Научная статья на тему 'Информационные критерии для оценки состояния динамической технической системы, участвующей в конфликтной ситуации'

Информационные критерии для оценки состояния динамической технической системы, участвующей в конфликтной ситуации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
119
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА / КОНФЛИКТНАЯ СИТУАЦИЯ / ТЕОРИЯ ИНФОРМАЦИИ / ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ / ОТКАЗ СИСТЕМЫ / ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ / DYNAMIC TECHNICAL SYSTEM / CONFLICT SITUATION / INFORMATION THEORY / TEST CONTROL / SYSTEM FAILURE / RESTORING HEALTH

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Потапов Виктор Ильич, Раловец Марина Леонидовна

В статье дается обоснование применению информационных критериев, используемых в теории информации для информационной оценки состояния динамической технической системы, участвующей в конфликтной ситуации, и эффективности ее системы тестового контроля и управления восстановлением работоспособности отказавших функциональных модулей системы в процессе конфликта в результате атак противника. Приводятся информационные критерии оценки состояния восстанавливаемой после отказов в процессе конфликта функциональных модулей технической системы. Дается информационная оценка эффективности системы тестового контроля и управления восстановлением после отказов в процессе конфликта динамической технической системы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Потапов Виктор Ильич, Раловец Марина Леонидовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Information criteria for the assessment of dynamic technical systems involved in a conflict situation

The article provides a rationale for the use of informational criteria used in information theory for the information condition assessment of dynamic technical systems involved in a conflict situation, and the effectiveness of its system of test control and management remediating the failed functional modules of the system in the process of conflict as a result of enemy attacks. Provides information criteria for assessing the state of rebuilding after the failures in the process of conflict functional modules of a technical system. Given the information evaluation of the effectiveness of the test control system and manage the failover process of the conflict dynamic of the technical system.

Текст научной работы на тему «Информационные критерии для оценки состояния динамической технической системы, участвующей в конфликтной ситуации»

УДК 004.94:519.711.3

В. И. ПОТАПОВ М. Л. РАЛОВЕЦ

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

ИНФОРМАЦИОННЫЕ КРИТЕРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, УЧАСТВУЮЩЕЙ В КОНФЛИКТНОЙ СИТУАЦИИ_

В статье дается обоснование применению информационных критериев, используемых в теории информации для информационной оценки состояния динамической технической системы, участвующей в конфликтной ситуации, и эффективности ее системы тестового контроля и управления восстановлением работоспособности отказавших функциональных модулей системы в процессе конфликта в результате атак противника. Приводятся информационные критерии оценки состояния восстанавливаемой после отказов в процессе конфликта функциональных модулей технической системы. Дается информационная оценка эффективности системы тестового контроля и управления восстановлением после отказов в процессе конфликта динамической технической системы.

Ключевые слова: динамическая техническая система, конфликтная ситуация, теория информации, тестовый контроль, отказ системы, восстановление работоспособности.

Введение. В известных работах, посвященных решению проблем противоборства технических систем в конфликтных ситуациях [1 — 11], для оценки состояния и поведения участвующих в конфликте систем используются, как правило, параметры и критерии теории и надежности, такие как вероятность безотказной работы, среднее время наработки до отказа, коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности, интенсивность восстановления после отказа и другие. При этом чаще всего полагают, что у участвующих в конфликтных ситуациях технических системах для защиты от атак противника используется либо аппаратная, либо временная избыточность [12], а интенсивность отказов компонентов функциональных модулей технических систем и интенсивность их восстановления в процессе конфликта являются, соответственно, возрастающими и убывающими функциями времени, закон изменения которых зависит от стратегии атакующей стороны. В указанных выше работах поведение конфликтующих технических систем аппроксимируется марковским процессом [13, 14], а для оценки состояния систем в процессе конфликта используются дифференциальные уравнения Колмогорова с переменными во времени коэффициентами. Численное решение этих уравнений позволяет при соответствующих ограничениях получить все параметры и критерии надежности и эффективности защиты от атак противника систем, участвующих в конфликтной ситуации.

В данной работе, в отличие от известных, сделана попытка использовать информационные крите-

рии, применяемые в теории информации [15—17], для оценки состояния динамической технической системы и эффективности ее системы тестового контроля и управления восстановлением работоспособности отказавших компонентов системы в процессе конфликтной ситуации.

Информационные критерии оценки состояния восстанавливаемой после отказов в процессе конфликта функциональных модулей технической системы. В развитие положений работ [6—12] будем рассматривать техническую систему с восстанавливаемыми после отказов функциональными модулями как систему автоматического управления [18], а точнее — как автоматизированную систему контроля и управления, где процессом управления, подлежащим автоматизации, является процесс восстановления после отказов в процессе конфликта функциональных свойств модулей (компонентов) системы, а система управления включает в свой состав устройство контроля состояния технической системы и устройство восстановления функциональных модулей после отказов в результате атак противника.

В теории информации [15, 16] для оценки состояния объектов в процессе контроля и управления введена интегральная характеристика неопределенности — энтропия состояния объекта Н(^ т), где I — текущий момент времени, т — момент окончания работы рассматриваемой системы управления.

Воспользуемся этой интегральной информационной характеристикой для оценки состояния,

восстанавливаемой после отказов, участвующей в конфликтной ситуации технической системы.

Пусть динамическая техническая система (ДТС), участвующая в конфликтной ситуации SA(n), имеющая в своем составе устройство контроля и восстановления, состоит из п восстанавливаемых после отказов от атак противника функциональных модулей. Будем полагать, что в технической системе SA(n) наряду с внезапными константными отказами типа (0 ^ 1) и (1 ^ 0) имеют место постепенные отказы, связанные, например, с изменением во время конфликта под воздействием атак противника некоторых параметров функциональных модулей.

Обозначим вероятность отсутствия внезапных отказов в системе SA(n) через

-о (2,в) = П АаМ)

Ho(^)= ПрК(рт) ■

где

H р (t,o)=-

Pno )l, B (Bbg (—ао = B ) +

B = P(t (c,l)]fog?2[l - Po (t,l)l

Jt,i) = HSA{n){t, в)-) (t,в),

и управления восстановлен^м функциональных свойств технической системы На(л) уосле отказов в процесен сонфликта соответытвующих ф^жцио-нальных модулей.

Ди оценки сс^1Ч^е1стис5нос,^и процесса контроля и управления восстаноелением в динамической SA (n)-cиcтeмe, еспользуя (3) и (4), можно получить следующий критерий:

Gj (),в) = J(t,z)/HsAn-tp),

(5)

(1)

начиная с текущесо момента лремени I до момента т окончания работы в условия, конфликта.

Аналогично, вероятность отсутствия постепенных отказов в п, ис^с^стснаснив аемых по еле отказов функциональных модулеч технической системы SA(n), запишем в виде

из кото,ого следует очевидный вывод о том, что чем большее количеотво инфонмацнеиОунет позуче-но о со стоянии ДТС, тем сисны ма кз нтр от и управления ыф фек^1^]вн:ее.

В условиях неельного функционирования ди-намины скнй техныч еской с н[стемы в конфликтной ситуации при овраеиаении времени выполнения задания при атадах пеотивника удобно использовать критсртй аффектипности системы контроля и управления в ДТС, оценивающий ее быстродействие

Gjr(t,T) = j(t,T)/r(t,T),

(6)

(2)

В приведенные вч1]аажснияа (е), (2) ¡ева. и рПО. — вероятность появления внезапных и оероатность появления постепенных отиазов сыответственно, в п функциональных мчду^зх, выоднщих в н:;оетн)5 SA (п)-системы.

Очевидно, что вероятнозть гыпoлнуния ни.г^а-ния участвующей в конфликтной ситуации SA(n)-системой за времн х определяеася выражением

Иsпч)(í)0)яС5гы(а,о)Иы0{П)о) .

Теперь, испопьзуа известньш ]И)ы теории информации пнием, получим выражение для энтропии состояния ДТС 13 пноцсссе конороля и управления восстан^^,ие]а)оея плела озкьзов фуну .назальных модулей сыстемы 8а(н) )

0Пгл^nИt) р)оlГIг(t,1)зHыы(3) н). )н)

о0(t,i)+

во (2, в) = -j= X- _ = ^ _ )] Oo- 0 - "-во )t, т )]

энтропия, О(5уЫЫОЫЛДНЫ-Я НЭИИЧНЛМ -ОВОаПНТЯХ 2Т-

казов в Д—С2 проио2ходящ—x с ве2>оíh-1!!остью —в_ (^.т);

энтропия, оНусновоянная налиянем п-ытепенных от-казоы в ДТС: пыоисхн+-_цих с вороятноотсю i).

