Дипломная (вкр): Защита функционально-логической структуры интегрированных инфокоммуникационных систем от вскрытия технической компьютерной разведкой
Zварj = ΔNj * Δn + ΔMj * Δm. (2.13)
Очевидно, что по этому показателю наиболее эффективным вариантом
преобразования ЛССС будет вариант, у которого Zварj минимален, т.е. критерием эффективности является:
Zвар ® min. (2.14)
Таким образом, сформулированы 4 показателя и критерии для оценки эффективности вариантов преобразования ЛССС:
rстрj - показатель эффективности j-го варианта преобразования ЛССС без учета информации о направлениях и интенсивности ИП, rстр ® 1;
rстрИПj - показатель эффективности j-го варианта преобразования ЛССС с учетом информации о направлениях и интенсивности ИП, rстрИП ® 1;
rпуj - показатель эффективности j-го варианта преобразования в смысле доступности ПУ в случае реализации КР ПДВ на УС, rпу ® 1;
Zварj - суммарные затраты, необходимые для
реализации j-го варианта преобразования ЛССС, Zварj ® min.
.2 Методика формирования защищенной логической структуры интегрированной
цифровой системы связи
Назначение методики. Разработать алгоритмы формирования защищенной ЛССС, позволяющие: осуществить преобразование ЛССС в целях защиты СС от КР; обеспечить защищенное от КР функционирование СС с правдоподобной ЛССС; реализовать механизмы дезорганизации КР противника в случае осуществления им ПДВ на элементы СС.
Физическая (содержательная) постановка задачи. Необходимо синтезировать новые структуры и оценить их по критерию эффективности.
На первом этапе эволюции структуры порождаются мутированные структуры:
W0i= W0+ δWi,
где
;
δWi - i-я
случайная мутация структуры из числа предварительно заданных (
);
l0 - число новых структур, которое назначается исходя из конкретных условий эволюции (из сложности исходной структуры).
Параметрами, позволяющими измерять численность «популяции» структур и уровень отбора, являются li и Si. При S = 1 на следующий этап эволюции оставляется одна лучшая структура, что эффективно при унимодальности задачи оптимизации. Многоэкстремальность требует Si > 1, причем тем больше, чем сложнее поиск экстремума. Чем больше li (численность популяции), тем глобальнее тенденция эволюции и медленнее (по вычислительным ограничениям) ее процесс.
Исходные данные. В качестве основных исходных данных в методике применяется исходная ЛССС и вводимые ограничения.
Ограничения
в методике накладываются на формирование вариантов преобразования ЛССС с целью
ограничения сверху количества формируемых вариантов. Подробно ограничения
описаны в п. 2.2.1.
.2.1 Алгоритм формирования защищенной логической структуры системы связи
Алгоритм, позволяет по заданной исходной ЛССС и заданным требованиям сформировать множество вариантов преобразования СС. Задаваемые требования и ограничения, по сути, позволят ограничить сверху количество формируемых вариантов преобразования для того, чтобы не превратить процесс формирования вариантов в бесконечный. Необходимость задания таких требований происходит из самой природы правил преобразования. Ведь применять такие правила в некоторых случаях можно до бесконечности и при этом эффективность формируемых вариантов будет все выше и выше. Однако существуют технологические ограничения материальной основы СС, в виду наличия которых преобразования могут быть неосуществимы.
При задании ограничений на формирование вариантов преобразований ЛССС следует учесть следующее:
. Структура и параметры транспортной составляющей СС заданы, и менять их мы не можем.
. Исходная ЛССС (вместе с интенсивностями информационного обмена УС ПУ) задается звеном управления.
. Суть ограничений сводится:
а) к убедительности мероприятий с точки зрения КР (оперативные ограничения);
б) к достаточности некоторого уровня эффективности преобразований, выше которого выигрыш становится несущественным, следовательно и затраты (финансовые и технологические) на более эффективное преобразование нерентабельны;
в) выбранное преобразование должно быть выполнимым в рамках созданной инфраструктуры.
. С учетом пункта 3в создаваемая инфраструктура должна учитывать как необходимость формирования защищенной ЛССС, так и необходимость функционирования СС с ней.
Для этого, учитывая возможности ТС ПСС и ЕСЭ, на этапе формирования инфраструктуры должны быть обеспечены соответствующие пропускные способности УС ПУ и требуемое количество сетевых адресов. Либо, если мы хотим, чтобы инфраструктура была лишена избыточности и только лишь могла обеспечить заданный вариант преобразования, то ее формирование должно происходить после выбора преобразования.
