь ее ценностью. При одном и том же содержании для потребителя она может быть бесценной, а для злоумышленника не имеющей никакого значения.
В прикладном аспекте использования понятие «ценность информации» особенно остро проявляется при обеспечении защиты информации. Информацию только тогда следует защищать, когда она представляет определенную ценность для злоумышленника, а ее утечка наносит ущерб потребителю [3]. Поскольку понятие «ценность информации» имеет разнородный характер возникает необходимость введения мер, характеризующих это понятие с точки зрения количества и качества информации.
В настоящее время в теории информации известны подходы к математическому вычислению количества информации, содержащегося в сообщении, без учета его смысловой характеристики [4—6].
При определении количества информации I(X) конечного множества Х мощности Ыв [4] используется логарифмическая мера на основе понятия энтропии как меры неопределенности этого множества:
I(X) =logN. (1)
В [5] для определения количества информации используется теоретико-вероятностный подход, также связанный с понятием энтропии, как функции от вероятностного распределения, количественно характеризующей неопределенность или информацию в случайном эксперименте.
Для случайной величины rj, заданной распределением вероятностей
Г
xi-X>
Л
'V Pl-Pn
N
и удовлетворяющей условию: ^p. = l, энтропия H(r) определяется выражением
i=1
n
H(r) = -£ Pi ■ log2 Pi.
i=1
57
Информатика, вычислительная техника и управление
Количество информации, сообщаемое при наступлении конкретного события хеХ, определяется изменением степени неопределенности и равно:
1(X) = -£Pi log2 Pi■ (2)
i =1
Введенные в [4] и [5] «синтаксические меры» количества информации объективны, так как независимо от получателя количество информации не меняется.
Подход к определению понятия «количество информации», предложенный А.Н. Колмогоровым, получил название алгоритмического [6]. Для оценки количества информации в одном конечном объекте относительно другого конечного объекта предложено использовать теорию алгоритмов. При этом за количество информации принимается значение некоторой функции, зависящей от сложности объектов и длины программы (алгоритма) преобразования одного объекта в другой. Однако этот подход не получил широкого практического применения вследствие его субъективности, обусловленной необходимостью выбора конкретного метода программирования (алгоритма), а также невозможностью применения к большим и сложным объектам, не имеющим математического описания.
На практике меры количества информации и ее ценности находятся в сложной зависимости, определение вида которой является задачей достаточно сложной.
Известны различные подходы к определению этой зависимости.
В ряде работ предложено рассматривать информацию как товар, в рамках рыночных отношений, с присущими такому товару качествами [7—10].
В большинстве случаев понятия «количество информации» и «ценность информации» объединяет использование этой информации для повышения эффективности какой-либо деятельности. При этом наличие такой связи обусловлено возможностью количественной оценки эффективности этой деятельности на основе некоторого показателя. Если эффективность рассматриваемой деятельности при отсутствии и наличии информации 1у потребителя обозначить как ео и ei, соответственно, то с учетом оптимального использования полученной потребителем информации ее ценность можно считать пропорциональной разности (ei-eo) [3]:
V(I) = f ei-eo), (3)
где V(I)— ценность информации; fх) — функция, определяющая вид данной зависимости.
Очевидно, что функция fх) является монотонно возрастающей и при выполнении неравенства (ei-eo) > 0 ценность информации V> 0.
Если получение потребителем информации при оптимальном ее использовании не приводит к повышению эффективности рассматриваемой деятельности, то есть (ei-eo) < 0, то такую информацию следует считать либо бесполезной, либо «дезинформацией». В этом случае в выигрыше оказывается злоумышленник, и информация имеет ценность для него.
Однако, следует отметить, что при таком подходе определить вид зависимости (3) в явном виде достаточно сложно.
Очевидно, что эффективность деятельности, а, следовательно, и ценность информации, используемой в процессе этой деятельности, определяется в той степени, в которой обеспечивается достижение некоторой цели [11].
