Модель и метод комплексной защиты информационных ресурсов управляющих сетевых систем

В настоящее время приоритетным направлением в создании сетевых технологий в целом и при построении отдельных корпоративных сетей связи становится проблема защиты информации, передаваемой и обрабатываемой в сети. В связи с повсеместным использованием телефонных сетей связи, в первую очередь, проблема защиты информации в сетевых технологиях проявляется для данных приложений сетей.

Современными исследованиями показано, что основное поле угроз, приводящих к потерям и искажениям информации в любых сетях связи, в частности, в телефонных сетях связи, распространяется на управляющие сетевые системы (например, в телефонии — это вторичная управляющая сеть), представляющие собою корпоративную сеть связи, построенную на каналах связи и средствах коммутации первичной (телефонной) сети.

Данный вывод сделан на основании следующих исследований, нашедших свое отражение в пояснительной записке:

О исследование и анализ источников угроз, определение объектов и субъектов защиты информации от несанкционированного доступа (НСД) в телефонной цифровой сети связи, при использовании в ней рассматриваемых АТС;

О исследование и анализ источников угроз, объектов и субъектов защиты информации от НСД в цифровой АТС, с учетом воздействия данных угроз на безопасность цифровой сети связи в целом;

О исследование и анализ общих требований к обеспечению безопасности АТС и сети в целом на примерах различных структур цифровой станции, определение «узких мест» защиты информации;

О анализ возможных источников угроз;

О рассмотрение структур и принцип функционирования АТС, реализуемые в них механизмы обеспечения безопасности и сетевые службы безопасности;

О исследование эффективности реализованных в АТС механизмов обеспечения безопасности;

О исследование предложений по нейтрализации «узких мест» в системе защиты.

Особенностью вторичной сети является использование телекоммуникационных средств для построения автоматизированной системы управления (АСУ) сетью связи, что обусловливает критичность искажения и потери информационных ресурсов, хранящихся и обрабатываемых вычислительными средствами АСУ.

Нарушение защищенности и целостности информационных ресурсов, прежде всего, вторичной сети (АСУ) связано с существенными экономическими потерями, так как именно несанкционированный доступ к информационным ресурсам АСУ позволяет нарушителю производить несанкционированные воздействия по отношению к любым ресурсам телефонной сети связи в целом.

Можно отметить, что несмотря на внимательное рассмотрение в работе области приложений управляющих систем, связанных с телефонными сетями связи, аналогичные задачи встречаются при построении практически любой корпоративной сети связи, где информационные ресурсы следует защищать в рамках ограниченного корпорацией числа пользователей (или абонентов), практически любой системы сбора и обработки информации и управляющей системы. Поэтому большинство полученных в работе результатов могут быть использованы и для иных приложений управляющих и информационных систем.

Проблеме защиты информации в автоматизированных системах обработай данных посвящены работы В .А. Герасименко, В. В. Липаева, Ю. М. Мельникова, Л. Г. Осовецкого, Н. С. Щербакова, а также ряда зарубежных авторов, в том числе Д. Гроувер, Д. Сяо, Л. Хоффман и других.

По своим функциональным признакам вторичную телефонную сеть можно отнести к корпоративным сетям связи, состав которой в общем случае образуют следующие функциональные элементы:

1. Рабочие места (абоненты) корпорации, которые могут быть:

О сосредоточенными, или располагаться в рамках одного зданияО распределенными, или рассредоточенными на некоторой в общем случае не ограниченно большой территории.

2. Информационные серверы — корпорации, предназначенные для хранения и обработки информационных массивов (банков и баз данных) различного функционального назначения. Они также могут быть сосредоточенными либо распределенными на большой территории корпорации.

3. Средства телекоммуникации, обеспечивающие взаимодействие между собою рабочих станций и их взаимодействие с информационным сервером. Средства телекоммуникации в рамках корпорации могут быть:

О выделенными (либо арендованными), являющимися принадлежностью корпорации;

О общего назначения (существующие вне корпорации сети связи, средства которых используются корпорацией). Это, как правило, средства существующих сетей общего пользования.