В определенном смысле программно-аппаратные средства можно рассматривать как совокупность ограничений, которые должны учитываться при построении СС. То есть с учетом того, что возможности по передаче информации посредством СС зависят от возможностей линий связи и коммутационного оборудования, именно они во многом определяют ограничения методики, т. к. именно на основе передачи пакетов сообщений с ложной идентификационной составляющей появляется возможность осуществлять преобразования ЛССС. Эти ограничения можно назвать технологическими.
Еще одним типом ограничений являются оперативные ограничения, которые определяют убедительность мероприятий с точки зрения противника.
Третьим типом ограничений являются ограничения достаточности некоторого уровня эффективности преобразований. Эти ограничения выводятся эвристически из смысла решаемой задачи.
Все ограничения представлены в таблице 2.3.
В общем виде алгоритм формирования защищенной ЛССС в виде блок-схемы представлен на рис. 2.14.
На начальном этапе необходимо задать исходные данные.
Исходную ЛССС, к которой будут применяться преобразования. Логическая структура должна быть задана неориентированным графом, ориентированным графом с учетом информации о направлениях и интенсивности ИП и отображающими их матрицей связности и матрицей интенсивностей ИП. Вершины графов должны быть пронумерованы, причем в виду того, что оба графа отображают одну и ту же СС, нумерация вершин в графах должна совпадать. Кроме того, должны быть заданы N - количество вершин графа и M - суммарная интенсивность ИП в графе.
Ограничения на формирование вариантов преобразования ЛССС.
Δn - номинал затрат на один адрес.
Δm - номинал затрат на единицу трафика.
i - номер шага алгоритма. Одновременно этот параметр определяет количество применяемых на i-ом шаге алгоритма правил преобразования, На начальном этапе номер шага и количество применяемых правил задаются равными единице.
l - количество формируемых вариантов преобразования ЛССС на первом шаге алгоритма.- поправочный коэффициент числа вариантов преобразования ЛССС. Поскольку с увеличением номера шага алгоритма применяется все больше правил преобразования необходимо иметь возможность применения различных совокупностей правил. Для этого на каждом шаге алгоритма количество формируемых вариантов преобразования будет корректироваться на величину k. В качестве примера можно задать .- количество наилучших вариантов преобразования ЛССС, которые будут подвергнуты анализу по другим показателям. Количество S можно, например, задать исходя из количества вариантов преобразования, необходимых для анализа ЛПР на завершающем этапе работы алгоритма.
Правила преобразования ЛССС. Предлагается применять правила, представленные в п. 2.1.3.- количество выводимых КР из строя УС при осуществлении ПДВ. Параметр зависит в первую очередь от количества УС ПУ в СС и составляет лишь малую долю от этого количества, например один - три УС.
Правила вычисления коэффициента важности УС wq, где q - номер УС (номер вершины графа). Наиболее простым правилом является определение wq как степени вершины графа, отображающей УС. Могут быть заданы и более сложные правила.
На втором этапе необходимо сформировать варианты преобразований ЛССС. Для
этого следует применить к исходной ЛССС количество правил преобразования,
равное номеру шага алгоритма (бл. 2 на рис. 2.14). Правила для применения при
этом выбираются случайным образом из заданных.
