name: Методология предотвращения компьютерных атак на промышленные системы на основе адаптивного прогнозирования и саморегуляции
keyword_list: ГРАФ, КОМПЬЮТЕРНАЯ АТАКА, САМОРЕГУЛЯЦИЯ, ПРОМЫШЛЕННАЯ СИСТЕМА, КИБЕРУСТОЙЧИВОСТЬ, АДАПТИВНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ
abstract: Объектом исследования являются ПС с развитой сетевой инфраструктурой, в отношении которых реализуются компьютерные атаки.Предметом исследования являются методы обнаружения и прогнозирования компьютерных атак, методы противодействия компьютерным атакам как основа технологии автоматического поддержания корректного функционирования ПС.Цель исследования состоит в обеспечении и поддержании защищенности ПС путем предотвращения компьютерных атак на основе создания методологии раннего обнаружения атак с использованием экстраполяции характеристик системы и реконфигурации системы, позволяющей сохранить ее функциональность в условиях компьютерных атак. Под предотвращением компьютерной атаки в данной работе понимается комплекс мер, направленных на создание условий, которые исключают проведение атаки или нейтрализуют ее последствия. Для достижения вышеуказанной цели решены следующие задачи: 1.Проведен анализ специфики современных ПС с точки зрения обеспечения информационной безопасности. 2. Создана методология предотвращения компьютерных атак, в которой объединены методы прогнозирования и саморегуляции, исключающие проведение атаки, а также оценка сохранения защищенности ПС путем формализации условий киберустойчивости. 3. Разработана модель функционирования ПС, инвариантная к типу компьютерной атаки и позволяющую описать последствия реализации атак на ПС. 4. Разработан метод раннего обнаружения компьютерных атак на основе экстраполяции характеристик ПС. 5. Разработан метод саморегуляции на основе реконфигурации структуры ПС. 6. Разработан подход к оценке киберустойчивости ПС, позволяющий определить пределы сохранения системой способности к корректному функционированию. 7. Реализовать прототип системы предотвращения компьютерных атак для применения в ПС с развитой сетевой инфраструктурой на примере интеллектуальных сетей энергоснабжения (Smart Grid). Научная новизна результатов: 1. Впервые предложена методология предотвращения компьютерных атак на современные ПС, основу которой составляют: графовая модель функционирования ПС; адаптивное прогнозирование путем экстраполяции временных рядов, сформированных из значений характеристик ПС; автоматическая реконфигурация ПС, обеспечивающая киберустойчивость. 2. Разработана графовая модель функционирования ПС, отражающая последствия всех типов компьютерных атак на ПС, что подтверждается сформулированной и доказанной теоремой о полноте графовой модели. 3. Предложен метод раннего обнаружения компьютерных атак, заключающийся в анализе и экстраполяции временных рядов, сформированных из значений характеристик ПС, с использованием фильтра Калмана и алгоритма машинного обучения Random Forest. 4. Разработан метод саморегуляции, состоящий в реконфигурации структуры ПС, исключающей возможность реализации атаки на ПС или осуществляющей нейтрализацию ее последствий на основе графов де Брёйна и графов перекрытий. 5. Сформулирован принцип киберустойчивости, состоящий в возможности сюръективного отображения из множества способов реконфигурации ПС в множество компьютерных атак, на основе которого предложен подход к определению киберустойчивости ПС на основе эволюционной генетики, позволяющий определить условия, при которых возможно сохранение функционирования системы в условиях деструктивных воздействий. Теоретическая значимость работы заключается в создании оригинальной единой методологии предотвращения компьютерных атак на ПС, основу которой составляют: универсальная графовая модель, отражающая функционирование ПС и последствия реализации компьютерных атак; методы адаптивного прогнозирования изменения характеристик ПС на основе экстраполяции временных рядов и саморегуляции ПС на основе автоматической реконфигурации ее структуры; в формализации условий сохранения киберустойчивости с использованием моделей эволюционной генетики, определяющих границы области корректного функционирования ПС в условиях компьютерных атак. Практическая значимость работы определяется возможностью использования разработанных модели, методов, подхода и архитектуры для предотвращения компьютерных атак на ПС с развитой сетевой инфраструктурой. Результаты работы позволяют: описывать состояние ПС путем моделирования сетевого взаимодействия их компонентов; выявлять и прогнозировать аномалии в характеристиках ПС; автоматически реконфигурировать структуру ПС для противодействия компьютерным атакам и сохранения корректного функционирования ПС; оценивать граничные условия, при которых рассматриваемая ПС сможет корректно функционировать в условиях компьютерных атак.Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использовались методы математического моделирования, дискретной и вычислительной математики, теории графов, теории вероятностей и математической статистики, теории защиты информации, теории эволюции.
chairman_dissertation_council.surname: Заборовский В.С.
chairman_dissertation_council.position: профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
organization_supervisor.surname: Сергеев В. В.
organization_supervisor.position: проректор по научной работе
organization_supervisor.degree: Доктор технических наук
rubrics.code: 28.17.31
rubrics.name: Моделирование процессов управления
rubrics.code: 20.51.23
rubrics.name: Эффективность информационного обслуживания
rubrics.code: 20.53.19
rubrics.name: Средства обработки и поиска информации
oecds.code: 01.02.00
oecds.name: Computer and information sciences
oecds.code: 02.02.ES
oecds.name: COMPUTER SCIENCE, HARDWARE & ARCHITECTURE
oecds.code: 02.02.AC
oecds.name: AUTOMATION & CONTROL SYSTEMS
speciality_codes.name: Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
speciality_codes.code: 05.13.19
supervisors.fio: Зегжда Дмитрий Петрович
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Петренко Сергея Анатольевича
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Военная электроника, системы и средства опознавания, аппаратура комплексов военного назначения
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Маркова Алексея Сергеевича
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Методы и системы защиты информации, информационная безопасность
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГАОУ ВО "СПбПУ"
protection_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
protection_organization.ogrn: 1027802505279
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: ФГАОУ ВО "СПбПУ"
author_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
author_organization.ogrn: 1027802505279
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения