9. Определение условий функционирования ксзи разработка модели ксзи

9. Определение условий функционирования КСЗИ

Разработка модели КСЗИ

Применение дополнительных средств защиты информации затрагивает интересы многих структурных подразделений организации. Не столько даже тех, в которых работают конечные пользователи автоматизированной системы, сколько подразделений, отвечающих за разработку, внедрение и сопровождение прикладных задач, за обслуживание и эксплуатацию средств вычислительной техники. Поэтому разрабатываемая технология обеспечения информационной безопасности должна обеспечивать:

• дифференцированный подход к защите различных АРМ и подсистем (уровень защищенности должен определяться с позиций разумной достаточности с учетом важности обрабатываемой информации и решаемых задач);

• унификацию вариантов применения средств защиты информации на АРМ с одинаковыми требованиями к защите;

• реализацию разрешительной системы доступа к ресурсам АС;

• минимизацию, формализацию (в идеале автоматизацию), реальную выполнимость рутинных операций и согласованность действий различных подразделений по реализации требований разработанных положений и инструкций, не создавая больших неудобств при решении сотрудниками своих основных задач;

• учет динамики развития автоматизированной системы, регламентацию не только стационарного процесса эксплуатации защищенных подсистем, но и процессов их модернизации, связанных с многочисленными изменениями аппаратно-программной конфигурации АРМ;

• минимизацию необходимого числа специалистов отдела защиты информации.

Надо совершенно четко понимать, что соблюдение необходимых требований по защите информации, препятствующих осуществлению несанкционированных изменений в системе, неизбежно приводит к усложнению процедуры правомочной модификации АС. В этом состоит одно из наиболее остро проявляющихся противоречий между обеспечением безопасности и развитием и совершенствованием автоматизированной системы. Технология обеспечения информационной безопасности должна предусматривать особые случаи экстренного внесения изменений в программно-аппаратные средства защищаемой АС.(17)

Успех в достижении высокой степени безопасности АС зависит от тщательности разработки и реализации управления имеющимися в системе механизмами безопасности. Как показывает практика, наилучшие результаты в создании безопасных систем достигаются в том случае, когда разработчики системы учитывают требования безопасности уже на этапе формулирования целей разработки и самых общих принципов построения системы. При этом разработчики должны четко понимать суть требований безопасности.

В таком случае, разрабатываемая система может быть небезопасной в силу одной из двух причин :

есть ошибки в реализации механизмов защиты или механизмов управления ими;
ошибочно, недостаточно полно, или неверно понято само определение того, что значит в отношении системы выражение "быть безопасной".

Для устранения первой причины необходимо применение современных технологий создания программного обеспечения в сочетании с принципами разработки, специфичными для выполнения требований безопасности.

Для устранения второй причины необходимо как можно точнее сформулировать понятие "быть безопасной" в отношении разрабатываемой системы.

Известно, что при разработке современных автоматизированных систем используется один из двух методов:

1. Нисходящий метод (метод "сверху-вниз"): сначала составляется общее описание системы; выделяются объекты системы; поэтапно увеличивается степень детализации объектов системы (выделение объектов в объектах и т.д.) - до момента окончания разработки.

2. Восходящий метод (метод "снизу-вверх"): сначала формулируются задачи системы; затем разрабатывается некоторый набор элементарных функций; на базе элементарных функций разрабатываются более крупные объектов системы - и так поэтапно разработка ведется до момента объединения отдельных объектов в единую систему.

Наибольшее распространение получил компромиссный вариант, при котором разработка системы в целом ведется нисходящим методом, а разработка отдельных объектов системы (в основном элементарных) - восходящим.

Наибольший интерес представляет нисходящий метод создания систем, так как этот метод позволяет задавать требования безопасности ко всей системе в целом и затем их детализировать применительно к каждой подсистеме.

Нисходящий метод разработки системы обеспечения безопасности может быть неформальным или формальным (Рис.1).

