Estimation of financial costs for information protection tools development by decision support system

Full Text

Введение В настоящее время в мире происходит увеличение случаев несанкционированного доступа третьих лиц к защищаемой информации. Так только за 2013 г. было украдено более $ 25 млрд. у частных и государственных компаний по всему миру [1]. Кроме того, в последнее время наметилась новая тенденция - участились атаки на технические системы охраны (ТСО) с нарушением их работы [2]. Исходя из этого, интерес представляет анализ финансовых затрат на построение средств защиты информации (СЗИ), в том числе и ТСО, с учетом их особенностей. Одним из возможных методов оценки финансовых затрат на построение СЗИ, в том числе и ТСО, по критерию минимизации финансовых затрат при известной стоимости защищаемой информации может быть использование систем поддержки принятия решения (СППР). Под СППР понимается система, которая направлена на аналитическое обоснование выбора вариантов управленческих решений в информационной системе лицом, принимающим решение (ЛПР) [3]. К настоящему времени известен ряд СППР, ориентированных на обеспечение информационной безопасности (ИБ) - см. таблицу 1. Так, в [4] предлагается СППР по обеспечению безопасности персональных данных, которая базируется на основе правил и прецедентов, в [5] - СППР для защиты конфиденциальной информации предприятия. В [6] разработана интеллектуальная СППР по обеспечению ИБ компьютерных систем от атак. В [7] предлагается подход к разработке математического метода принятия решений по организационно-техническому управлению защитой информации. Анализ недостатков систем [4-7] показывает, что в них отсутствует подсистема, которая отвечает за вычисление финансовых затрат на построение СЗИ, в том числе и ТСО, по критерию минимизации финансовых затрат при известной стоимости защищаемой информации. В [8] представлена СППР для выработки компромиссного решения по обеспечению ИБ локальной вычислительной сети (ЛВС). Недостатком данной системы является сложность математических расчетов и затруднительность оценки денежных ресурсов, необходимых для обеспечения ИБ. Кроме того, она рассчитана на закрытые системы, к которым относятся и ЛВС, в то время как для открытых систем, например радиоканальных ТСО, рассматриваемая СППР малопригодна из-за наличия неблагоприятных факторов: погодные условия, большое расстояние передачи информации, затруднительность защиты от несанкционированного доступа на всем пути распространения радиоволн. В [9] изложена методика выбора оптимального набора программно-аппаратных СЗИ. Недостатком данной СППР является сложность математических расчетов. Работа [10] предлагает методику синтеза оптимального варианта аппаратно-программного комплекса защиты информации, которая рассчитана на информационные системы больших компаний, включающие в себя средства вычислительной техники, системы управления базами данных и другое. Основной недостаток данной методики - вычислительная сложность нахождения кратчайшего пути в графе альтернативных вариантов защиты в силу большого количества способов защиты. В [11] изложена методика оценки рисков ИБ экономических информационных систем. Основным недостатком данной методики является вычислительная сложность нахождения собственных векторов и собственных значений матрицы парных отношений и субъективность экспертных оценок. В [12] предлагается методика оценки затрат на ИБ. Данная методика является подсистемой в СППР, направленной на аудит защищенности беспроводных сетей. Однако данная подсистема выдает только количественные показатели без качественных. Кроме того, она не показывает количество убытков при реализации неэффективной защиты информации. Таблица 1. Основные СППР, ориентированные на обеспечение ИБ Название Область применения Используемый математический аппарат Вычисление финансовых затрат СППР по обеспечению безопасности персональных данных [4] Защита персональных данных Онтологический анализ Отсутствует СППР по защите информации [5] Анализ защищенности конфиденциальной информации Векторное представление угроз и геометрическое моделирование угроз Отсутствует Разработка интеллектуальной СППР [6] Обеспечение ИБ компьютерных систем от атак Нейронная сеть Хопфилда Отсутствует Разработка функциональной модели управления защитой информации [7] Принятие решений по организационно-техническому управлению защитой информации Морфологический метод Отсутствует Выбор вариантов системы информационной безопасности на основе компьютерной СППР [8] Локальные вычислительные сети Совокупность экономических критериев, критериев риска, оценки уровня доверия и безопасности объекта оценки Присутствует Синтез интегральной системы безопасности [9] Выбор оптимального набора программно-аппаратных СЗИ Комплекс математических моделей многокритериальной оптимизации Присутствует Методика синтеза оптимального варианта аппаратно-программного комплекса защиты информации [10] Обеспечение информационной безопасности информационной системы предприятия Теория графов Присутствует Методика оценки рисков информационной безопасности [11] Экономические информационные системы Экспертные оценки с использованием матричных вычислений Присутствует Модель и метод построения семейства профилей защиты для беспроводной сети [12] Беспроводные сети Теория вероятности Присутствует Таким образом, анализ открытых источников показал, что исследования в области вычисления финансовых затрат на построение СЗИ и принятие управленческие решений на основании данных вычислений являются актуальными. Целью данной работы является разработка структуры СППР, позволяющей ЛПР оценить финансовые затраты на построение СЗИ, в том числе и ТСО. В соответствии с этим, задачами данной работы являются: - разработка метода оценки финансовых затрат на построение СЗИ, в том числе и ТСО, на основе математического аппарата теории игр; - разработка структуры СППР, оценивающей СЗИ, в том числе и ТСО, с учетом их особенностей на основе критерия минимизации финансовых затрат при известной стоимости защищаемой информации и дающей рекомендации ЛПР. Принципы разработки СППР Для оценки финансовых затрат на построение СЗИ, в том числе и ТСО, воспользуемся математическим аппаратом теории игр. Понятие теории игр предполагает наличие двух противоборствующих сторон, которые связаны между собой платежной матрицей вида (1): S1 S2 … Sj A1 p11 p12 … p1j A2 p21 p22 … p2j … … … … … Ai pi1 pi2 … pij (1) Для матрицы (1) определены следующие показатели [13]: A1, A2, …, Ai - виды атаки; S1, S2, …, Sj - виды защиты; Xj - вероятностная стоимость применяемого вида защиты; pijз - вероятность отражения атаки Ai при использовании средства защиты Sj; pijа - вероятность проведения i-ой атаки; pijу - вероятность нанесения ущерба при i-ой атаке и j-ым средстве защиты. Для данных показателей необходимо ввести также показатель Z - стоимость потенциально похищенной информации. Условием рациональной защиты является следующее правило: стоимость СЗИ должна быть в худшем случае равна стоимости информации, похищенной при успешной реализации атаки [13]. Исходя из этого правила, можно составить следующее выражение: . (2) Выражение (2) показывает, что в худшем случае вероятностная стоимость применяемого вида защиты должна соответствовать произведению вероятности нанесения ущерба на стоимость потенциально похищенной информации. Представим через вероятность защиты и вероятности проведения атаки [13]: (3) Далее необходимо в (2) подставить (3): . (4) Составим общую вероятностную стоимость средств защиты X0: . (5) Если X0 ≤ Z, то использование СЗИ стоит признать рациональным и целесообразность их применения очевидна, в против же случае, то есть X0 > Z, использование СЗИ является нерациональным и их нецелесообразно применять. Вычислим стоимостную разницу между вероятностною стоимостью внедрения СЗИ и стоимостью потенциально похищенной информации Z0: . (6) Получение по формуле (6) отрицательного значения означает, что внедрение таких СЗИ является потенциально нерентабельным. На основании (1-6) авторами предложена структурная схема реализации СППР, изображенная на рис. 1. Работа предложенной СППР осуществляется следующим образом. Вначале эксперт заполняет эталонную базу данных средств защиты информации (БД СЗИ) информацией об основных СЗИ с присуждение каждому СЗИ вероятностных характеристик pijз и pijа, учитывающих виды защиты данного СЗИ и виды атаки на данное СЗИ и изображенных в виде матрицы вероятностей отражения атаки и матрицы проведения атаки. После этого ЛПР через интерфейс пользователя формирует запрос, который включает в себя заполнение шаблона с вопросами о необходимом СЗИ и ввод информации о стоимости потенциально похищенной информации. Шаблон состоит из полей, в которых представлены вопросы, по которым проводится поиск в эталонной БД СЗ. В случае, если такое СЗИ не было обнаружено, то ЛПР через интерфейс пользователя может внести информацию о нем в эталонную БД СЗИ. После того, как СЗИ обнаружено, его вероятностные характеристики вместе с информацией о стоимости потенциально похищенной информации поступают в модуль вычисления, в котором на основании формулы (4) осуществляются вычисления вероятностной стоимости каждого средства защиты, по формуле (5) проводятся вычисления общей вероятностной стоимости средств защиты и по формуле (6) вычисляется стоимостная разница между вероятностной