Таблица 2.3
Ограничения методики формирования защищенной логической структуры системы связи
|
№ |
Тип ограничения |
Ограничение |
Физический смысл |
Примечание |
|
1 |
Оперативные |
Максимальное количество УС ПУ |
Количество УС в преобразованной СС не должно превышать максимального количества ПУ в звене управления UN ≤ Umax |
Исходное количество задано. |
|
|
|
Трафик |
Информационный обмен любого УС в преобразованной СС не должен существенно превышать максимального информационного обмена (например, УС высшей иерархии в звене управления) li ≤ lmax |
Должно быть рассчитано из статистики или анализа потребностей ПУ по информационному обмену |
|
2 |
Технологические, к транспортной сети (ЕСЭ) |
Общая нагрузка СС в узких местах транспортной сети и ЕСЭ |
В заданном сегменте ЕСЭ, где происходит информационный обмен преобразуемой СС должна существовать возможность по передаче рассчитанных объемов данных Sli,j ≤ Срас. , где i Î [1..k], j Î [k+1..N] - множества вершин - УС, находящихся по разную сторону относительно минимального рассекающего множества графа транспортной сети; Sli,j - суммарная интенсивность ИП, одновременно передаваемых через узкое место транспортной сети; Срас. - пропускная способность транспортной сети в рассекающем множестве (узком месте) |
Должна быть решена задача о потоках в сети 1. Объем данных из варианта преобразования 2. Пропускные способности каналов из транспортной сети и ЕСЭ |
|
3 |
Технологические, УС ПУ |
Требуемая пропускная способность УС ПУ |
С учетом возможностей ЕСЭ и ТС в точках подключения СС должны быть обеспечены заданные пропускные способности (одинаковые для ПУ разного типа) Спр.i = Спр.j для всех i,j = [1..N], где Спр.i - пропускная способность i-ого УС |
Должно быть рассчитано из статистики или анализа потребностей ПУ по информационному обмену на этапе формирования комплекта оборудования для СС |
|
3 |
Технологические, УС ПУ |
Обеспеченная пропускная способность УС ПУ |
Информационный обмен в преобразованной СС не должен превышать, например 70% обеспеченной пропускной способности УС ПУ на случай необходимости повышения интенсивности информационного обмена li ≤ 0,7*Спр.об.i, где li - суммарная интенсивность реального и маскирующего обмена по всем направлениям от и к i-ому УС, Спр.об.i - обеспеченная пропускная способность i-ого УС |
1. Обеспеченная пропускная способность задана при построении СС 2. Информационная нагрузка из статистики или анализа потребностей ПУ по информационному обмену 3. Общая нагрузка рассчитывается из варианта преобразования |
|
|
|
Требуемое количество адресов |
С учетом возможностей ЕСЭ в точках подключения СС должно быть обеспечено некоторое количество адресов для каждого УС ПУ (для возможности преобразований) Aпр.i ® Aтр., где Aтр. - требуемое количество адресов, Aпр.i - предоставляемое количество адресов для каждого i-ого УС |
Максимум задается из возможностей ТС и ЕСЭ. Требуемое количество должно быть определено отдельно. Обеспечиваемое количество должно стремиться к требуемому |
|
|
|
Обеспеченное количество адресов |
Количество адресов любого УС ПУ не может превышать обеспеченного ему Ai ≤ Aпр.i, где Ai - используемое на i-ом УС количество адресов |
Обеспеченное количество адресов задано при построении СС |
|
4 |
Достаточности преобразований |
Ограничения структурных изменений |
За одно применение правила добавлять не больше 2 вершин и не больше 3 ребер ΔUmax = 2; ΔVmax = 3 |
Задается эвристически в зависимости от размеров и сложности СС |
|
|
|
Максимальная степень узла |
Максимальная степень вершины в графе преобразованной ЛССС не должна существенно превышать максимальной степени в исходной Rmax_пр ≤ (Rmax_исх + 1) |
Имеется в виду даже суммарная степень реального УС, если он имеет несколько адресов |
|
|
|
Максимальная интенсивность информационного обмена |
Максимальная интенсивность обмена между парой УС не больше максимальной интенсивности в исходной ЛССС lmax_пр ≤ lmax_исх |
|
Для того чтобы получить заданное количество вариантов преобразования l, процедуру выполняют l раз, причем для каждого сформированного варианта преобразования, полученного путем применения i правил преобразования к исходной ЛССС, запоминают примененные правила, порядок их применения и конечный вариант преобразования (бл. 3 на рис. 2.14).
Кроме того, второй этап разбивается на две задачи: применение соответствующих правил преобразования к неориентированному графу и его матрице связности, к ориентированному графу с учетом информации об интенсивности и направлениях ИП и его матрице интенсивностей ИП. Таким образом, результатом этапа будут матрицы связности и матрицы интенсивностей ИП сформированных вариантов преобразований.
Более подробно этап формирования вариантов преобразования будет раскрыт далее в виде отдельного алгоритма.
На третьем этапе необходимо вычислить затраты защитного ресурса на
преобразование для каждого из сформированных вариантов преобразования ЛССС (бл.
4 на рис.2.14). Для этого необходимо вычислить:
Zj = Δn * (Nj - N) + Δm *
(Mj - M), (2.15)
где Zj - суммарные затраты на преобразование для j-го варианта;- количество адресов в j-ом варианте преобразования ЛССС;- суммарная интенсивность ИП в j-ом варианте преобразования ЛССС.
Далее следует вычислить s - количество вариантов преобразования
запомненных на i-ом шаге и оставшихся после удаления неудовлетворяющих
ограничениям вариантов преобразования.