В связи с этим в качестве одного из способов определения зависимости (3) можно рассматривать вероятность достижения рассматриваемой цели, вычисляемую на основе теоретико-вероятностного подхода К. Шеннона [11], с использованием следующих обозначений:
58
Вестник Воронежского института МВД России №3 / 2015
ро — вероятность достижения цели при отсутствии информации о состоянии объекта управления в исследуемой деятельности;
pi — та же вероятность после получения информации I, необходимой для достижения цели.
Тогда, исходя из определения количества информации по К. Шеннону, как меры устраненной неопределенности, ценность информации вычисляется в соответствии с выражением:
V(I) = log2pi- log2ро = log2(pi /ро). (4)
По аналогии с [3], при выполнении неравенства pi < ро, V(I) < 0, то есть информацию следует считать либо бесполезной (при pi = ро), либо дезинформацией (при pi<po).
Подходы к определению ценности информации в соответствии с выражениями (3) и (4) учитывают основное ее свойство — полезность для принятия управленческих решений при условии оптимального использования этой информации. При формализованном определении ценности информации для решения конкретных практических задач этого бывает недостаточно.
В частности, при решении задач противоборствующих сторон по передаче информации потребителю и ее перехвату злоумышленником в основном и побочном каналах связи (рисунок) появляется необходимость исследования разнородных измеримых характеристик информации, составляющих ее ценность.
Формирование обобщенного показателя ценности информации
В связи с тем, что в трактах передачи информации по основному и побочному каналам связи (рисунок) на пути от источника до получателя она подвергается различного рода преобразованиям и может даже приобретать какие-либо новые качества (например, в результате анализа исходной информации), для определения ее ценности целесообразно использовать показатели, характеризующие использование этой информации в процессе исследуемой деятельности.
При этом ценность информации определяется, во-первых, с точки зрения значимости самих задач обеспечиваемой деятельности, и, во-вторых, в интересах повышения эффективности этой деятельности, которая, в свою очередь, может быть оценена уровнем потерь от нежелательных изменений информации в процессе обработки в результате деструктивных воздействий, а также уровнем затрат на восстановление информации [2].
При решении задач обеспечиваемой деятельности показатель, характеризующий ценность информации, определяется как обобщенный, включающий такие составляющие показатели, как достоверность, полнота, скрытность, своевременность и др.
Достоверная информация отражает истинное состояние объекта. Недостоверная информация может привести к принятию неправильных решений и снижению эффективности деятельности. Достоверность определяет допустимый уровень искажения информации, при котором обеспечивается необходимая эффективность деятельности.
Полнота информации характеризует её достаточность для принятия правильных решений [2].
Скрытность информации определяется степенью доступности для злоумышленника, как ее содержания, так и самого факта передачи.
Своевременность информации характеризует возможности оперативного принятия управленческих решений.
Перечень такого рода показателей ценности информации может быть продолжен, однако следует отметить, что его состав определяется потребностями конкретной деятельности.
59
Информатика, вычислительная техника и управление
В предположении аддитивного характера обобщенного показателя V ценности сообщения х из их множества xsX, включающего указанные выше составляющие (частные показатели), по аналогии с [12] запишем:
I
V = Z wiC, (5)
i=1
где Ci — набор измеримых показателей ценности для сообщения х, (i = 1, 2, , I); Wi —весовые коэффициенты, характеризующие важность соответствующих показателей ценности информации для рассматриваемой деятельности, определяемые экспертным путем.
Представляется, что решение задач как количественной оценки показателей с, так и весовых коэффициентов Wi возможно лишь с учетом потребностей конкретной деятельности в рамках методов экспертных оценок.
Следует отметить, что цели обеспечения связи в основном и побочном каналах (рисунок) для законного получателя информации и злоумышленника, соответственно, противоположны.
