CC BY
128
УДК 004.9
МЕТОДИКА ОЦЕНИВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРОЙ В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАЦИОННОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ
В.Б. Вечеркин, А.В. Галанкин, М.А. Прохоров
Представлена структура и содержание основных этапов методики оценивания устойчивости функционирования автоматизированной системы управления критической информационнойинфраструктурой в условиях деструктивных воздействий информационного характера. Особенностью методики является использование новых алгоритмов расчета устойчивости структурных элементов АСУ КИИ, осуществляющих управление оборудованием и процессами. Представленная методика, на взгляд авторов, позволяет получать оперативные и обоснованные оценки устойчивости функционирования как АСУ КИИ, так и ее основных элементов в условиях информационных воздействий, что в современныхусловиях представляет определенную ценность.
Ключевые слова: автоматизированные системы управления, критическая информационная инфраструктура, оценивание, устойчивость.
В настоящее времясложно себе представить хотя бы одну сферу деятельности современного государства, которая не подверглась глубокой информатизации и автоматизации. В связи с этим многие ведущие эксперты в области автоматизации считают основной угрозой любого развитого государства - это деструктивные воздействия информационного характера на автоматизированные системы управления (АСУ) критически важными объектами, способные повлечь тяжелые экономические, техногенные и иные негативные последствия.
Так например, в декабре 2015 года злоумышленники совершили атаку на украинских поставщиков электроэнергии, в результате которой прекратилась подача энергии на 80 подстанциях, а без света остались более 150 тысяч человек.
Поэтому любому развитому государству важно минимизировать, как сами возможности подобных воздействий, так и последствия от них. Именно это стремление обусловило принятие 26 июля 2017 года Федерального Закона № 187-ФЗ «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации». Это первый закон в Российской Федерации, который охватывает практически все сферы современной России, такие как, банковская, здравоохранение, промышленность, энергетика, наука и образование, инфокоммуникация, оборона.
Это прецедент, который обязывает субъектов критической инфраструктуры противодействовать информационному вмешательству и обеспечивать безопасность инфраструктуры.
В законе под безопасностью критической информационной инфраструктуры (КИИ) понимается состояние защищенности КИИ, обеспечивающее ее устойчивое функционирование при проведении в отношении ее компьютерных атак.
Компьютерные атаки на АСУ КИИ, наиболее вероятно, будут реа-лизовываться в виде целенаправленных программно-аппаратных воздействий, приводящих к нарушению или снижению эффективности выполнения технологических циклов в АСУ КИИ. В этом случае в режиме реального времени, субъектами КИИ, отвечающим за безопасность инфраструктуры, придется вырабатывать организационно-технические решения по восстановлению эффективности функционирования АСУ КИИ и обеспечениюее устойчивости в условиях деструктивных воздействий, что в принципе невозможно без соответствующей условиям обстановки, оценки состояния АСУ КИИ и, в частности, оценки устойчивости аппаратно-программных средств, осуществляющих управление оборудованием и процессами.
Анализ практики обеспечения информационной безопасности, живучести и устойчивости функционирования автоматизированных систем КИИ показал, что в настоящее время пока не создан и не используется в практической деятельности субъектов КИИ соответствующий инструментарий оценивания устойчивости функционирования АСУ в условиях информационно-технических воздействий. В связи с этим, сейчас сложилась противоречивая ситуация, характеризующаяся необходимостью получения субъектами КИИ оценок устойчивости функционирования АСУ КИИ и отсутствием научно обоснованных методик оценивания устойчивости их функционирования в условиях деструктивных воздействий информационного характера. Вопросам разработки структуры и содержания подобной методики и посвящена настоящая статья.
Исходя из особенностей построения АСУ КИИ, задачу оценивания устойчивости функционирования АСУ можно декомпозировать на подзадачи, связанные с оцениванием устойчивости структурных элементов АСУ КИИ - программно-технических комплексов (ПТК), которые условно можно разделить на ПТК первого рода - реализующих технологию управ-ленияоборудованием и процессами (ПТК-1) и ПТК второго рода - реализующих инфокоммуникационную функцию (ПТК-2).
Структурными элементами ПТК, как правило, являются универсальные автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов, созданные на базе ПЭВМ, представляющих собой объединение аппаратной(Л) и программной (Р О) составляющей (А и Р0)[\].
Вследствие того, что ПТК-1 и ПТК-2, как и вся АСУ КИИ, являются сложными динамическими системами, функционирующими в условиях воздействия стохастической целенаправленной среды, их меры устойчиво-
161
сти (надежность, живучесть и помехоустойчивость), будут априори вероятностными [2].
В связи с применением систем помехоустойчивого кодирования при передаче информации в АСУ КИИ целесообразно сделать допущение, что ошибки, возникающие при приеме информации, будут гарантированно обнаруживаться и исправляться в полном объеме, то есть вероятность безошибочной доставки информации в АСУ будет равна единице [3]. Это позволит без потери физического смысла рассматривать устойчивость ПТК как функцию, зависящую от надежности и живучести их компонентов.
На начальном этапе формирования методики необходимо сформировать систему показателей для ПТК.
В качестве частных показателей, характеризующих как составные части, так и элементы ПТК-1 в целом можно определить следующие:
- показатель надежности ПТК-1 - коэффициент оперативной готовности, учитывающий гетерогенность среднего времени восстановления, так называемую «двухконтурность»:
к - Т° Р()
Р Т0 + (ТВПКРПК + Тввк(1 — РцК)) где ТВПК,ТВВК - среднее время восстановления в первом и во втором контуре; Рпк~ вероятность восстановления в первом контуре; (1 — Рщд~ вероятность восстановления во втором контуре;
- показатель живучести ПТК-1 (учитывающий проявление свойства только после получения внешнего повреждения) - вероятность сохранения работоспособности в результате деструктивного воздействия:
Р,г — РпдвО- ~ Реп) + Реп, (1)
где Рпдв~ вероятность активного парирования деструктивного воздействия за счет применения штатных средств информационной защиты;
Рсп~ вероятность невосприимчивости элемента к деструктивному воздействию за счет скрытности параметров;
- интегральный показатель устойчивости ПТК-1 - вероятность выполнения задачи функционирования составляющими элементами комплекса, получаемый в результате применения конъюнктивного свертывания, укладывавшуюся в модель свертывания предикатов [4]:
р — к р
ГУ 1^ореггжш
Исходя из того, что элемент ПТК есть (a. upo.) и с учетом введенных показателей его устойчивость будет определяется выражением
pi _ pai pP°i
гу — гУ ry '
гдеРу1- вероятность выполнения задачи функционирования аппаратной составляющей i-го элемента ПТК;Ру01 - вероятность выполнения задачи функционирования программной со ста в л я ю щ е й / -го элемента ПТК.
162
Тогда в качестве основного показателя устойчивости ПТК можно использовать вероятность выполнения задач технологического цикла управления (ТЦУ)КИИ в условиях деструктивных воздействий в момент X на интервале времени т.
С учетом применяемого резервирования вероятность выполнения задач ПТК примет вид
где множество деструктивных воздействий^- множество задач управления оборудованием и процессами в ходе реализации ТЦУ КИИ; к - элемент ПТК, выполняющий набор задач ТЦУ в текущий момент; г - сектора ПТК; п- работоспособные элементы; ш - резервные элементы; м/ - число отказавших элементов.
Определенные выше вероятностно-временные параметры, характеризующие показатель устойчивости ПТК-1, можно увязать в частном алгоритме расчета устойчивости функционирования, схема которого представлена на рис. 1.