стоимостью внедрения СЗИ и стоимостью потенциально похищенной информации. Затем информация поступает в модуль формирования решений, который выдает рекомендации о рациональности (нерациональности) СЗИ и целесообразности (нецелесообразности) их использования, и о стоимостной разнице между вероятностной стоимостью внедрения СЗИ и стоимостью потенциально похищенной информации. После этого ЛПР получает количественные (общая вероятностная стоимость, стоимостная разница между вероятностной стоимостью внедрения СЗИ и стоимостью потенциально похищенной информации) и качественные показатели (рациональность (нерациональность), целесообразность использования (нецелесообразность)), и на их основании принимает управленческие решения. Рис. 1. Структурная схема реализации СППР Обоснование полученных результатов Для подтверждения достоверности предлагаемой методики рассчитаем вероятностную стоимость произвольного СЗИ на основе выражений (1)-(6) с определением количественных и качественных показателей. За основу возьмем СЗИ, предложенную в [14]. В данной работе рассматривается устройство беспроводной автомобильной сигнализации, которое защищено от навязывания ложных данных за счет использования генератора случайных чисел и двух генераторов псевдослучайной последовательности (ПСП), однако не защищено от просмотра и перехвата информации. Для обозначенных трех видов угроз (просмотр, перехват и подмена) и видов защиты от этих угроз, определяемых по каждому СЗИ отдельно, вероятности наступления событий целесообразно описать в соответствии со шкалой, предложенной в [15] (см. таблицу 2). Таблица 2. Распределение вероятностей наступления событий Вероятность Название наступление события маловероятно средняя вероятность наступления события вероятность наступления события выше среднего высокая вероятность наступления события Матрица вероятностей отражения атаки для данного устройства выглядит следующим образом (см. таблицу 3). Таблица 3. Матрица вероятностей отражения атаки Защита от просмотра Защита от перехвата Защита от навязывания ложных данных Просмотр 0,1 - - Перехват - 0,1 - Навязывание ложных данных - - 0,8 Матрица вероятностей проведения атаки для данного устройства выглядит следующим образом (см. таблица 4): Таблица 4. Матрица вероятностей проведения атаки Защита от просмотра Защита от перехвата Защита от навязывания ложных данных Просмотр 0,4 - - Перехват - 0,4 - Навязывание ложных данных - - 0,2 Согласно данным, представленным в таблице 3, имеем следующие вероятности отражения атаки: - = 0,1 - вероятность защиты от просмотра; - = 0,1 - вероятность защиты от перехвата; - = 0,8 - вероятность защиты от навязывания ложных данных. Согласно данным, представленным в таблице 4, имеем следующие вероятности проведения атаки: - = 0,4 - вероятность просмотра; - = 0,4 - вероятность перехвата; - = 0,2 - вероятность навязывания ложных данных. Заметим, что, в соответствии с [16], = 1 и = 1. Далее согласно (4), получаем вероятностную стоимость каждого средства защиты, причем Z, для простоты расчетов, берется равным 100 у.е., где у.е. - стоимость потенциально похищенной информации в условных единицах: X1 = 36; X2 = 36; X3 = 4. (7) Согласно (5) получаем общую вероятностную стоимость средств защиты: X0 = X1 + X2 + X3 = 76. (8) Таким образом, средства защиты являются рациональным при заданном Z = 100 у.е., их целесообразно применять и стоимостная разница между вероятностною стоимостью внедрения СЗИ и стоимостью потенциально похищенной информации по формуле (6) составляет 24 у е. Заключение На основе математического аппарата теории игр авторами разработан метод оценки финансовых затрат на построение СЗИ, в том числе и ТСО, с учетом их особенностей. На основе разработанного метода предложена структура СППР, оценивающая СЗИ, в том числе и ТСО, на основе критерия минимизации финансовых затрат при известной стоимости защищаемой информации и дающая рекомендации лицу, принимающему решения в виде количественных и качественных показателей. Предложенный метод оценки финансовых затрат и разработанная структура СППР отличаются: - простотой математических расчетов; - легкостью в программной реализации; - наличием количественных (финансовые затраты) и качественных (целесообразность применения) показателей; - возможностью внедрения в качестве подсистемы в любую СППР, которая предназначена для решения задач ИБ.

About the authors

Aleksandr Pavlovich Zhuk

North Caucasus Federal University

Email: alekszhuk@mail.ru

Dmitrij Leonidovich Osipov

North Caucasus Federal University

Email: kafotzi@gmail.com

Alexej Andreevich Gavrishev

North Caucasus Federal University

Email: kafotzi@gmail.com

References

Supplementary files