Рассматриваемая синяема н npo^-co khht)оля и управления еоеучавт Heicotc^p/e количество ИН) формациые ■(("t, т,) о __н=еянин ДТС:

(4)

где Ы0 (и,н) - оСЯаТОННаЫ энтропия состояния ДТС

после проведеная очередного процесса контроля

где T (и, н) — в^мя, необходимо е для проведения контроля возможных неиенранноытей в S (n)-системе и восстановления ее работоспособности послеотказов — уифавлхоио систнмой.

Выбор <:оосветствующхго, (5) или (6), к/итерии для оценки эффективности системы обнаружения отказов и восстановлехия работоспособности ди-намиоесв,й технической снстемы S (я) опредсляет-ся требовoниямх к Етадижности и быстродействию технической c/стeхсI, (■час—воющей в конфлнконой ситуации, и выбpсемo— стцатег—ей не покедения в условия- конф/икте.

Обычно процесс коеироля <:юстояния и ^нрав-лены учаиввующ=й ]в к_нMликьнoй снгуации ^ представляет собо+ о+шoлнeннpю во соответствую-щему алгоритм, пocлeдc>вaте^ц,нoo+ь к яонт_ольных и диагностических процедур (провеpяющpx и диа-гностичесоих тестов) О- ()=Ы Ьв..(к), {_= + ,2,.,.,l), со-стояыих] нап/имерн не б=лее чв^мвз ¡ тест-наОюров-При этом процесс ко-троил и уьфаслооия отхн+че-ской системой может осуществляйся либо нвпре-рыв—о, вибо дискрдтнн с определенной частотой, выбеаоноё ив условия достатьоности времени для снижения нeoпpцдoлeнpoцтн ]^(o зсдан1^ого уровня при определенной инт^1^сивнвсти пре^сса ля и упроеления, опре1ес^,IB^^мo],o cтв(^TI)^:гиo^(ь атакуемой SA(n)-c ист) меi,

Oч^eвнднo, что коыич6зc)гpsо инфора^ЦИИ] пoн^ввч^-емоа в пре_ессп о^огпчэолпя ) jonjaaнления ь?tTC1 в ot^im случае,равно изменению ковичеств^а тпом_),опии:

Пс!) (н, о,П)=ы^нОнво, в)-ыЕу (нн 2, в):

где Ы) (H J,в) = P= H Е,Ын,О,_] + ■ ■ ^CHc]],),в- - cнc) ловная энтI(к:^пия со стояния AT= при Е..

контрольных и диагностических процедун ссстоя-щих из l тíэc^т^H2:нPхнв; Ыя° (H, t, в) — онтропия ДТС послеосуевхд^тиления прянедуры E..; PE)н — вероятность исхода процедуреы E...

Если п)ведпялож^)(ть, что в конфликтной ситуации участыудт не ддна екая техническая система, a E(i =1,2,^.,m) не зависимыхдруг отдруга атакуемых нападающейстороной S_.(n)( í=l,2,^,m)-систем,а Hар1,р2,■:■,рm} —B=-=op cлнв(a]Bап^^]x ))(:{rнкций времени, характеризующих выходные параметры,

определяющие работоспособность в процессе конфликта рассматриваемых технических систем, то при очевирной нссависимости выходных пара-метрсх этих систем энтропия защищающейся системы, состосщей и Цг = 1,2,...,ш) ДТС, определяется по фо ]эм=ле

О (х; ,х2 ,...,хп,],с)=Ы р (х;,],с) .

В связе с аем, что в составе рассматриваемой елоачн=й защища=щойся от атак противника системы исеет м=ссо г(г=1,2,...,т) восстанавливаемых после откаоов Н>А.(л)-систеа, кажрую из которых оюйано ратсмхтниватт как декретную систему управления, то енфопия токон сложной системы, состоящей ^с т ДТС, опререхяеося по формуле

т

о Р р2, с;Рт,()нср р; (], о)1ат2 р; (], о) ,

;=1

гдт Р1 (/, с) — вхро ят н о с ть сп стояния г-ой ДТС.

Легко видеть, что готовность рассматриваемой рйожной ата))« той свисте мы к продолжению выполнения паднния, т.е. к актпвному участию в конфликтной еируеции гоеле восстановдтния от-казатшей 5А](л)-системы1 р[ожнооценить коэффициентом гото вности

рре (х;,],с)

о Г(ХД, с) = п1

рые о ((;,], с)

;=1

где О0 (х;, ], о) — максимально возможная энтропия г-го выходного параметра отказавшей ДТС до начала процесса контроля и управления.

