Поиск:

Понятие безопасности функционирования информационных систем

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

МИРЭА

Институт

информационных технологий

Кафедра

наименование института (полностью) корпоративных информационных систем

наименование кафедры (полностью)

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой КИС

______________/А.Б. Петров/

«___»__________20__

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ


(наименование дисциплины)
Направление подготовки

Программная инженерия

(код и наименование)

Профиль

Информационные системы корпоративного управления

(код и наименование)

Форма обучения

Очная

(очная, очно-заочная, заочная)

Квалификация выпускника

Магистр

Москва 2017

Составитель: А.Б. Петров

1. Титульный лист;

2. Оглавление (содержание)

3. Основной текст лекций;

4. Список литературы.

Содержание

Оглавление

Содержание. 2

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.. 2

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 7

1.1. Понятие безопасности функционирования информационных систем.. 7

1.2. Основные подходы к анализу безопасности функционирования систем.. 11

1.3. Причины и последствия неадекватного поведения элементов системы.. 13

1.4. Аналоги решения задачи повышения БФС.. 17

1.5. Категории рассматриваемых систем.. 25

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПОСЛЕДСТВИЙ НЕАДЕКВАТНОГО ПОВЕДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ.. 27

2.1. Начальные условия анализа элементов системы.. 27

2.2. Определение признаков нормального функционирования элементов. 32

2.2.1. Признак нормального функционирования и перечень последствий для ЭС.. 32

2.2.2. Нормирование значений границ интервалов. 36

2.3. Анализ возможных последствий неадекватного поведения элемента на смежные элементы 37

2.4. Алгоритм анализа последствий неадекватного поведения элемента на смежный с ним 38

2.5. Примеры анализа парного взаимодействия. 41

2.6. Возможные последствия неадекватного поведения эле-ментов для функционирования системы в целом.. 44

2.7. Алгоритмы анализа последствий неадекватного поведения ЭС.. 47

2.7.1. Общие подходы к разработке алгоритмов анализа. 47

2.7.2. Обобщенный алгоритм анализа последствий для системы (А0). 48

2.7.3. Вариант алгоритма анализа для системы с учетом взаимного влияния (А1). 52

2.7.4. Вариант алгоритма анализа с учетом кратных связей (А2). 55

2.7.5. Условия и анализ последствий неадекватного поведения ЭС для информационной и информационно-управляющей системы (А3). 56

2.7.6. Особенности анализа последствий множественного неадекватного поведения элементов системы (Алгоритмы А4-А6). 58

2.7.7. Алгоритм анализа последствий неадекватного поведения в динамических условиях (А7-) 61

2.7.8. Алгоритмы анализа последствий неадекватного поведения с учетом влияния случайных факторов (А8-А9). 62

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА СИСТЕМ НА ПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ ПОВЕДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ НЕАДЕКВАТНОГО ПОВЕДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ.. 63

3.1. Метод комплексного анализа (МКА). 63

3.1.1. Содержание метода и решаемые задачи.. 63

3.1.2. Математическая модель МКА.. 65

3.1.3. Решающие правила отнесения состояния ЭС к одному из базовых значений.. 66

3.1.4. Алгоритм реализации МКА.. 70

3.2. Метод приближенного анализа (МПА). 74

3.2.1. Содержание метода и решаемые задачи.. 74

3.2.2. Математическая модель МПА.. 75

3.2.3. Алгоритм реализации МПА.. 76

3.3. Метод анализа на основе тестирования систем (МАТС). 79

3.3.1. Содержание метода и решаемые задачи.. 79

3.3.2. Математическая модель МАТС.. 81

3.3.3. Алгоритм реализации МАТС.. 83

3.4. Области применения методов анализа. 85

3.5. Количественная характеристика предсказуемости поведения и оценка степени опасности ЭС 87

3.6. Вероятностно-структурная модель системы.. 88

3.7. Пример анализа телекоммуникационной архитектуры на предсказуемость поведения 91

3.8. Сравнительная эффективность методов анализа на предсказуемость поведения. 94

3.9. Повышение эффективности методов анализа на предсказуемость на основе применения Grid- структур. 99

ГЛАВА 4. СОКРАЩЕНИЕ РЕСУРСОЕМКОСТИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА НА ПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ ПОВЕДЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ.. 101