4. Средства обеспечения телеслужбами. В рамках корпорации информационное воздействие может быть реализовано в рамках одной (телефония, телетекст, видеотекст, телефакс) — либо нескольких служб (интеграция служб), что должно обеспечиваться соответствующими средствами телекоммуникации и абонентских окончаний.

5. Система управления эффективностью функционирования корпоративной сети. В зависимости от реализуемого в сети набора телеслужб (возможной интеграции) в корпоративной сети должны использоваться свои средства управления сетью, в частности средства маршрутизации и коммутациисредства администрирования, реализуемые с целью эффективного использования сетевых ресурсов. По возможности управления элементами корпоративной сети можно выделить:

О управляемые в рамках корпорации функциональные элементы (это собственные, или дополнительно вводимые в рамках корпоративной сети средства);

О не управляемые в рамках корпорации функциональные элементы, (в частности, маршрутизаторы и коммутаторов), являющиеся принадлежностью используемых корпорацией подсетей общего назначения.

6. Система управления безопасностью функционирования корпоративной сети. В корпоративной сети должны быть реализованы необходимые сетевые службы безопасности, должны использоваться соответственно средства в безопасности.

7. Система обеспечения живучести корпоративной сети. Должны быть предусмотрены средства обеспечения работоспособности всей сети, либо ее фрагментов при отказах элементов сети.

В качестве абонентов корпорации здесь выступают операторы управления узлами коммутации первичной сети, информационные ресурсы сосредотачиваются в выделенном центре управления сетью связи. Задачи маршрутизации и коммутации информации, передаваемой во вторичной сети, решаются узлами коммутации (АТС) первичной телефонной сети связи.

Среди общих проблем, характерных для реализации защищенных корпоративных сетей связи, сегодня выделяются следующие:

1) Многообразие функциональных подсистем, реализуемых в рамках единой сети, требующих :

О Реализации различных механизмов защиты информации в рамках различных функциональных подсистемО Реализации принципа централизации управления сетевой безопасностью, обусловливающей необходимость и высокую интенсивность информационных взаимодействий между подсистемами и сетевым администратором безопасностиО Реализации единых интерфейсов для сетевого взаимодействия администраторов безопасности функциональных подсистем;

2) Унификация межсетевых протоколов, технических и аппаратных средств — на сегодняшний день большинством сетевых технологий реализуется принцип инкапсуляции IP — дейтограмм.

Это, с одной стороны, обусловливает целесообразность реализации семейства протоколов TCP/IP в корпоративной сети, с другой стороны, ставит перед разработчиками дополнительные задачи защиты информационных ресурсов корпоративной сети от несанкционированного доступа из сетевого пространства Internet.

Сложность и многоплановость проблемы защиты информации в корпоративной сети связи, в частности в АСУ телефонной сети, обусловливает актуальности разработки комплексных систем защиты информационных ресурсов.

Разработка научно-обоснованной модели и методов комплексной защиты информационных ресурсов вторичной управляющей телефонной сети связи позволит сократить экономические затраты на построение системы защиты сети и экономические потери от нарушений защиты информации в сети.

Предметом исследований является комплекс вопросов, связанных с анализом поля угроз защищенности информации во вторичной телефонной сети связи, с разработкой модели и метода комплексной защиты информационных ресурсов АСУ, математической модели эффективности функционирования защищенной сети, с исследованием эффективности защищенной управляющей сети связи.

Целью работы является разработка модели и метода комплексной защиты информационных ресурсов вторичной управляющей телефонной сети связи, оценка эффективности функционирования защищенной сети.