Информационная оценка эффективности системы тестового контроля и управления восстановлением после отказов в процессе конфликта динамической технической системы. Проблема технической диагностики в оперативном режиме технических систем, участвующих в конфликтных ситуациях, в настоящее время изучена недостаточно полно и содержит много нерешенных вопросов, связанных как с аппаратными, так и с программными (тестовыми) методами контроля работоспособности и локализации неисправностей. Применение для этих целей известных методов контроля и технической диагностики [19 — 21] вызывает определенные трудности, так как эти методы разработаны чаще всего для неизбыточных технических систем, а современные динамические технические системы, участвующие в конфликтных ситуациях, функционально сложны и содержат одну или несколько видов избыточности, которая используется для защиты технической системы от атак противника. Поэтому разработчикам таких систем приходится искать порой достаточно сложные приемы и методы для создания у ДТС эффективной системы, чаще всего, тестового контроля и управления восстановлением после отказов в процессе конфликта. Поэтому представляет определенный интерес попытка получить информационную оценку эффективности тестового контроля рассматриваемой выше SA(n)-системы.

Будем полагать, что участвующая в конфликтной ситуации динамическая техническая система содержит в своем составе систему тестового контроля и управления (СКУ), которая в автоматическом режи-

ме осуществляет контроль работоспособности ДТС в течение конфликта, диагностику отказавшего функционального модуля и управление восстановлением работоспособности 5А (п)-системы.

Используя методы теории информации, попытаемся дать количественную оценку эффективности функционирования такой системы тестового контроля и управления восстановлением после отказа функционального модуля от атак противника рассматриваемой технической системы.

Очевидно, что показатель эффективности функционирования рассматриваемой 5А (п)-системы в значительной степени зависит от качества выполнения СКУ ее основных функций, то есть от эффективности функционирования самой системы контроля и управления. Мера, характеризующая качество выполнения СКУ основных ее функций, должна быть достаточно общей, чтобы учитывать все основные показатели качества процесса контроля и диагностики ДТС. Можно полагать, что такой мерой является информационная оценка состояния объекта контроля, доставляемая реальной системой контроля, которая может отказывать и давать неполную информацию о состоянии контролируемой или диагностируемой 5А (п)-системы по сравнению с идеальной системой контроля, лишенной указанных недостатков.

Обозначим J¡ — информацию о состоянии контролируемой ДТС, доставляемую реальной СКУ, т.е. такой системы контроля, которая может отказывать и вносить погрешность, а Jp — аналогичную информацию, доставляемую идеальной СКУ, которая определяет ее потенциальную возможность. Тогда, с информационной точки зрения, за эффективность функционирования системы контроля и управления 5А (п)-системы на интервале времени г — í можно принять отношение

—УА = По (t,r)/ Jp (t,r )

(7)

где t — текущим момент времени, г — момент окончания работы системы контроля и управления. Выражение (7) можно использовать как для оценки функционирования СКУ при контроле работоспособности рассмаврнваемой SA(n)-системы в целом, так и при локализации неисправностей в ДТС. При этом способы вычнсленвя внодящих в (7) величин в режимах контроля и диагностики будут различными, так как в этих свучаян различен характер доставляемой информации.

Получим сначала иыформаииоыную оценку эффективности систе мы те Атового контроля участвующей в конфликтной сшуацАИ 5А(п)-системы.

Базируясь на известных положениях теории информации, можнв уаписоть, втн количество информации, получаемое реальной СКУ рассматриваемой SA(п)-системы при контроле и управлвнии за интервал трАмени то— t, оп°>нделяется равтнсттом

JrbehH^to) r—(t,o\

(8)

где Реу(„) (?,е ) — энтр опия ^а(п) и ОКУ в ме ст е взятых, характеризующая неопределенность до начала процесса контр оо с управления; Н ]е) — оставшаяся после тестовой процедуры энтропия SA(n) и СКУ.

Используя обозначения, введенные в [17], с учетом внезапных эс постеуэнне^со отказов функциональных модулей ДТС в результате атак противника имеет место равенстэо

HSA(n)Hr)= НВ0^Г) + Hno (t,r )

Потенциальные возможности получения информации идеальной СКУ S)(к)-системы определяются следующим образом:

К (tH)cHsAJt]B )

(9)

Очевидно чте келичестоо инфтрмации Jp может быть увеличено за счот повышения точности тестового контроля и уменьшения энтропии, обусловленной наличием ошибок в ртальней (ОКУ.