4.1. Необходимость выделения типовых функциональных элементов. 101

4.2. Метод проектирования систем с предсказуемым поведением.. 104

4.3. Примеры аналогичных подходов к решению задачи.. 113

4.4. Эффективность применения ТФЭ для сокращения ресурсоемкости анализа системы на предсказуемость. 114

4.5. Методология проектирования функциональных стандартов (профилей) ТФЭ с учетом требования предсказуемости поведения. 116

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 123

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АС – автоматическая система
АСОИ – автоматизированная система обработки информа-ции
АСУ – автоматизированная система управления
АСУВ – автоматизированная система управления войсками
АСУ ТП – автоматизированная система управления техно-логическим процессом
АСУО – автоматизированная система управления оружием
БФС – безопасность функционирования систем
ВС – вычислительная структура
ВЦ – вычислительный центр
ЕТКС – единая телекоммуникационная среда
ЕИОС – единая информационная образовательная среда
ЖЦ – жизненный цикл
ИВС – информационно-вычислительная среда
ИВТС – информационные, вычислительные и телекоммуни-кационные системы
ИР – информационный ресурс
ИТ – информационная технология
МКА - метод комплексного анализа
МПА - метод приближенного анализа
МАТС - метод анализа на основе тестирования устройств и систем
НТД – нормативно-техническая документация
ОС – операционная система
ОФАП ВШ – Отраслевой фонд алгоритмов и программ высшей школы
ПС – программное средство
ПУСПП – проектирование устройств и систем с предсказуемым поведением
РИС – распределенная информационная система
СВТ – средства вычислительной техники
СОС – среда открытых систем
СПП – система с предсказуемым поведением
ТКР – телекоммуникационный ресурс
ТОС – технология открытых систем
ТФЭ – типовой функциональный элемент
СПП – система с предсказуемым поведением
ФуБ – функциональная безопасность
ФВ – физическая величина
ФС – функциональный стандарт
ФЭ – функциональный элемент
ЭС – элемент системы
FMECA – Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
GRID – технология (структура) распределенных вычислений
IEC – International Electrotechnical Commussion
ISO – International Organization for Standardization
MIL-STD – стандарт Министерства обороны США

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современных средств вычислительной техники, их внедрение в различные сферы практической деятельности, расширение областей применения автоматизированных систем управления и обработки информации привело к ситуации, когда современный мир невозможно представить без сложных информационных систем, АСОИ, АСУ ТП, автоматических систем, вы-числительных комплексов, телекоммуникационных сетей – всего того, что создает информационно-вычислительно-телекоммуникационную среду, обеспечивающую человеку целый спектр сервисных возможностей: от информационной поддержки до ав-томатического управления процессами и системами.
Положительные стороны этого процесса очевидны из-за сокращения рутинных действий человека в процессе жизнедеятельности, увеличения его потенциала за счет того, что все большее количество функций передается вычислительным устройствам и системам управления.
Вместе с тем, одним из отрицательных качеств расширенно-го применения средств вычислительной техники (СВТ) и систем управления является возрастание потенциальной опасности возможных последствий сбоя или отказа в их работе для объекта управления, человека, окружающей среды.
Опасность подобных последствий становится еще более значимой, когда рассматриваются комплексы устройств, интегрированные системы, гиперсистемы, особенно, если в их составе имеются потенциально опасные элементы (опасные объекты и производства, боевые части и т.д.), устройства (системы), работающие в опасных условиях окружающей среды, либо устройства (системы), имеющие распределенный характер и ориентиро-ванные на обслуживание массовых пользователей (клиентов).
Данная проблема стала особенно острой в современных ус-ловиях, когда СВТ и системы управления стали интегрироваться между собой и в структуры более высокого уровня, когда возникновение негативных последствий в осуществлении своих функций в локальной системе стало существенным образом сказываться на нормальном функционировании смежных систем, вызывая негативные последствия уже в существенно больших масштабах.

