Лекция: Распространение объектно-ориентированного подхода на информационную безопасность

О необходимости объектно-ориентированного подхода к информационной безопасности

В настоящее время информационная безопасность является относительно замкнутой дисциплиной, развитие которой не всегда синхронизировано с изменениями в других областях информационных технологий. В частности, в ИБ пока не нашли отражения основные положения объектно-ориентированного подхода, ставшего основой при построении современных информационных систем. Не учитываются в ИБ и достижения в технологии программирования, основанные на накоплении и многократном использовании программистских знаний. На наш взгляд, это очень серьезная проблема, затрудняющая прогресс в области ИБ.

Попытки создания больших систем еще в 60-х годах вскрыли многочисленные проблемы программирования, главной из которых является сложность создаваемых и сопровождаемых систем. Результатами исследований в области технологии программирования стали сначала структурированное программирование, затем объектно-ориентированный подход.

Объектно-ориентированный подход является основой современной технологии программирования, испытанным методом борьбы со сложностью систем. Представляется естественным и, более того, необходимым, стремление распространить этот подход и на системы информационной безопасности, для которых, как и для программирования в целом, имеет место упомянутая проблема сложности.

Сложность эта имеет двоякую природу. Во-первых, сложны не только аппаратно-программные системы, которые необходимо защищать, но и сами средства безопасности. Во-вторых, быстро нарастает сложность семейства нормативных документов, таких, например, как профили защиты на основе "Общих критериев", речь о которых впереди. Эта сложность менее очевидна, но ею также нельзя пренебрегать; необходимо изначально строить семейства документов по объектному принципу.

Любой разумный метод борьбы со сложностью опирается на принцип "divide et impera" - "разделяй и властвуй". В данном контексте этот принцип означает, что сложная система (информационной безопасности) на верхнем уровне должна состоять из небольшого числа относительно независимых компонентов. Относительная независимость здесь и далее понимается как минимизация числа связей между компонентами. Затем декомпозиции подвергаются выделенные на первом этапе компоненты, и так далее до заданного уровня детализации. В результате система оказывается представленной в виде иерархии с несколькими уровнями абстракции.

Важнейший вопрос, возникающий при реализации принципа "разделяй и властвуй", - как, собственно говоря, разделять? Упоминавшийся выше структурный подход опирается на алгоритмическую декомпозицию, когда выделяются функциональные элементы системы. Основная проблема структурного подхода состоит в том, что он неприменим на ранних этапах анализа и моделирования предметной области, когда до алгоритмов и функций дело еще не дошло. Нужен подход "широкого спектра", не имеющий такого концептуального разрыва с анализируемыми системами и применимый на всех этапах разработки и реализации сложных систем. Мы постараемся показать, что объектно-ориентированный подход удовлетворяет таким требованиям.

Основные понятия объектно-ориентированного подхода

Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, то есть поведение системы описывается в терминах взаимодействия объектов.

Что же понимается под объектом и каковы другие основополагающие понятия данного подхода?

Прежде всего, введем понятие класса. Класс - это абстракция множества сущностей реального мира, объединенных общностью структуры и поведения.

Объект - это элемент класса, то есть абстракция определенной сущности.

Подчеркнем, что объекты активны, у них есть не только внутренняя структура, но и поведение, которое описывается так называемыми методами объекта. Например, может быть определен класс "пользователь", характеризующий "пользователя вообще", то есть ассоциированные с пользователями данные и их поведение (методы). После этого может быть создан объект "пользователь Иванов" с соответствующей конкретизацией данных и, возможно, методов.

К активности объектов мы еще вернемся.

Следующую группу важнейших понятий объектного подхода составляют инкапсуляция, наследование и полиморфизм.

Основным инструментом борьбы со сложностью в объектно-ориентированном подходе является инкапсуляция - сокрытие реализации объектов (их внутренней структуры и деталей реализации методов) с предоставлением вовне только строго определенных интерфейсов.

Понятие "полиморфизм" может трактоваться как способность объекта принадлежать более чем одному классу. Введение этого понятия отражает необходимость смотреть на объекты под разными углами зрения, выделять при построении абстракций разные аспекты сущностей моделируемой предметной области, не нарушая при этом целостности объекта. (Строго говоря, существуют и другие виды полиморфизма, такие как перегрузка и параметрический полиморфизм, но нас они сейчас не интересуют.)

Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов. Наследование является важным инструментом борьбы с размножением сущностей без необходимости. Общая информация не дублируется, указывается только то, что меняется. При этом класс-потомок помнит о своих "корнях".

Очень важно и то, что наследование и полиморфизм в совокупности наделяют объектно-ориентированную систему способностью к относительно безболезненной эволюции. Средства информационной безопасности приходится постоянно модифицировать и обновлять, и если нельзя сделать так, чтобы это было экономически выгодно, ИБ из инструмента защиты превращается в обузу.

Мы еще вернемся к механизму наследования при рассмотрении ролевого управления доступом. Пополним рассмотренный выше классический набор понятий объектно-ориентированного подхода еще двумя понятиями: грани объекта и уровня детализации.

Объекты реального мира обладают, как правило, несколькими относительно независимыми характеристиками. Применительно к объектной модели будем называть такие характеристики гранями. Мы уже сталкивались с тремя основными гранями ИБ - доступностью, целостностью и конфиденциальностью. Понятие грани позволяет более естественно, чем полиморфизм, смотреть на объекты с разных точек зрения и строить разноплановые абстракции.

Понятие уровня детализации важно не только для визуализации объектов, но и для систематического рассмотрения сложных систем, представленных в иерархическом виде. Само по себе оно очень простое: если очередной уровень иерархии рассматривается с уровнем детализации n > 0, то следующий - с уровнем (n - 1). Объект с уровнем детализации 0 считается атомарным.

Понятие уровня детализации показа позволяет рассматривать иерархии с потенциально бесконечной высотой, варьировать детализацию как объектов в целом, так и их граней.

Весьма распространенной конкретизацией объектно-ориентированного подхода являются компонентные объектные среды, к числу которых принадлежит, например, JavaBeans. Здесь появляется два новых важных понятия: компонент и контейнер.

Неформально компонент можно определить как многократно используемый объект, допускающий обработку в графическом инструментальном окружении и сохранение в долговременной памяти.

Контейнеры могут включать в себя множество компонентов, образуя общий контекст взаимодействия с другими компонентами и с окружением. Контейнеры могут выступать в роли компонентов других контейнеров.

Компонентные объектные среды обладают всеми достоинствами, присущими объектно-ориентированному подходу:

• инкапсуляция объектных компонентов скрывает сложность реализации, делая видимым только предоставляемый вовне интерфейс;
• наследование позволяет развивать созданные ранее компоненты, не нарушая целостность объектной оболочки;
• полиморфизм по сути дает возможность группировать объекты, характеристики которых с некоторой точки зрения можно считать сходными.

Понятия же компонента и контейнера необходимы нам потому, что с их помощью мы можем естественным образом представить защищаемую ИС и сами защитные средства. В частности, контейнер может определять границы контролируемой зоны (задавать так называемый "периметр безопасности").

На этом мы завершаем описание основных понятий объектно-ориентированного подхода.