В соответствии с поставленной целью в работе должны быть решены следующие основные задачи:

О Анализ современных методов защиты информации во вторичных управляющих телефонных сетях связи;

0 Разработать функциональную модель комплексной системы защиты информационных ресурсов вторичной сети;

0 Разработать метод комплексной защиты информационных ресурсов вторичной сети;

О Разработать математическую модель оценки эффективности функционирования защищенной вторичной сети связи.

Автор защищает модель комплексной защиты информационных ресурсов вторичной сети связи, реализующий ее метод комплексной защиты, методы повышения эффективности функционирования защищенной вторичной телефонной сети связи.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы теория вычислительных систем и сетей, теория вероятностей, исследования операций, математический аппарат теории массового обслуживания.

Научная новизна результатов диссертации заключается в разработке модели и метода комплексной защиты информационных ресурсов в АСУ телефонной сети связи, включающая:

О Новую функциональную модель комплексной защиты информационных ресурсов корпоративной сети связи;

0 Новый метод комплексной защиты информационных ресурсов управляющей сети связи;

О Новые алгоритмы взаимодействия механизмов безопасности, позволяющие их совместить в едином сервере безопасности;

0 Математическая модель оценки эффективности функционирования корпоративной сети связи, реализующей комплексный подход к защите информационных ресурсов сети;

О Проведенные исследования эффективности функционирования защищенной АСУ телефонной сети и методы повышения эффективности функционирования защищенной сети.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанная модель и метод комплексной защиты информационных ресурсов позволяет строить эффективные системы защиты информации для различных приложений корпоративных сетей, что было подтверждено проведенными исследованиями и практическими применениями полученных результатов.

Реализация результатов диссертации состоит в реализации модели, методов и алгоритмов комплексной защиты информации и оценки эффективности функционирования АСУ телефонной сети связи.

Разработанный метод и алгоритмические средства входят в состав НИР и ОКР, выполненные по заказам Государственной технической комиссии России. Материалы работ использованы при аттестации объектов информатики и сертификации продуктов инофирм научно-техническим центром «Критические информационные технологии» (НТЦ КИТ г. Санкт-Петербург) и при построении защищенной АБС ГУ ЦБ по Волгоградской области.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на научно-технических семинарах Гостехкомиссии России, НТЦ КИТ и других.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы по теме, содержащего 72 наименований. Объем работы составляет 150 страниц основного текста, в том числе 23 страниц иллюстраций.

5.8. Основные результаты и выводы.

1. Проведено исследование эффективности функционирования защищенной управляющей сети с использованием предложенного комплексного метода защиты информации.

2. Показано, что по сравнению с системой КегЬегоз эффективность функционирования защищенной системы при использовании предлагаемого подхода только в части сервера аутентификации и освидетельствования снижается не более чем на 14%, в исследуемых приложениях — АСУ телефонной сетью связи — не более чем на 5%.

3. Сделан вывод, что предложенный подход практически на всем интервале загрузки АСУ обеспечивает требуемый уровень эффективности функционирования, так как среднее время обслуживания заявки не превышает 1 сек (в системах, в контуре управления которых находится оператор, этот параметр должен составлять 3−5 сек.).

4. Разработаны пути повышения эффективности функционирования защищенной САУ, использующей предложенный метод. Сделаны выводы, что эффективное обслуживание достигается в результате исследования двух подходов:

О использования нескольких серверов в режиме разделения нагрузки;

О реализации дисциплины обслуживания заявок с ОП.

Сделан вывод о низкой эффективности подхода, предполагающего увеличение производительности сервера безопасности без увеличения производительности других компонент системы, участвующих в аутентификации, в частности, коммуникационного сервера.

5. Показано, что уже при использовании двух серверов аутентификации в режиме разделения нагрузки, производительность защищенной системы на рассматриваемом интервале загрузки, превышает производительность системы без сервера аутентификации.