Система показателей для ПТК-2 с учетом сделанных допущений будет несколько иной. Так как рассматриваемый класс деструктивных воздействий (ДВ) не может повлиять непосредственно на среду передачи информации (радио, оптоволоконные и иные линии связи) в инфокоммуни-кационной системе АСУ КИИ, то устойчивость функционирования как ПТК-2, так и всей инфокоммуникационной системы (ИКС) сможет характеризоваться событиями связности вершин графов, отражающего их структуру [3]. Тогда устойчивость ИКС определяется устойчивостью ПТК-2, реализующих инфокоммуникационные функции и имеющих в качестве множества вершин графа совокупность элементов активного телекоммуникационного оборудования.
Заметим, что информационные направления связи (ИНС) являются неравнозначными относительно вклада в достижение глобальной цели управления КИИ. Тогда устойчивость ИКС АСУ КИИ можно определить через устойчивость каждого ИНС с учетом его значимости.
Используя принятый подход к оцениванию устойчивости ИКС [3], в качестве показателя устойчивости ПТК-2 можно использовать среднесете-вую устойчивость
г
)ГП + П-М'
У
к=0 0<ш<гп
N
¿=1
где Ы- количество ИНС в ИКС; весовые коэффициенты, характеризующие важность ИНС;Ру1 устойчивость /-го ИНС.
163
Начало Ввод исходных данных
.г.г. си. т
Формирование перечня задействованных элементов ПТК-1 в реализации ТЦУ КИИ в
I %
момент времени 4 и в течении
Генерация значения вероятности активного парирования и вероятности невосприимчивости за
счет скрытности параметров аппаратных и программных составляющих элементов ПТК -1 из доверительного интервала с учетом идентифицированного деструктивного воздействия
' аппаратной 1 а ПТК-1
Расчет вероятности работоспособности (надёжности) аппаратной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
Расчет вероятности сохранения работоспособности (живучести) аппаратной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ в результате идентифицированного деструктивного воздействия
Расчет вероятности выполнения задачи ТЦУ (устойчивости) аппаратной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
Блок расчета устойчивости программной составляющей элемента ПТК-1
Расчет вероятности работоспособности (надёжности) программной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
Расчет вероятности сохранения работоспособности (живучести) программной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ в результате идентифицированного деструктивного воздействия
Расчет вероятности выполнения задачи ТЦУ (устойчивости) программной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
Расчет вероятности выполнения задачи ТЦУ (устойчивости) элементом ПТК-1 АСУ КИИ
Расчет вероятности выполнения задачи ТЦУ элементом ПТК-1 и с учетом резервирования
Расчет вероятности выполнения задачи управления ПТК-1 АСУ КИИ
Конец
( рщ рщ ррщ \
^ ИМ ^Г СП'Г ПДВГ СЛ}
Т,
-1-~-тв
Г; - ЪЛ-ЪД!-^))
сп ;+ г сл
_ щ
Рэ = Рт
рг- — рщ рт
~р£?=Пр;
Рис. 1. Схема частного алгоритма расчета устойчивости функционирования ПТК-1 (реализующего управление оборудованием
и процессами)
164
При этом весовые коэффициенты присваиваются по результату системного анализа и соответствуют экспертным мнениям и удовлетворяют условию нормировки, где£^1 а^ = 1.
Устойчивость 1-то ИНС ввиду территориальной разнесённости и возможности включения в процесс функционирования любого элемента ИНС, а также целенаправленного ДВ противника в соответствии с [3] можно определить из выражения
гдеКп- коэффициент готовности /-го ИНС, вероятность того, что направление окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени - показатель, характеризующий свойство надежности; Рсв[- вероятность связности /-го ИНС в условиях ДВ злоумышленника - показатель характеризующий, свойство живучести.
В связи с тем, что для построения ИКС используются телекоммуникационное оборудование исключительно с предустановленным программным обеспечением, это обуславливает отсутствие достоверных статистических данных по надежности используемого программного обеспечения каждого элемента ПТК-2. Кроме того, надежность ИКС также определяется вероятностью работоспособности пассивных элементов. Тогдав дальнейших расчетах целесообразно использовать обобщенный показатель надежности всего ИНС и определять его наработкой на отказГ^ и временем восстановленияТ^.