С учетом эзявонстэ ]8) и О) выражение (7) принимает следующий! сед:

cHSA(n){t]B)-Н (t] В) К tA ~

HSAin) (t'r )

(10)

Из (10) видое, что эфрзкеивность функционирования тесте].!!,! тестового контроля и управления восстановеением рабетотпособности после отказа функционазнного модуля 13 процессе конфликта 5А (п)-системы оп рн деляется числом, изменяющимся от 0 до 1. При этоо очевидет, ч то е-!оеальная СКУ имеет эффективность, равнуо 1, а реальная СКУ меньше еоиниры.

Поскольку про ценя отказов компонентов в ДТС и в системе конфоло о ртраолсния имеет вероятностный аарактер, то, зная вероятности внезапных и поатепееных отказов о этих систена,, нетрудно получить выражения для определения значений эн-тропой ТО3ы(п)Зо,нН и н) его фтрмнлам, приведенным выше.

В том cлyoae, коща тестовый контроль и диагностику более удобно осуществлять не интегрально для всей СА(л,-сжоемы. а дорферендирова оно для каждого функционального модуля, то это следует выпоонять, а pзAoеьтaе оОобщать нс всю рассматриваемую 5А (п)-систему.

В этом соеоае пфПоетивнос ть фистепы тестового контроляи упруваения вое становлениемпосле отказов в процессе конфзяикта фзезэкнтональных модулей МТС можно выразеть теоез энтропии функциональных модулей, вхонящих в соетав 5А(п)-системы и СКУ в следрющем видо:

W,

SA M '

¿[tf^M- Hi (t]B)]

. je_

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

) H™M ]В)

где Офм Зо,о) в, О. Зо,н) — соответственно энтропия г-го функционального модуля 5А(п)-системы до начала про ; есса тестового контроля и управления и оставшаяся энтропия г-го функционального модуля после тестовой процедуры контроля.

Заключение. В заключение следует отметить, что получить численные значения рассмотренных информационных критериев, оценивающих состояние динамических технических систем, участвующих в конфликтных ситуациях, когда противник, исходя из имеющихся у него ресурсов и выбранной стратегии атаки, стремится в процессе конфликта увеличить интенсивность отказов функциональных модулей ДТС и уменьшить интенсивность их восстановления после отказа достаточно сложно. Это вызвано тем, что поведение участвующих в конфликтной ситуации динамических систем

описывается системой дифференциальных уравнений с переменными во времени коэффициентами [8], а их решение, как правило, возможно методом дискретизации и целочисленного программирования с использованием компьютерной техники.

Библиографический список

1. Крапивин В. Ф. Теоретико-игровые методы синтеза сложных систем в конфликтных ситуациях. М.: Советское радио, 1972. 192 с.

2. Лефевр В. А. Конфликтующие структуры. М.: Советское радио, 1973. 158 с.

3. Петросян Л. А., Томский Г. В. Динамические игры и их приложения. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982. 252 с.

4. Нартов Б. К., Братцев С. Г., Мурзин Ф. А. [и др.]. Конфликт сложных систем: Модели и управление. М.: Изд-во МАИ, 1995. 118 с. ISBN 5-7035-0554-2.

5. Nartov B. K. Conflict of Moving Systems. France: AMSE Press, 1994. 86 p. ISBN 2-909214-66-4.

6. Potapov V. I. Model and Numerical Solving Algorithm of Counteraction Problem for Two Restored after Failure Redundant Engineering Systems // Journal of Automation and Information Sciences. 2015. Vol. 47, no. 8. P. 41-51. DOI: 10.1615/ JAutomatInfScien.v47.i8.40.

7. Потапов В. И. Математическая модель и алгоритм оптимального управления подвижным объектом в конфликтной ситуации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 7 (160). С. 16-22.

8. Потапов В. И. Противоборство технических систем в конфликтных ситуациях: модели и алгоритмы: моногр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. 168 с. ISBN 978-5-8149-1993-9.

9. Потапов В. И. Задачи и численные алгоритмы оптимизации надежности аппаратно-избыточной технической системы в конфликтной ситуации при различных стратегиях защиты от атак противника // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 9. С. 617-624. DOI: 10.17587/mau.16.617-624.

10. Потапов В. И., Горн О. А. Математическая модель, метод решения и программное обеспечение для поиска и исследования оптимальных стратегий поведения в конфликтных ситуациях двух динамических систем // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2016. № 5 (149). С. 142-147.