При этом возрастает потенциальная возможность возникновения опасных для человека и окружающей среды последствий в результате сбоя или отказа в работе элементов систем (возникновения нештатной ситуации) под влиянием различных внешних и внутренних воздействий (неадекватность поведения системы). В частности, возможны нарушения в работе объекта управления, смежных устройств и систем, разрушение объектов, возникновение экологических и техногенных катастроф, гибель людей.
К основным системам, для которых цена и объем последствий отказа являются существенными, относятся автоматические системы, автоматизированные системы контроля и управления опасными объектами и производствами, а также устройства и системы, применяемые для проведения уникальных исследований в космосе, под водой и в иных опасных условиях.

Аналогичные последствия возникают и для простых систем массового применения, когда последствия в расчете на одну сис-тему могут и не иметь катастрофического характера, однако помноженные на число таких систем, становятся значимыми.

Также, в настоящее время остро стоит вопрос об устойчивости инфраструктуры бизнеса в условиях воздействия внешних и внутренних факторов, таких как климатические воздействия, чрезвычайные ситуации, социальные явления, техногенные угрозы и т.д.

Возможность появления аварийных ситуаций в перечисленных выше системах, влияющих отрицательно на жизнедеятельность человека и окружающую среду при функционировании в соответствии с целевым назначением, требует уже на стадии проектирования (для новых систем) или на стадии модификации (для существующих или интегрируемых систем) обеспечить безопасность их функционирования путем раннего выявления (моделирования) и последующего устранения (или снижения влияния) возможных негативных последствий.

Для выявления особенностей функционирования систем в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов необходимо использовать методологию анализа устройств и систем на предсказуемость поведения с целью выявления перечней возможных последствий неадекватного поведения, а также наиболее уязвимых элементов архитектуры системы.

Для оценки опасности последствий, к которым может при-вести нарушение нормального функционирования под влиянием различных внешних и внутренних воздействий, введем новую, дополнительную характеристику систем - предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения составляющих элементов.

Понятие предсказуемости систем в условиях неадекватного поведения элементов относится к различным классам систем (вычислительным, информационным, телекоммуникационным), а областями применения, для которых это понятие значимо, явля-ются различные сферы экономики, производства, управления, связи, телекоммуникации, а также военные применения.
Учитывая объективную необходимость и с целью выполне-ния положений Закона для решения проблемы повышения безо-пасности функционирования систем, используемых на объектах экономики, а также, учитывая широкий спектр применений и уровень возможных последствий, при проектировании систем необходимо для обеспечения безопасности функционирования использовать комплексную методологию их анализа на предска-зуемость поведения в условиях неадекватного поведения состав-ляющих элементов, а также синтеза систем с предсказуемым по-ведением, в том числе на основе подходов, базирующихся на ме-тодах функциональной стандартизации и принципах открытых систем.

Основное назначение применяемых методов:
- определение наличия и интервалов значений параметров элементов системы, обеспечивающих ее гарантированное функ-ционирование;
- определение возможных последствий неадекватного пове-дения элементов системы на ее функционирование в целом и на внешнюю среду;
- выявление возможных опасностей, определяемых внут-ренней организацией, архитектурой, схемными, аппаратными и иными особенностями реализации системы;
- повышение качества разработки систем за счет выбора бо-лее безопасных архитектурных, схемных, топологических и иных решений.
В основу анализа, моделирования поведения и разработки СПП в условиях неадекватного поведения одного или нескольких элементов системы положены принципы и подходы системного анализа, теории надежности, функциональной стандартизации, методов декомпозиции, теории нечетких множеств, теории алго-ритмов, а также методология структурного анализа, принципы и технология открытых систем.
При выполнении декомпозиции информационных систем применялась методология структурного анализа информацион-ных систем, изложенная в нормативных документах ISO, IEEE и Госстандарта России [1-3].
Применение рассмотренных в пособии методов позволяет сократить возможные потери от утраты уникального оборудова-ния, а также снизить вероятность крупных аварий и катастроф, вызванных возможными последствиями неадекватного поведения устройств и систем.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Понятие безопасности функционирования информационных систем

В настоящее время, в ряде публикаций, а также в дейст-вующих нормативных документах, в частности, в [4-25], постав-лена задача повышения безопасности функционирования систем (БФС) для применения в различных предметных областях, вы-полнены разработки ряда методологий анализа и синтеза систем различного назначения, направленных на ее решение.
При этом, под БФС понимается, согласно [10, 17], свойство системы противодействовать появлению аварийных ситуаций, влияющих отрицательно на жизнедеятельность человека и среду его обитания (окружающую среду) при функционировании сис-темы в соответствии с целевым назначением. Определение по-лезно расширить путем включения в число объектов, на которые может повлиять нарушение нормального функционирования системы, ряд элементов, не относящихся впрямую к среде обита-ния человека, таких как природные и космические объекты.
Данное расширение вполне соответствует идеологии безо-пасности, закладываемой в Федеральном Законе Российской Фе-дерации «О техническом регулировании» [26], в котором под безопасностью продукции, процессов производства, эксплуата-ции, хранения, перевозки, реализации и утилизации (далее - безопасность) понимается состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружаю-щей среде, жизни или здоровью животных и растений.
Под неадекватным поведением системы будем понимать возникновение одной из следующих ситуаций: отказ одного или нескольких элементов системы, сбой одного или нескольких эле-ментов, сочетание отказа одного или нескольких элементов и сбоя одного или нескольких элементов.
Для повышения БФС применяются различные методы, клас-сифицируемые по применяемому математическому аппарату [8-14, 27 -33]:

- методы, основанные на анализе функционирования в виде системы уравнений;

- методы, использующие основные теоремы теории вероят-ности и теории массового обслуживания;

- логико-вероятностные методы;

- топологические методы.

Эти методы направлены на повышение надежности систем, прогнозирование сбоев и отказов, планирование резервирования отдельных элементов систем. Вместе с тем, выявление особенностей функционирования систем в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов, в том числе с учетом взаимодействия с внешней сре-дой, требует разработки методологии их анализа с целью выявле-ния перечней возможных последствий неадекватного поведения, а также наиболее уязвимых элементов архитектуры системы.

Критерием создания систем с предсказуемым поведением (СПП) служит безопасность их функционирования по отноше-нию к объекту управления, человеку, окружающей среде в усло-виях неадекватного поведения одного или нескольких ее элемен-тов под влиянием различных внешних и внутренних воздействий. Под СПП будем понимать систему, которая в условиях не-адекватного поведения одного или нескольких составляющих ее элементов, будет иметь заранее предсказанное поведение, учиты-вающее минимизацию нежелательных последствий, вызванных таким поведением, для человека, объекта управления, окружаю-щей среды и иных объектов.
Для определения предсказуемости поведения системы необ-ходимо:

- выявить перечни последствий, приводящих к такому на-рушению выполнения системой заданной функции, что наносит-ся ущерб любым объектам окружающей среды;

- определить или спрогнозировать появление новых реакций на выходе системы, не являющихся результатом их нормального функционирования, приводящих к аналогичным последствиям.

Анализ систем, позволяющий выявить качественные харак-теристики безопасности, связанные с процессом их функциони-рования, осуществляется, крайне редко, например, при создании критических систем [34-35], и постфактум, то есть для уже реали-зованной системы. Это связано со значительной трудоемкостью и ресурсоемкостью подобного анализа, обусловленной множеством учитываемых факторов и взаимосвязей.
На основании идеологии обеспечения БФС, изложенной в Федеральной Законе Российской Федерации №68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» [36] и с учетом Федерального Закона Российской Федерации «О техническом регулировании» [26] подходы по анализу систем на предсказуемость поведения в ус-ловиях возможного отказа составляющих их элементов, пред-ставленные в настоящей работе, могут послужить основой для разработки технических регламентов, определяющих «…обязательные для применения и исполнения требования к объектам технического регулирования…», к которым, в данном случае, относится безопасность функционирования устройств и систем в процессе эксплуатации, что определено статьей 6 Феде-рального Закона №68-ФЗ.

В соответствии со статьей 8 Закона, данные регламенты бу-дут относиться к группе общих технических регламентов, требо-вания которых «…обязательны для применения и соблюдения в отношении любых видов продукции, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации».

Круг систем, для которых анализ на предсказуемость пове-дения необходимо выполнять будет расширяться: от единичных случаев применения для анализа особо опасных, либо уникаль-ных объектов в настоящее время, до любых устройств и систем массового применения, в дальнейшем.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Поделиться с друзьями:

Дата добавления: 2018-11-11; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 645 | Нарушение авторских прав

Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

1589 -

| 1360 -