Тогда показатель (5) для основного и побочного каналов, соответственно, можно записать в виде:
V°
Vп
Z W0 с°,
i i
i
i=1 I
Z W*1 сc.
ii
i=1
(6)
(7)
где V° и Vc — обобщенные показатели ценности сообщения х для законного пользователя в основном канале связи и злоумышленника — в побочном канале связи, соответственно; с° и сп — наборы измеримых показателей ценности для сообщения в основном и
побочном каналах связи, соответственно; w° и wc — весовые коэффициенты, характеризующие важность соответствующих показателей ценности информации в основном и побочном каналах связи.
При этом если наборы с° и сп показателей ценности информации как в основном, так и в побочном каналах связи могут быть однотипными, то весовые коэффициенты wo и wп для различных вариантов построения структурных элементов этих каналов будут различными, что обусловлено различием целей обеспечения связи в этих каналах.
Так, если целью связи по основному каналу является обеспечение заданных показателей достоверности, полноты, скрытности и своевременности информации, то при этом аналогичные свойства информации в побочном канале должны быть минимизированы.
Известны различные способы обеспечения указанных свойств информации на основе множества вариантов ее передачи по соответствующим каналам связи.
Обозначим множество таких вариантов как Q = [ty, j=1, 2, ..., J}, тогда показатели ценности информации (6) и (7) можно представить в виде:
V° (ю j )= Z w° (ю j }° (ю j)- (8)
i=1 1 1
60
Вестник Воронежского института МВД России №3 / 2015
V (ш, )= IV (ш,}" (ш,)
(9)
i=1
где У°(шШ и У”(Щ/)— обобщенные показатели ценности информации для j-го варианта передачи информации по основному каналу связи.
При этом задачу передачи информации по основному каналу можно сформулировать следующим образом.
Найти ш * —вариант передачи информации по основному каналу связи, при котором будет обеспечен максимум показателя Vo (ш*) при заданных ограничениях на обобщенный показатель ценности информации в побочном канале связи Vп (ш*):
ш* = Arg max Vo (шу)
Oj е Q (10)
при Vп{ш*)< Vп(ш*)
где Vп (ш*)— предельно допустимое значение обобщенного показателя ценности информации в побочном канале связи.
С учетом противоположности целей получателей информации в основном и побочном каналах связи возможен и другой вариант представления рассматриваемой задачи.
Найти ш* — вариант передачи информации по основному каналу связи, при котором будет обеспечен минимум показателя Vп (ш*) при заданных ограничениях на обобщенный показатель ценности информации в основном канале связи Vо (ш*):
ш* = Arg min Vп (шу)
ш eQ (11)
при Vо{ш*)> Vо(ш*)
где Vо (ш*)— предельно допустимое значение обобщенного показателя ценности информации в основном канале связи.
Заключение
Для получения явного вида формального представления задач (10) и (11) необходимо описание в явном виде способов передачи информации по основному каналу, которое определяется предметной областью.
В результате сформулированные выше задачи принимают вид классической оптимизационной задачи. Разработка численных методов решения этих задач с учетом конкретной предметной области является предметом дальнейших исследований авторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Об информации, информационных технологиях и о защите информации: Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. №149-ФЗ // СПС «Консуль-тантПлюс».
2. Основы информационной безопасности: учебник для высших учебных заведений МВД России / под ред. В.А. Минаева и С.В. Скрыля. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2001. — 464 с.
61
Информатика, вычислительная техника и управление
3. Шанкин Г.П. Ценность информации. Вопросы теории и приложений. —М.: Фи-ломатис, 2004. — 128 с.
4. Хартли Р. Передача информации // Теория информации и ее приложения: сб. переводов — М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1959.
5. Шеннон К. Математическая теория связи // Работы по теории информации и кибернетике. — М.: ИЛ, 1963.
6. Колмогоров А. Н. Избранные труды: в 6 т. Том 3. Теория информации и теория алгоритмов —М.: Наука, 2005. — 264 с.
7. Урсул А.Д. Проблемы информации в современной науке: философские очерки. —М.: Наука, 1975.