11. Потапов В. И. Новая математическая модель аппаратно-избыточной технической системы, участвующей в конфликтной ситуации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 6. С. 363-367. DOI: 10.17587/mau.17.363-367.

12. Потапов В. И. Разработка математической модели динамической технической системы, восстанавливаемой после отказов в процессе конфликта // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2017. № 2 (152). С. 97-101.

13. Вентцель Е. С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972. 552 с.

14. Козлов Б. А., Ушаков И. А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: Советское радио, 1975. 472 с.

15. Кузьмин И. В., Кедрус В. А. Основы теории информации и кодирования. Киев: Вища школа, 1977. 280 с.

16. Бриллюэн Л. Наука и теория информации / пер. с англ. А. А. Харкевича. М.: Физматгиз, 1960. 392 с.

17. Кузьмин И. В. Оценка эффективности и оптимизация автоматических систем контроля и управления. М.: Советское радио, 1971. 296 с.

18. Красовский А. А., Поспелов Г. С. Основы автоматики и технической кибернетики. М., Л.: Госэнергоиздат, 1962. 600 с.

19. Карибский В. В., Пархоменко П. П., Согомонян Е. С. Техническая диагностика объектов контроля. М.: Энергия, 1967. 79 с.

20. Сердаков А. С. Автоматический контроль и техническая диагностика. Киев: Техника, 1971. 242 с.

21. Основы технической диагностики / Под ред. П. П. Пархоменко. М.: Энергия, 1976. 464 с.

ПОТАПОВ Виктор Ильич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой

«Информатика и вычислительная техника», заслуженный деятель науки и техники РФ. РАЛОВЕЦ Марина Леонидовна, инженер 1-й категории кафедры «Информатика и вычислительная техника».

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 31.05.2017 г. © В. И. Потапов, М. Л. Раловец

УДК 519.83

О. Т. ДАНИЛОВА С. О. САВЧЕНКО Н. В. КАПЧУК

Омский государственный технический университет, г. Омск

АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ НАРУШИТЕЛЯ НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ИГР И ТЕОРИИ ГРАФОВ

Для эффективного обеспечения защищенности системы информационной безопасности от различных видов атак и более тщательного описания нарушителя целесообразно рассматривать процесс защиты как одноходовую матричную бескоалиционную игру с совершенной информацией и нулевой суммой — существуют два игрока с конечным набором стратегий, которые знают все о действиях друг друга и выигрывают исключительно за счет оппонента, не имея возможности скооперироваться. В данной работе описывается использование элементов теории игр, теории вероятностей и теории графов для разработки алгоритма построения модели нарушителя в системе информационной безопасности.

Ключевые слова: модель нарушителя, теория игр, информационная безопасность, моделирование, графы.

I. Введение. В литературе рассматривается игровая модель системы защиты информации, используемая для решения проблемы выбора решения, обеспечивающего оптимальное соотношение между затратами на средства защиты и снижением риска эксплуатации [1, 2]. В ней исследуется антагонистическая матричная игра [3]. При этом стратегии одного игрока («защитника») заключаются в приведении автоматизированной системы в соответствие с требованиями определенного класса защищенности. Под классом защищенности понимается определенный набор требований к функциям защиты системы. Стратегии другого игрока («нарушителя») будут заключаться в реализации угрозы, относящейся к определенному классу угроз. Функция выигрыша будет представлять собой сумму затрат на реализацию предлагаемых мер защиты и ожидаемых потерь в случае реализации угрозы определенного класса, при условии приведения системы в соответствие с требованиями по классу защищенности [4]. Для построения данной модели необходимо:

— наличие классификации угроз;

— проведение анализа рисков, который покажет ожидаемый объем потерь в случае реализации атаки данного класса;

— формальное описание классов защиты для ИС.

Каждый класс защиты должен характеризоваться, с одной стороны, вероятностным коэффициентом, который показывает, насколько снижается вероятность успешной атаки на систему, а с другой — оценкой стоимости технических средств и мероприятий по приведению ИС в соответствие с требованиями данного класса. В модели предполагается, что нарушитель затрачивает х средств на преодоление механизма защиты, создание которого потребовало у средств. Ожидаемое количество информации, получаемое нарушителем, есть функция I(x,y).

Функция f(n) определяет ценность для нарушителя n единиц информации, a g(n) — суммарные затраты на создание и сбережение такого же количества информации, то чистая прибыль нарушителя равна:

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.