Живучесть г-го ИНС в соответствии с работой [3] и ГОСТ 5311 -2008 можно определить через композицию вероятностей работоспособного состоянияР^дбэд увсех у-х элементов в составе каждого пути:
р=1
С учетом того, что активные элементы ИКС также представляют собой объединение(а^ и ро^), получим
где Р^1 яРж°1 определяются выражением (1).
Из этого следует, что эффективность ДВ информационного характера, действующего на элементы ИКС, так же, как и на элементы ПТК-1, зависит как от способности активно парировать данные угрозы, так и от вероятности невосприимчивости элемента к деструктивному воздействию за счет скрытности параметров.
Рм — КцРсв[,
2/
раб.эл.р "ж "ж >
Связность /-го ИНС определяется работоспособным состоянием всех кгых путей, каждый из которых содержит 2/Элементов (/ = 1, В практике в ИНС всегда используется резервирование путей состоящее из одного основного и (А:г- - 1) резервных путей (соответственно шгосн и 2/ элементов, где У = 1, — 1),для этого случая в работе [7] определенно выражение^:
/ "оин
Pcei — 1 — ( 1 — J J Рраб.эл.у I *
V=1
kt-l / zj \
Х ]""[ ( 1 ~~ ]""[ Рраб.эл.у ) ■ (2)
j=l \ v=l )
Следует отметить, что в выражении (2) не учтено резервирование самих активных элементов ПТК-2, хотя для нее, как критически важной системы оно определено требованиями руководящих документов.
Тогда с учетом применяемого резервирования активных элементов Pcei, будет определяться выражением:
/ zOCH \
Pcei = 1 - 1 - Y\ i1 - " Ppa6*M.vT+1) X
1 / ZJ \
хПгП^-^^Л -
j=1 \ V=1 )
гдеш кратность резервирования.
Схема частного алгоритма расчета устойчивости функционирования ПТК-2 представлена на рис. 2.
Применение логико-вероятностного подхода и разработанных ранее частных алгоритмов расчета устойчивости ПТК АСУ КИИ позволило получить методику оценивания устойчивости АСУ КИИ в условиях ДВ информационного характера, структура которой представлена на рис. 3.
Заключение. Разработанная методика оценивания устойчивости функционирования АСУ КИИ позволяет предоставлять субъектам КИИ обоснованные и оперативные оценки устойчивости функционирования АСУ КИИ в условиях действия деструктивных факторов информационного характера с учетом необходимых исходных данных по составу и состоянию элементов программно-технических комплексов АСУ, что, по мнению авторов, снимает выявленное противоречие в их практической деятельности по выработке управленческих и технических решений, направленных на обеспечение устойчивости функционирования АСУ КИИ в частности и всей КИИ в целом.
с
Начало
)
т
Ввод исходных данных
г
Генерация значения вероятности активного парирования и вероятности невосприимчивости за счет скрытности параметров аппаратной и программной составляющей элемента ПТК-2 из доверительного интервала с учетом идентифицированного деструктивного воздействия
Расчет путей связи в 1-м ИНС
Г ,Щ№* €Л*Г ПЛЕ €Л\
Блок расчета работоспособности элемента ИКС
Расчет работоспособности (живучести) аппаратной составляющей элемента у-го пути 1-го ИНС
Расчет работоспособности (живучести) программной составляющей элемента у-го пути 1-го ИНС
Расчет работоспособности (живучести) элемента у-го пути 1-го ИНС
Р**х = (1 - Р^сл ) +■ Р^
СИ
Ра:Р!
Расчет работоспособностиу-го пути ¿-го ИНС
рай. эл. \ лс л:
Рраб] П^з,,.
