Организация вычислений с памятью

Информационная безопасность

УДК 004.89

, к. э.н., доцент

Гуманитарно-педагогическая академия (филиал)
ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет
имени » в г. Ялте

, д-р техн. наук, проф.

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет " ЛЭТИ"

им. (Ленина)

, студент

Работа выполнена при поддержке грантов:

гранта РФФИ (№ 16-29-04268 офи_м);

гранта Президента РФ (НШ-6831.2016.8).

ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ С ПАМЯТЬЮ

Аннотация. Рассмотрена принципиально новая организация машинных вычислений с памятью. Это позволило спроектировать и апробировать на практике перспективные опытные образцы программно-аппаратных комплексов обеспечения устойчивости и информационной безопасности.

Ключевые слова: машинные вычисления, деструктивные воздействия на машинные вычисления, возмущения вычислений, организация вычислений с памятью, информационная безопасность.

Abstract. A fundamentally new organization of computer calculations with memory is considered. This allowed designing and testing in practice advanced prototypes of software and hardware systems for ensuring stability and information security.

Keywords: Machine calculations, destructive effects on computer calculations, computational disturbances, organization of calculations with memory, information security.

Введение. Для проектирования системы управления организацией устойчивых вычислений (СОУВ) авторами было предложено использовать теорию многоуровневых иерархических систем (М. Месарович, Д. Мако, И. Такахара) [1-4]. При этом были выделены следующие типы иерархии: «эшелон», «слой», «страта».

В общем виде фрагмент архитектуры СОУВ показан на рис. 1. Здесь страты на схеме (страта 1 – мониторинг возмущений вычислений и накопление иммунитета: моделирование возмущений в типах; моделирование представления динамики возмущений вычислений и определение сценариев возврата вычислений в равновесное (устойчивое) состояние; разработка макромодели (программы) самовосстановления вычислений в условиях массовых и групповых возмущений (Е), страта 2 – разработка и верификация программы самовосстановления возмущенных вычислений на микроуровне: разработка микромодели (программы) самовосстановления вычислений в условиях массовых и групповых возмущений; моделирование средствами денотационной, аксиоматической и операционной семантики вычислений для доказательства частичной корректности свойств вычислимости восстановленных вычислений (Д), страта 3 – самовосстановление возмущенных вычислений при решении целевых задач на микроуровне: вывод операционных эталонов для восстановления вычислений; разработка модели их представления; выработка и исполнение плана восстановления вычислений. (Р)) соответствуют уровням иерархии СОУВ. Здесь процесс функционирования СОУВ состоит из подпроцессов, каждый из которых реализует определенный шаг некоторого самоприменимого транслятора микро - и макропрограмм восстановления возмущенных вычислений в условиях возмущений. Возможный фрагмент функционирования СОУВ приведен на рис. 2. Здесь S =(S ,S ,…, S ;t) – вектор состояния системы вычислений; Z(t)=(z1,z2,…,zm;t) – параметры возмущений; Х(t)=(x1,x2,…,xn;t)– управляемые параметры; V(R,C)– управляю-щие воздействия, где R – множество накопленных иммунитетов к возмущениям вычислений; C – множество целей функционирования системы вычислений.

Решение по восстановлению вычисления в условиях возмущений принимается на основании информации (S) о состоянии системы вычислений, наличия иммунитета к возмущениям ® и с учетом целей функционирования системы вычислений ®. Показатели S формируются на основе параметров X, которые являются входными, промежуточными и выходными данными конкретной системы вычислений. Под параметрами ИТВ противника Z понимаются показатели, значения которых слабо зависят (не зависят) от СОУВ.

 

Рисунок 1 – Архитектура СОУВ

Дальнейшая детализация архитектуры СОУВ предполагает последовательное уточнение моделей и методов описанного ранее самоприменимого транслятора.

Использование теории формальных языков и грамматик для порождения возможных типов структур массовых возмущений. Для порождения возможных типов структур массовых возмущений автором предложено применить теорию формальных языков и грамматик. Использование соответствующей трансляционной грамматики позволяет определить как бесконтекстную структуру предложений входного языка ИТВ противника, так и дополнительные — контекстные — условия, которым эти предложения должны удовлетворять. Указанная грамматика определяет семантику входного языка возмущений вычислений в терминах действий некоторого гипотетического языкового процессора над операционной средой всех теоретически возможных типов структур массовых возмущений. Эти действия определяются в зависимости от бесконтекстной синтаксической структуры входного предложения возмущений вычислений с учетом некоторых контекстных условий.

Рисунок 2 – Фрагмент функционирования уровня СОУВ

Согласно теории формальных языков и грамматик названная трансляционная грамматика должна состоять из управляющей грамматики и описания операционной среды возможных типов структур массовых возмущений. Здесь управляющая грамматика — это контекстно свободная грамматика с некоторыми правилами, в которых помимо нетерминалов и терминалов можно использовать дополнительные семантические и резольверные символы, получившие название контекстных.