Рисунок 2.14 - Блок-схема обобщенного алгоритма формирования защищенной
ЛССС
В случае когда s≠0, следует вывод, что применение i правил преобразования не приводит к тому, что все варианты преобразований превышают заданные ограничения. Следовательно, следует увеличить номер шага i на единицу (i=i+1), корректировать количество формируемых вариантов преобразований для нового (i+1)-го шага на коэффициент k (l=l+k) и перейти к выполнению бл. 2 алгоритма. Описанные действия необходимо выполнять до тех пор, пока на i-ом шаге количество вариантов преобразования запомненных на i-ом шаге и оставшихся после удаления неудовлетворяющих ограничениям не станет равным нулю (s=0).
При достижении этого условия можно сделать вывод, что применение i правил преобразования приводит к тому, что все варианты преобразований превышают заданные ограничения. Следовательно, применение (i+1) правил с большой вероятностью приведет к тому же результату и формирование вариантов преобразования ЛССС необходимо завершить.
На следующем этапе необходимо выделить наиболее эффективные варианты преобразований из всего сформированного множества преобразований. Для этого, в первую очередь, необходимо добавить к вариантам преобразований исходный вариант ЛССС и привести к единому размеру матрицы, описывающие варианты, заполнив недостающие их элементы нулями. Далее следует в соответствии с алгоритмом иерархической классификации, выполнить классификацию вариантов преобразований по матрицам связностей и по матрицам интенсивностей, а также построить дендрограммы, отображающие эту классификацию, и матрицы расстояний (близости) вариантов ЛССС для обоих случаев.
После этого, необходимо по результатам классификации выделить S наиболее эффективных вариантов преобразования ЛССС. Для этого необходимо удалить самую длинную связь в дендрограмме, получив тем самым два кластера. Затем в матрице расстояний найти вариант преобразования, имеющий наибольшее Евклидово расстояние до исходного варианта (rстрj / rстрИПj), и найти кластер, в котором находится этот вариант. Второй кластер следует исключить из рассмотрения, удалив его и все варианты преобразования, содержащиеся в нем. Далее необходимо вычислить количество вариантов преобразования s1 оставшихся в кластере.
В случае если s1 превосходит S´2, процедуру исключения из рассмотрения части вариантов (кластера неэффективных вариантов) следует повторить, а в случае, когда s1≤(S´2), необходимо сделать шаг назад, т. е. вернуть к рассмотрению один исключенный кластер (кроме случая, когда отрезан был еще только один кластер). Таким образом, будут выделены наиболее эффективные варианты преобразования по показателям rстр и rстрИП.
Далее
следует вычислить показатель доступности ПУ для оставшихся вариантов. Для этого
необходимо вычислить wqj коэффициенты важности каждого q-го
узла для каждого j-го варианта преобразования по заданным в исходных
данных правилам, а также wq коэффициенты важности каждого q-го
узла для исходного варианта. Выбрать X узлов с наибольшим wqj для каждого j-го варианта преобразования.
Выделить узлы в исходном варианте ЛССС, которым соответствуют выбранные X
узлов в j-ом варианте преобразования. Назначить для выделенных
узлов исходного варианта индикатор состояния hqj=0.
Для остальных узлов исходного варианта назначить индикатор состояния hqj=1. Вычислить 
для
каждого j-го варианта преобразования.
После этого необходимо оставить для рассмотрения ЛПР S вариантов преобразования, обладающих наибольшим показателем rпуj, а остальные варианты исключить.
Выбранный ЛПР вариант преобразования ЛССС необходимо реализовать силами ПЗЛС в существующей СС путем поэтапного применения правил преобразования, в том порядке, который был запомнен на этапе формирования вариантов, либо в создаваемой СС непосредственным построением ее с учетом выбранной логической структуры.
Далее более подробно описан алгоритм формирования вариантов преобразования ЛССС. Блок-схема алгоритма представлена на рис. 2.15.
В качестве исходных данных для алгоритма используются S - исходная ЛССС, P - правила преобразований структуры, i - номер шага, l - количество вариантов преобразования, которое необходимо получить на i-ом шаге. Кроме того, устанавливают равными единице j - счетчик применяемых правил и k - счетчик сформированных вариантов преобразования.
После получения исходных данных случайным образом из заданных правил выбирают i правил преобразования и нумеруют их от единицы до i. Выбирают случайным образом i вершин графа исходной ЛССС, к которым будут применены выбранные правила преобразования и нумеруют их от единицы до i.