Сухопаров Михаил Евгеньевич. Обеспечение эффективности функционирования сетевых узлов инфраструктуры "Индустрии 4.0" на основе поведенческого подхода

Краткое описание

Сухопаров Михаил Евгеньевич. Обеспечение эффективности функционирования сетевых узлов инфраструктуры "Индустрии 4.0" на основе поведенческого подхода;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»], 2021

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный гидрометеорологический университет»
На правах рукописи

Сухопаров Михаил Евгеньевич
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТЕВЫХ
УЗЛОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ «ИНДУСТРИИ 4.0» НА ОСНОВЕ
ПОВЕДЕНЧЕСКОГО ПОДХОДА
Специальность 05.12.13 — Системы, сети и устройства телекоммуникаций
Диссертация на соискание ученой степени
доктора технических наук
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Лебедев Илья Сергеевич
Санкт-Петербург — 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Теоретические и методологические основы идентификации состояния
объектов сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» 14
1.1 Особенности развития промышленного интернета «Индустрии 4.0» 14
1.2 Сравнительный анализ показателей устойчивости функционирования архитектурных решений объектов сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» .... 18
1.2.1 Модели надежности 18
1.2.2 Обоснование требований к надежности и оценке состояния ИБ
объектов инфраструктуры «Индустрии 4.0» 21
1.2.3 Основные показатели надежности и устойчивости функционирования .... 25
1.3 Сравнительный анализ методов обеспечения безопасности объектов
сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» 27
1.4 Обеспечение устойчивости функционирования сетевой инфраструктуры
«Индустрии 4.0» 32
1.5 Выводы 34
2 Концептуальные аспекты анализа состояния объектов сетевой
инфраструктуры «Индустрии 4.0» 36
2.1 Постановка проблемы исследования 36
2.2 Общая характеристика подходов к анализу состояния объектов систем
«Индустрии 4.0» 39
2.3 Модель признакового пространства для внешней идентификации
работоспособного состояния сетевых устройств 42
2.4 Роль и место разрабатываемых моделей, методов и подходов анализа
состояний элементов сетевой инфраструктуры 47
2.5 Концептуальное представление объектов сетевой инфраструктуры
«Индустрии 4.0» 52
2.6 Концептуальные подходы к реализации процессов анализа ИБ
автономных объектов сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» 55
2.7 Выводы 65
3 Модели и методы оценки состояний безопасности удаленных автономных
объектов сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» 66
3.1 Методы аудита удаленных объектов узлов сетевой инфраструктуры
«Индустрии 4.0» на основе внешних характеристик 66
3.2 Обзор методов аудита автономных удаленных объектов на основе
побочных каналов и поведенческих характеристик 78
3.3 Методы аудита автономных удаленных объектов на основе внутренних
статистических характеристик 88
3.4 Метод обнаружения деструктивного воздействия на основе адаптивного
прогнозирования 94
3.5 Выводы 103
4 Модели и методы мониторинга и оценки удаленных автономных объектов
телекоммуникационных сетей «Индустрии 4.0» 105
4.1 Подход к анализу побочных поведенческих характеристик автономных
удаленных объектов 105
4.2 Метод мониторинга состояния узлов сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» на основе побочных ЭМИ 108
4.2.1 Использование побочных ЭМИ для мониторинга состояния узлов
сетевой инфраструктуры 108
4.2.2 Построение и обучение модели в автономном режиме 116
4.2.3 Мониторинг выполнения на основе побочного канала 123
4.3 Выводы 136
5 Реализация превентивных мер обеспечения работоспособности узлов
сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» 138
5.1 Реализация методов внешнего мониторинга узлов сетевой
инфраструктуры «Индустрии 4.0» 138
5.2 Разработка модели реализации превентивных мер обеспечения работоспособности сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» 148
5.3 Метод поверхностной идентификации состояния вычислительной среды
объектов инфраструктуры «Индустрии 4.0» 161
5.4 Оценка устойчивости объектов инфраструктуры «Индустрии 4.0» 165
5.5 Метод внутренней поверхностной идентификации состояния
вычислительной среды объектов инфраструктуры «Индустрии 4.0» 167
5.6 Выводы 170
6 Оценка применимости предложенных моделей и методов 171
6.1 Моделирование протоколов взаимодействия инфраструктуры
«Индустрии 4.0» 172
6.2 Принципы взаимодействия объектов инфраструктуры «Индустрии 4.0» .... 173
6.3 Разработка алгоритма распределения узлов «Индустрии 4.0» на
множестве действий 176
6.4 Архитектура системы анализа состояния узлов сетевой инфраструктуры
«Индустрии 4.0» 180
6.4.1 Формирование баз данных и баз знаний взаимодействия устройств «Индустрии 4.0» 189
6.5 Оценка устойчивости узлов сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0»
на основе статистических методов 195
6.6 Разработка формальной модели протоколов взаимодействия узлов
сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» 199
6.7 Оценка применимости модели протокола узлов сетевой инфраструктуры
«Индустрии 4.0» 202
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 219
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 221

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате диссертационного исследования предложены модели и методы обеспечения безопасности сетевой инфраструктуры «Индустрии 4.0» на основе модели поведенческих характеристик объектов. Получены следующие результаты:
- разработана концептуальная модель, а также подход к реализации процессов анализа информационной безопасности автономных удаленных объектов киберфизических систем;
- предложены методы аудита автономных удаленных объектов
киберфизических систем на основе внешних и внутренних
поведенческих характеристик;
- применены различные математические модели для разработки метода мониторинга состояния ИБ на основе данных, получаемых по побочным каналам;
- разработана модель применения превентивных мер обеспечения ИБ объектов киберфизических систем;
- произведена оценка предложенных моделей и методов.
Основными результатами, полученными в рамках диссертационного исследования, являются:
- модель признакового пространства внешней идентификации
работоспособного состояния объектов сетевой инфраструктуры
«индустрии 4.0», отличающаяся от известных использованием внешних характеристик, получаемых по внутренним, внешним и побочным каналам, наиболее информативными признаками;
- модели, методы и алгоритмы анализа работоспособности устройств и узлов сетевой инфраструктуры «индустрии 4.0», основанного на
определении частотного распределения градаций выделенной характеристики сигнатур сигналов побочных каналов, значений внутренних и внешних характеристик удаленных устройств сетей и телекоммуникаций, отличаются от существующих использованием ряда отобранных наиболее информативных признаков;
- подход к определению работоспособного состояния устройств и узлов сетевой инфраструктуры «индустрии 4.0» отличается от известных применением идентификации сигнатур сигналов побочных каналов, значений внутренних и внешних характеристик удаленных устройств сетей и телекоммуникаций с ранее сформированными эталонными сигнатурами, с использованием мультиклассификации;
- разработана методика определения работоспособности устройств и узлов сетевой инфраструктуры «индустрии 4.0», основанная на информации, обработанной в процессе оцифровки поведенческих характеристик, полученных по побочным каналам.
- разработан метод выявления наиболее уязвимых автономных узлов сети инфраструктуры «индустрии 4.0», отличающийся от известных применением модели признакового пространства идентификации работоспособного состояния.
Теоретические и практические результаты работы используются в проектной деятельности