8. Machlup F. Knowledge: Its creation, distribution and economic significance. Vol. 1. Knowledge and Knowledge Production, Princeton, 1980.
9. Tikahuru Harai “Value and cost of information in terms of accounting”, MEM.FAE.KYUS HU UNIV., 1984, v. 44, #2, p. 191-212.
10. Leeson W. Information policy: National strategies, international effects. Telematics and Informatics, 1984, v. 1, #4, p. 395-400.
11. Харкевич А. А. О ценности информации // Проблемы кибернетики. — Вып. 4. —1960.
12. Morbhead D. R„ Pejtersen А, М., Rouse W, В. The value of information and computer-aided information seeking: problem formulation and application to fiction retrieval. — Information Processing & Management, 1984, v. 20, №5—6, p. 583—601.
REFERENCES
1. Ob informatsii, informatsionnyih tehnologiyah i o zaschite informatsii. Federalnyiy zakon Rossiyskoy Federatsii ot 27 iyulya 2006 g. N 149-FZ // SPS “KonsultantPlus”.
2. Osnovyi informatsionnoy bezopasnosti: uchebnik dlya vyisshih uchebnyih zavedeniy MVD Rossii / pod red. V.A. Minaeva i S.V. Skryilya. — Voronezh: Voronezhskiy institut MVD Rossii, 2001. - 464 c.
3. Shankin G.P. Tsennost informatsii. Voprosyi teorii i prilozheniy. -M.: Filomatis, 2004. - 128 s.
4. Hartli R. Peredacha informatsii // Teoriya informatsii i ee prilozheniya: sb. perevodov - M.: Gos. izd. fiz.-mat. lit., 1959.
5. Shennon K. Matematicheskaya teoriya svyazi // Rabotyi po teorii informatsii i kiber-netike. - M.: IL, 1963.
6. Kolmogorov A. N. Izbrannyie trudyi:v 6 t. Tom 3. Teoriya informatsii i teoriya algo-ritmov. - M.: Nauka, 2005. - 264 s.
7. Ursul A.D. Problemyi informatsii v sovremennoy nauke: filosofskie ocherki. - M.: Nauka, 1975.
8. Machlup F. Knowledge: Its creation, distribution and economic significance. Vol. 1. Knowledge and Knowledge Production, Princeton, 1980.
9. Tikahuru Harai “Value and cost of information in terms of accounting”, MEM.FAE.KYUS HU UNIV., 1984, v. 44, #2, p. 191-212.
10. Leeson W. Information policy: National strategies, international effects. Telematics and Informatics, 1984, v. 1, #4, p. 395-400.
11. Harkevich A. A. O tsennosti informatsii // Problemyi kibernetiki. - Vyp.4. -
1960.
62
Вестник Воронежского института МВД России №3 / 2015
12. Morbhead D. R„ Pejtersen А, М., Rouse W, В. The value of information and computer-aided information seeking: problem formulation and application to fiction retrieval. — Information Processing & Management, 1984, v. 20, №5—6, p. 583—601.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Авсентьев Олег Сергеевич. Профессор кафедры информационной безопасности. Доктор технических наук, профессор.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: ib@vimvd.ru
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-36.
Авсентьев Александр Олегович. Преподаватель кафедры физики. Кандидат технических наук.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: physics@vimvd.ru
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-66.
Avsentev Oleg Sergeevich. Professor of the chair of Information Security. Doctor of Technical Sciences. Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: ib@vimvd.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov,53. Tel. (473) 200-5236.
Avsentev Alexander Olegovich. Lecturer of the chair of Physics. Candidate of Technical Sciences.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: physics@vimvd.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-5266.
Ключевые слова: канал связи; информация; количество информации; ценность информации; свойства информации; показатель ценности информации.
Key words: the communication channel; information; the amount of information; the value of information; info property; the indicator of the value of information.
УДК 004.056:519.1
63