Неформальная разработка Формальная разработка

Требования безопасности

Абстрактная модель

(демонстрация)

(доказательство)

Функциональная

спецификация

Формальная

cпецификация

(тестирование) (тестирование)

Требования безопасности

Реализация

Рис.1

Метод неформальной разработки применяется при создании относительно простых систем с небольшим числом объектов и очевидными алгоритмами их взаимодействия.

По мере увеличения сложности системы взаимосвязи ее объектов становятся все менее очевидными; становится сложно описать эти взаимосвязи с достаточной степенью точности некоторым неформальным образом (например, на естественном языке). При разработке систем обеспечения безопасности точность в описании объектов и их взаимосвязей является едва ли не решающим условием достижения успеха, поэтому для обеспечения надлежащей степени точности применяется строгий аппарат формальной математики, что и составляет суть формального метода разработки.

Основную роль в методе формальной разработки системы играет так называемая модель управления доступом. В англоязычной литературе для обозначения сходного понятия используются термины "security model" (модель безопасности) и "security policy model" (модель политики безопасности).

Эта модель определяет правила управления доступом к информации, потоки информации, разрешенные в системе таким образом, чтобы система всегда была безопасной.

Целью модели управления доступом является выражение сути требований по безопасности к данной системе. Для этого модель должна обладать несколькими свойствами:

быть адекватной моделируемой системе и неизбыточной;
быть простой и абстрактной, и поэтому несложной для понимания.

Модель позволяет провести анализ свойств системы, но не накладывает ограничений на реализацию тех или иных механизмов защиты. Так как модель является формальной, возможно осуществить доказательство различных свойств безопасности всей системы.

Моделирование требует значительных усилий и дает хорошие результаты только при наличии времени и ресурсов. Если система уже создана и имеется возможность сделать лишь отдельные изменения в отдельных местах существующей системы ("залатать дыры"), в любом случае маловероятно значительное улучшение состояния безопасности системы и моделирование поэтому будет непродуктивным занятием.

На сегодняшний день создан ряд типовых моделей управления доступом, которые можно использовать при разработке системы.

Типы моделей управления доступом

Модель конечного автомата описывает систему как абстрактную математическую машину. В этой модели переменные состояния представляют состояния машины, а функции перехода описывают способ изменения переменных.

Напомним, что модель управления доступом имеет дело только с наиболее существенными переменными состояния, влияющими на безопасность, и потому намного проще, чем полная модель конечного автомата для данной системы.

Модель матрицы доступа (Harrison, Ruzo и Ullman 1976) это частный случай реализации модели машины состояний. Состояния безопасности системы представлены в виде таблицы, содержащей по одной строке для каждого субъекта системы и по одной колонке для каждого субъекта и объекта (таблица 1). Каждое пересечение в массиве определяет режим доступа данного субъекта к каждому объекту или другому субъекту системы.

Таблица 1

Субъекты	Объекты			Субъекты
	1	2	3	1	2	3
1	Чтение Запись	Чтение		---------	Запись	Пересылка
2	Чтение	Чтение Исполне-ние	Чтение Запись	Пересылка	---------
3		Чтение Запись	Исполне-ние	Пересылка	Запись	---------

Второй составляющей модели матрицы доступа является набор функций перехода, описывающих способ изменения матрицы доступа.

Более часто матрица доступа используется не как самостоятельная модель управления доступом, а в качестве одной из нескольких переменных состояния в более общей модели конечного автомата.

Другим способом описания управления доступом является модель, выраженная в терминах меток безопасности, приписываемых субъектам и объектам системы. Режим доступа, которым обладает субъект по отношению к объекту, определяется при сравнении их меток безопасности, вместо того, чтобы искать соответствующее пересечение строки и столбца в матрице доступа. Модель может использовать как матрицу доступа, так и атрибуты безопасности. Все подобные модели, рассматривающие доступ субъекта к объекту, могут быть названы моделями управления доступом.

Вариантом модели управления доступом является модель информационных потоков (Denning, 1983), которая предназначена для анализа потоков информации из одного объекта в другой на основании их меток безопасности

Еще одним типом модели является модель интерференции, в которой субъекты, работающие в различных доменах, защищены от взаимовлияния друг на друга любым способом, нарушающим свойства безопасности системы (Goguen и Meseguer, 1982).

