Глава 4 Прогнозирование размера ущерба от реализации атак типа «сетевой шторм» 105

4.1 Характеристики временного ряда случайной величины объема трафика 105

4.2 Базовый алгоритм сингулярного спектрального анализа 109

4.3 Исследование внутренней структуры временного ряда случайной величины объема трафика 125

4.4 Алгоритмы прогноза сингулярного спектрального анализа 137

4.5 Прогнозирование временного ряда случайной величины объема трафика 143

Заключение 154 Список литературы 157 Введение

Результаты и перспективы внедрения информационных и телекоммуникационных технологий свидетельствуют о наличии устойчивой тенденции в росте масштабов применения технических систем различных классов, использующих соответствующие технологии, в качестве инструмента для организации бизнес-процессов, управления технологическими процессами и критически важными объектами, поддержки принятия решений в организациях, ведомствах и органах государственной власти [3, 4, 71, 82, 101].

Масштабность и комплексность задач, решаемых с помощью таких систем, а так же сильная зависимость обеспечиваемых процессов от состояния обеспечивающих систем, переводят первые в категорию объектов, актуальных для информационных угроз, ущерб от реализации которых потенциально многократно превосходит затраты на подготовку и осуществление текущей деятельности.

При этом непрерывный рост количества пользователей, лавиннообразное увеличение объема обрабатываемой информации, территориальная и функциональная разобщенность компонентов рассматриваемых систем создают множество уязвимостей, открывая пути для проведения злоумышленных преднамеренных информационных воздействий - атак, имеющих своей целью нарушение целостности, конфиденциальности, доступности обрабатываемой информации и непрерывности информационных процессов, происходящих в системах [1, 59, 78, 92, 93].

Атаки, направленные на нарушение доступности информации и информационных ресурсов, занимают лидирующие позиции по частоте реализации, размерам ущербов и затратам на защиту от них [47, 91, 162, 177, 178]. Более того, атаки подобного рода сегодня являются инструментом экономической, политической и даже военной борьбы [34, 58, 79].

Классификации, исследованию механизмов исполнения, обнаружения и предотвращения, организационным и техническим особенностям отдельных видов атак, направленных на нарушение доступности информации и информационных ресурсов, посвящено большое количество научных исследований [2, 5, 5, 9, 13, 59, 91, 162, 177, 178]. Однако, описанные в технической литературе определенные уязвимости в процессах коммутации, маршрутизации и взаимодействии сетевого оборудования [132, 186, 204, 210], способные привести к неконтролируемому распространению вредоносного трафика в критических объемах, не нашли своего достойного отражения в научных исследованиях. При этом сложные комплексные атаки типа «сетевой шторм», являясь характерным примером атак, нарушающих доступность информации и информационных ресурсов, используют подобные уязвимости и представляют на сегодняшний день вполне реальную и существующую угрозу.

Согласно [99] безопасность, в том числе и технической системы, – есть состояние, при котором отсутствует недопустимый риск. Математический аппарат анализа и оценки рисков успешно применяется при решении множества задач информационной безопасности: при исследовании и прогнозировании информационных угроз [48, 64] и оценке степени их опасности [67, 68, 73, 75], оценке защищенности инновационных проектов [62] и эффективности применяемых средств защиты [65, 66, 69]. Очевидно, что возможности, предоставляемые подобным аппаратом, могут быть успешно использованы при исследовании такого класса угроз информационной безопасности, как атаки типа «сетевой шторм».

В предлагаемом исследовании, проанализировано влияние атак типа «сетевой шторм» на многокомпонентные информационно-телекоммуникационные системы, имеющие в составе коммутационное и маршрутизирующее оборудование. Главной целью настоящей работы явилось исследование сценариев атак типа «сетевой шторм» на многокомпонентные информационно-телекоммуникационные системы и оценка рисков возникновения ущербов в результате их реализации. Для этого были решены следующие задачи:

1. Формирование понятия атаки типа «сетевой шторм», отражающего технические особенности реализации таких атак и выделяющего их в самостоятельный класс атак, нарушающих доступность информации и информационных ресурсов.

2. Разработка теоретико-графовых моделей реализации атак типа «сетевой шторм».

3. Выбор и обоснование адекватного математического аппарата для анализа рисков наступления ущербов, в результате реализаций атак типа «сетевой шторм».

4. Анализ рисков наступления ущербов, в результате синхронных и асинхронных атак типа «сетевой шторм» на компоненты информационно-телекоммуникационной системы.

5. Исследование внутренней структуры с выделением трендовой, периодической и шумовой составляющей временного ряда ущербов от реализации атак типа «сетевой шторм».

6. Прогнозирование временного ряда ущербов от реализации атак типа «сетевой шторм».

Предлагаемая вниманию работа структурно представлена тремя главами. Первая глава знакомит читателя с необходимым понятийным аппаратом информационной безопасности информационно-телекоммуникационных систем, дает общее представление и понимание сути атак, направленных на нарушение доступности информации и информационных ресурсов, раскрывает их классификацию и классификацию механизмов защиты от атак этого типа. Вторая глава посвящена анализу атак типа «сетевой шторм» как разновидности атак, направленных на нарушение доступности информации и информационных ресурсов, и подробно рассказывает о трех возможных сценариях проведения атак типа «сетевой шторм». В третьей главе приведено обоснование выбора математического аппарата теории распределений экстремальных значений в общем и закона распределения максимумов Фреше в частности как базового при построении аналитических риск-моделей, в том числе предлагается аналитический вид весовой функции ущерба. На основании проведенных статистических экспериментов, разрабатывается аналитическая риск-модель компонента информационно-телекоммуникационные системы, подвергающегося атаке типа «сетевой шторм», на базе которой строится риск-модель для многокомпонентной системы, подвергающейся синхронным и асинхронным атакам. В четвертой главе рассмотрены базовый алгоритм сингулярного спектрального анализа и базирующиеся на нем алгоритмы рекуррентного и векторного прогнозирования. С помощью приведенного математического аппарата исследована внутренняя структура временного ряда, описывающего поведение случайной величины объема трафика, определяющей размер ущерба от реализации атак типа «сетевой шторм» через соответствующую весовую функцию.