Расчет связности ¿-го ИНС с учетом резервирования путей
I
Р =1-' 1
рлб зл
Расчет Кг для ¿-го ИНС
31
Расчет устойчивости ¿-го ИНС
Расчет устойчивости ИКС
Я: =КГР
Р=уаР
Конец
)
Рис. 2. Схема частного алгоритма расчета устойчивости функционирования ПТК (реализующего инфокоммуникационную
функцию)
167
[Предъявляются требования к устойчивости КСА АСУ КИИ (потребное минимально-допустимое значение задаваемое руководящими документами)
рКСАТред. 1 В П"
к
Определяется показатель устойчивости КСА АСУ КИИ на основании результатов частных алгоритмов расчета устойчивости ПТК
рКСА ■ВЗУ
ршетпхл рШКРИКФ ГВЗУ гВЗУ
Реализуется критерий оценивания, одноместный предикат - критерий пригодности
0 , ' ^уКСАТрсо
I
5
Отображение показателя устойчивости КСА АСУ КИИ на множестве семантических единиц
. рКСА л ■1 ВЗУ
Бе
Расчет и оценивание устойчивости АСУ КИИ
Расчет устойчивости ИКС
Л. Ус/Г.
'стойчивости ¿-го ИНС
Р.-- - К. Р .
) с
Значения весовых коэффициентов 1>
С
Расчет Кг для 1-го ИНС
а'- „"Ч.
3
щ Расчет связности
I ^ 1 1 Т
о ИНС с учетом резервирования путе!
Расчет устойчивости программно-технического комплекса реализующего инфокоммуникационную функцию
Расчет работоспособностиу-го пути ¿-го ИНС
Расчет работоспособности (живучести) элемента у-го пути ¿-го ИНС
С
Расчет работоспособности (живучести) аппаратной составляющей элемента у-го пути г-го ИНС
Расчет работоспособности (живучести) программной составляющей элемента у-го пути ¿-го ИНС
Р - Р—яля (1 - Р^СЕ ) т Р
т
Вероятности активного парирования и вероятности невосприимчивости за счет скрытности параметров аппаратной и программной составляющей элементов ПТК-2 реализующего ИКФ
1>Р° г
'в а
(Расчет вероятности выполнения задачи управления ПТК-1 АСУ7 КИИ
_^Г71" =ги__
Р
Расчет вероятности выполнения задачи ТЦУ (устойчивости) аппаратной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
'Расчет вероятности сохранения работоспособности (живу аппаратной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ в результате идентифицированного деструктивного воздействия
рщж = Л _ 11 дщ
Расчет вероятности работоспособности (надёжности) аппаратной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
^Расчет веро!
I I программ]
)
К
^ С
И I I щ
вероятности выполнения задачи ТЦУ (устойчивости) программной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
¡ЩШ (О,Т) = КйШЩ
и)
Расчет вероятности сохранения работоспособности (живучести)
программной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ в результате идентифицированного деструктивного воздействия
Ж- .. - Р-шм (1 - -в11 --'Щ
Р(уасстч
чет вероятности выполнения задачи ТЦУ (устойчивости) элементом ПТК-1 АСУ КИИ
У И
I
Расчет вероятности работоспособности (надёжности) программной составляющей элемента ПТК-1 АСУ КИИ
к '' = Гс е-'ШЯ
~ Т„ — т„
Расчет вероятности выполнения задачи ТЦУ ПТК-1 с учетом резервирования
Р: = У (1 - Р1
С
ограммной составляющей элемеи гов I ПК.
р:......л-... р^"--___
3
Расчет устойчивости программно-технического комплекса реализующего технологию управления оборудованием и процессами
ш
Рис.3. Структура методики оценивания устойчивости АСУ КИИ в условиях деструктивных воздействий информационного характера
В качестве дальнейших направлений исследования по вопросу оценивания устойчивости функционирования АСУ КИИ можно рекомендовать продолжить исследования в направлении разработки процедур и механизмов предоставления прогнозных оценок устойчивости с учетом сце-нарности информационно-технических воздействий.
168
Список литературы
1. Прохоров М. А. Оценивание устойчивости центра управления полетом космических аппаратов в условиях деструктивных воздействий //II Межвузовская научно-практическая конференция «Проблемы технического обеспечения войск в современных условиях»: труды конференции. Т. 2. С. 160-164.
2. Махутов Н.А., Резников Д.О. Оценка живучести сложных технических систем // Вестник Самарского технического университета. 2014.Вып. 12. С. 1-19.
3. Макаренко С.И., Михайлов Р. Л. Оценка устойчивости сети связи в условиях воздействия на неё дестабилизирующих факторов // Радиотехнические и телекоммуникационные системы, 2013. № 4.С. 69-79.
4. Андрианов А.И., Субетто А.И. Квалиметрия в приборостроении и машиностроении. Л.: Машиностроение, 1990. 216 с.
Вечеркин Валерий Борисович, канд. воен. наук, доцент, начальник кафедры, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Галанкин Андрей Вячеславович, канд. техн. наук, заместитель начальника кафедры, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Прохоров Михаил Александрович, адъюнкт, mihan7H@,mail.rH, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского
THE METHODS FOR ESTIMA TION OF SUSTAINABILITY OPERA TION OF AUTOMATED CONTROL SYSTEM OF CRITICAL INFORMATION INFRASTRUCTURE IN THE CONDITIONS OF INFORMATION INFLUENCE
V.B.Vecherkin, A.V. Galankin, M.A. Prokhorov
The article presents the structure and content of the main stages of the methodology for assessing the stability of the operation of the automated control system for critical information infrastructure (ACS CII) under conditions of destructive information effects. A special feature of the methodology is the use of new algorithms for calculating the stability of structural elements of ACS CII,carrying out the management of equipment and processes. The presented methodology, in the opinion of the authors, makes it possible to obtain operative and justified estimates of the stability of the functioning of both the ASU CII and its basic elements under the conditions of information impacts, which in modern conditions is of some value.
Key words: automated control systems, critical information infrastructure, assessment, sustainability.
Vecherkin Valeriy Borisovich, candidate of military sciences, docent, mihan7H a mail.ru, Russia, St.-Peterburg,Mozhaisky Military Space Academy,
169
Galankin Andrey Vyacheslavovich, candidate of technical science, [email protected], Russia, St.-Peterburg, Mozhaisky Military Space Academy,
Prokhorov Mikhail Alexandrovich, [email protected], Russia, St.-Peterburg, Moz-haisky Military Space Academy
УДК 323
ДЕШИФРОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ
Ю.В. Левадный, В. А. Телеш
Раскрыты общие понятия дешифровочных признаков, описаны основные отличия радиолокационных изображений от оптических, рассмотрены прямые и косвенные дешифровочные признаки топографических объектов на радиолокационных изображениях, показаны основные взаимосвязи дешифровочных признаков с особенностями отображения топографических объектов.
Ключевые слова: дешифровочные признаки, радиолокационные изображения, топографические объекты.
Основным источникомпервичной информации для создания и обновления топографических карт служат материалы аэрокосмических съе-мок.В настоящее время наряду с оптико-электронными системами получения видовой информации о местности активно развиваются радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли. С их помощью по-лучаютизображения земной поверхности в любое время суток при любых погодных условиях. Причем качество и разрешение получаемых радиолокационных изображений(РЛИ) сходно с оптико-электронными.
В связи с особенностями формирования РЛИ имеют ряд специфических отличий от оптико-электронных изображений.
1. Яркость (градации серого цвета) тех или иных элементов снимка определяются не степенью освещенности Солнцем и другими источниками, а энергетическими характеристиками радиоканала радиолокатора с синтезированной апертурой антенны и отражательной способностью облучаемого вещества.
2. Радиолокационная тень от объекта на местности зависит не от освещённости, а от местоположения носителя радиолокационной аппаратуры - точки наблюдения.
3. Подвижные объекты на РЛИ смещены относительно своего реального местоположения.