Характеристики модели безопасности

Модель является лишь формулировкой в математических терминах свойств безопасности, которым должна удовлетворять система. Не существует формального способа, с помощью которого можно доказать, что формальная модель управления доступа соответствует правилам управления доступа, принятым в данной системе.

С другой стороны модель может иметь ряд характеристик, назначение которых не столь очевидно. Поскольку модель должна стремиться к математическому совершенству (завершенности и последовательности) в определении свойств, составляющих политику безопасности, это часто влечет за собой включение ограничений или дополнительных свойств, присутствие которых ранее не предусматривалось.

Описание модели управления доступом в системе

как конечного автомата

Представления модели управления доступом как конечного автомата получили предпочтение из-за того, что они представляют компьютерную систему способом, имитирующим работу операционной системы и аппаратуры. Переменная состояния является абстракцией для каждого бита и байта в системе, изменяющихся по мере работы системы. Функции переходов из состояния в состояние - это абстракция обращений к операционной системе, явно описывающие то, как состояние может (или не может) изменяться.

Модель управления доступом работает не со всеми переменными состояния и функциями системы. Выбор для моделирования переменных и функций, имеющих отношение к безопасности, остается за разработчиком модели.

Разработка модели управления доступом включает в себя определение элементов модели (переменных, функций, правил и т.д) а также безопасного начального состояния. Математически доказывается, что начальное состояние безопасно и что все функции безопасны, после чего путем математической индукции делается вывод о том, что если система первоначально находилась в безопасном состоянии, система останется в безопасном состоянии независимо от того, какие функции и в каком порядке будут выполнены.

Таким образом в разработке модели управления доступом можно выделить следующие шаги:

1. Определение переменных состояния, имеющих отношение к безопасности. Обычно переменные состояния представляют субъекты и объекты системы, их атрибуты безопасности и права доступа между субъектами и объектами.

2. Определение условий для безопасного состояния. Это определение является выражением отношений между значениями переменных состояния, истинность которого должна обеспечиваться при переходах состояния.

3. Определение функций переходов из состояния в состояние. Эти функции описывают допустимые способы изменения переменных состояния. Они также называются правилами изменения доступа, поскольку их цель состоит в указании изменений, которые может производить система, а вовсе не в определении всех возможных изменений. Правила могут быть очень общими и могут допускать наличие функций, которых нет в реальной системе, однако система не может менять переменные состояния каким-либо способом, который не допускается функциями.

Можно выделить несколько характерных черт функций перехода:

назначение функции - определение взаимосвязи между переменными в предыдущем и новом состояниях;
функция не задает какого-либо конкретного порядка в выполнении алгоритма операции. Иными словами, функция может рассматриваться как определение того, что произойдет с состоянием по завершении операции;
функция элементарна. Это значит, что ее эффект не разделяем на более мелкие действия и не прерываем. Указанное изменение состояния происходит моментально, т.е. какого-либо промежутка времени, "в течение" которого происходил бы переход состояния, определить невозможно.

Следует помнить, что каждая дополнительная переменная состояния и сопутствующие ей операции существенно усложняют как саму модель, так и доказательство ее свойств. Модель управления доступом предполагает представление только поведения системы, связанного с безопасностью.

4. Доказывается, что функции обеспечивают сохранение безопасного состояния. Чтобы удостовериться в том, что модель является безопасной, необходимо для каждой функции перехода доказать, что, если система находится в безопасном состоянии до начала выполнения функции перехода, то система останется в безопасном состоянии по ее завершению.

5. Определение начального состояния. Математически начальное состояние выражается как множество начальных значений всех переменных состояния системы. Простейшим начальным состоянием является состояние вообще без каких-либо субъектов и объектов. При этом нет необходимости определять начальные значения каких-либо других переменных состояния, поскольку состояние будет безопасным независимо от их значений. Более реалистичное безопасное начальное состояние предполагает наличие некоторого начального (произвольного) множества субъектов и объектов.

6. Доказывается, что начальное состояние безопасно в соответствии с определением.

Модель безопасности БеллЛа Падула

Одна из первых моделей безопасности - и впоследствии наиболее часто используемой - была разработана Дэвидом Беллом и Леонардо Ла Падула для моделирования работы компьютера.

Рассмотрим систему из двух файлов и двух процессов (рис.2). Один файл и один процесс являются несекретными, другой файл и процесс - секретными.

Простое правило безопасности предотвращает чтение секретного файла несекретным процессом. Оба процесса могут читать и записывать данные в несекретный файл. Однако, легко может произойти нарушение правил управления доступом, если секретный процесс считает информацию из секретного файла и запишет ее в несекретный файл. Это эквивалентно неавторизованному уменьшению класса доступа информации, хотя при этом не изменяется класс доступа ни одного файла.

Секретный

файл

Несекретный

файл

Секретный процесс

чтение

запись

Несекретный процесс

чтение

чтение

Запрещено

Рис.2

Когда процесс записывает информацию в файл, класс доступа которого меньше, чем класс доступа процесса, имеет место так называемый процесс записи вниз. Ограничение, направленное на исключение нисходящей записи получило в модели БеллЛа Падула название *-свойства или свойства ограничения.

Таким образом, модель многоуровневой безопасности имеет два основных свойства:

простая безопасность: субъект может только читать объект, если класс доступа субъекта доминирует над классом доступа объекта. Другими словами, субъект может читать "вниз", но не может читать "вверх";
свойство ограничения: субъект может только записать в объект, если класс доступа субъекта превосходит класс доступа объекта. Субъект может записывать "вверх", но не может записать "вниз".

Процесс не может ни читать объект с высшим классом доступа (свойство простой безопасности), ни записать объект с низшим классом доступа (*-свойство или свойство ограничения) (рис.3).

При формализации многоуровневого управления безопасностью, модель БеллЛа Падула определяет структуру класса доступа и устанавливает упорядочивание отношений между классами доступа (доминирование). Кроме того определяются два уникальных класса доступа: SYSTEM HIGH, который превосходит все остальные классы доступа, и SYSTEM LOW, который превосходят все другие классами. Изменения классов доступа в рамках модели БеллЛа Падула не допускаются.

Нарушение

свойства

простой

безопасности

Секретный файл

Несекретный

файл

Секретный

процесс

Несекретный

процесс

Нарушение

свойства

ограничения

Рис.3.
Управление доступом в модели БеллЛа Падула происходит как с использованием матрицы управления доступом, так и с использованием меток безопасности и ранее приведенных правил простой безопасности и свойства ограничения.

В дополнение к имеющимся режимам доступа чтения и записи, матрица управления доступом включает режимы добавления, исполнения и управления - причем последний определяет, может ли субъект передавать другим субъектам права доступа, которыми он обладает по отношению к объекту.

Управление при помощи меток безопасности усиливает ограничение предоставляемого доступа на основе сравнения атрибутов класса доступа субъектов и объектов.

В модели БеллЛа Падула определено около двадцати функций (правил операций), выполняемых при модификации компонентов матрицы доступа, при запросе и получении доступа к объекту (например при открытии файла), создании и удалении объектов; при этом для каждой функции доказывается сохранение ею, в соответствии с определением, безопасного состояния. Лишь немногие разработки безопасных систем использовали функции, предложенные Белл и Ла Падула, чаще использовались собственные функции, разработанные на основе функций модели БеллЛа Падула. Поэтому в настоящее время, когда говорят о модели БеллЛа Падула, имеются в виду только простое условие безопасности и свойство ограничения, а не функции, составляющие основу модели, и их доказательства.

Разработка и доказательство модели управления доступом системы является важным этапом в формальном методе разработки системы. Сам формальный метод разработки можно ограничить этапом формального моделирования, после которого следует практическая реализация системы.

В более полном варианте метод формальной разработки включает также этап создания формальной спецификации. Спецификация отличается от модели тем, что помимо переменных и функций, относящихся к обеспечению безопасности, описывает переменные и функции, реализующие в системе иные задачи. При этом следует отметить, что соответствие формальной спецификации разработанной ранее модели безопасности строго доказывается. (18)