6. Разработан метод аутентификации (обслуживания) заявок с ОП, состоящий в формировании сервером аутентификации очередей заявок на обслуживание соответствующих классов в результате анализа поля приоритета заявки 1Ркадра при установлении соединения клиент/сервер.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе работы над диссертацией автором получены следующие основные результаты:

1) Разработана модель комплексной защиты информационных ресурсов корпоративной сети управления (АСУ) телефонной сетью связи, позволяющая унифицировать подсистемы защиты информации корпоративной сети.

2) Предложен новый принцип организации доступа к информационным ресурсам в корпоративной сети, обеспечивающий максимальное «закрытие» информации корпорации доступа из вне, в основе которого находится:

2.1^{Использование} семейства протоколов TCP/IP, при передаче в поле данных IP кадра управляющей информации при установлении соединения клиент/сервер, что «закрывает» информационные ресурсы корпорации при возможности ограниченного доступа к сервисам Internet.

2.2.)Полное «закрытие» информационных ресурсов корпорации на уровне IP адресов — IP адрес в ЛВС информационных серверов имеет только сервер безопасности, что предотвращает несанкционированное обращение к информационному серверу по IP адресу.

2.3.)Полное «закрытие» структуры ЛВС информационных серверов, обусловленное отсутствием у них IP адресов.

2.4.) Полное «закрытие» информационных серверов по сервисам Internet, так как при установлении соединения сервер безопасности допускает только передачу файлов.

3) Разработан метод комплексной защиты информационных ресурсов, состоящий в использовании поля данных IP — дейтограммы при установлении соединения клиент/сервер с целью:

3.1.) адресации к конкретному информационному серверу;

3.2.) аутентификации клиента и сервера;

3.3.) согласования прав доступа по следующим параметрам:

— тип (имя) сервера;

— тип (имя) файла;

— тип команды (запись/чтение);

— тип (имя) клиента (оператора);

— время доступа к серверу;

— продолжительность доступа к серверу.

3.4.) фильтрации по IP адресам и сервисам Internet;

3.5.) сокрытия структуры ЛВС информационных серверов.

Предложенный метод позволяет не только объединить реализацию различных механизмов безопасности в одном устройстве (сервере безопасности), что сокращает экономические затраты на построение системы защиты и упрощает управление системой защиты информации, но и получить новые свойства, важнейшее из которых — централизованный контроль взаимодействия клиент/сервер и возможность его прерывания в любой момент в течении всего сеанса обмена данными.

4) Проведено исследование эффективности функционирования защищенной с использованием предложенного метода вторичной управляющей сети связи. Проиллюстрировано значительное снижение производительности защищенной системы, обуславливаемое реализацией алгоритмов функционирования сервера безопасности, обусловлена актуальность задачи повышения эффективности функционирования защищенной системы.

5) Разработаны методы повышения эффективности функционирования защищенной системы с учетом особенностей исследуемой области приложений корпоративной сети — АСУ телефонной сетью связи, характеризуемой существенным различием скоростей передачи данных по пути клиент/сервер безопасности (низкоскоростной телефонный канал связи) и сервер безопасности/информационный сервер (высокоскоростной канал ЛВС).

Сделаны следующие выводы:

1. Не эффективен подход, связанный с увеличением производительности сервера безопасности.

2. С целью повышения производительности системы целесообразно использование двух серверов в режиме разделения нагрузки (Primary/Secondary).

3. При использовании идеологии Primary/Secondary серверов для сервера безопасности уже при использовании двух серверов на всем исследуемом интервале нагрузки можно обеспечить требуемое качество обслуживания (средства защиты информации снижают производительность системы не более чем на 10%).

4. В качестве альтернативного подхода к повышению производительности системы разработан метод защищенного обслуживания заявок с относительными приоритетами, состоящий в присвоении очередям заявок приоритетов, передаваемых клиентом в поле данных IP кадра при установлении соединения. Выбор из очереди заявки на обслуживание осуществляется сервером безопасности с учетом ее относительного приоритете. На примере двух классов приоритетов проиллюстиро-вана высокая эффективность метода.