Описание операционной среды возможных типов структур массовых возмущений определяет ее как некоторое пространство названных типов — элементов операционной среды всех возможных возмущений вычислений, а интерпретацию контекстных символов как множество преобразований и предикатов над текущим состоянием названной операционной среды (которое можно представить как точку в пространстве типов структур массовых возмущений с координатами, обусловленными текущими значениями элементов операционной среды). Другими словами, с каждым из семантических символов ассоциируется некоторое преобразование типа структур массовых возмущений, а с каждым резольверным символом — некоторый предикат, определенный в пространстве состояний этой операционной среды. Контекстные символы вместе с их интерпретациями называются соответственно семантиками и резольверами.

Грамматика возмущений вычислений. Теперь дадим формальное определение понятию трансляционной грамматики возмущений вычислений.

Определение 1. Трансляционная грамматика возмущений вычислений есть формальная система Gt=(Gc, E), где Gc — управляющая (control) грамматика; E — описание операционной среды возможных типов структур массовых возмущений.

Здесь управляющая грамматика определяет синтаксис входного языка возмущений вычислений, вернее, способ его обработки (трансляции) через синтаксическую структуру его предложений. Описание же операционной среды возможных типов структур массовых возмущений задает операционную (трансляционную) семантику входного языка возмущений вычислений.

Определение 2. Управляющая грамматика возмущений вычислений есть формальная система Gc= (N, T, , Σ, P, S), где N — словарь нетерминальных символов или нетерминалов; T — словарь терминальных символов или терминалов; — словарь резольверных символов или резольверов; Σ — словарь семантических символов или семантик; P={A: RA| A N, RA — регулярное выражение относительно символов из множества NT Σ} — множество правил, S — начальный нетерминал.

Пусть R1 и R2 — некоторые регулярные выражения и определение вида регулярного выражения производится с учетом старшинства введенных операций. Тогда управляющая грамматика специфицирует синтаксическое управление — множество цепочек C(Gc)=λ(RS) над терминальными и контекстными символами (т. е. символами из множества TΣ), где λ® определяется в зависимости от вида R следующим образом:

(1)

Определение 3. Описание операционной среды возможных типов структур массовых возмущений есть формальная система E = (E, H, I , IΣ, e0), где E — пространство состояний операционной среды — область определения предикатов: I = {ιρ: E→ {false,true}|ρ }, —ассоциированных с резольверными символами, и преобразований операционной среды: IΣ={ισ : E→E|σ Σ}, ассоциированных с семантическими символами; H — объектное подпространство (та часть операционной среды, состояние которой представляет особый интерес); e0 E — начальное состояние операционной среды, которое называется описанием операционной среды возможных типов структур массовых возмущений.

Пусть e E — некоторое состояние операционной среды, ρ*— некоторая резольверная цепочка, а * — некоторая семантическая цепочка.

Положим по определению

(2)

Здесь ιρ1 и ισ1 определяются описанием операционной cреды, а ιρ' и ισ' — рекурсивные ссылки на соответствующие определения, приведенные выше.

Тогда предложенная трансляционная грамматика возмущений вычислений позволяет определить трансляцию вида: τ(Gt) = {(x,[e]H) | cx(cx C(Gc), cx= k0a1k1a2...km–1amkm - управляющая цепочка; ki ( )* (i=0,1,2,...,m) - цепочки контекстных символов, в которых ρi * — резольверные подцепочки, σi *— семантические подцепочки; aj T (j=1,2,...,m) — терминальные символы; x=a1a2...am — входная цепочка (предложение входного языка); e=ισm(...ισ1(e0)) — финальное состояние операционной среды при условии, что ιρ0(e0) & ιρ1(e1) & ... & ιρm(em) = true, где en+1= ισn(en) (n = 0, 1, ..., m); очевидно, что e = em+1)}. Здесь [e]H обозначает проекцию точки eE на объектное подпространство H — результат трансляции входной цепочки x.

Заключение. Под трансляцией здесь понимается множество пар, в которых первая компонента есть предложение входного языка возмущений вычислений, а вторая — проекция состояния операционной среды возможных типов структур массовых возмущений после ее преобразований посредством семантик, входящих в соответствующую управляющую цепочку.

В представленной технологии синтеза иммунитета к возмущениям семантическая неоднозначность не допускается [5-11]. Для этого предусмотрено использование резольверов. В теории формальных языков и грамматик различают анализирующие и порождающие трансляционные грамматики. В дальнейшем предлагается рассмотреть возможности применения соответствующих порождающих грамматик.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.  , Петренко Доктрина информационной безопасности Российской Федерации // Защита информации. Инсайд. – 2017. – № 1 (73) . – С. 33–39.

2.  , , Петренко -технические задачи развития ситуационных центров в Российской Федерации // Защита информации. Инсайд. – 2016. – № 6 (72) . – С. 37–43.

3.  , Петренко корпоративного сегмента СОПКА // Защита информации. Инсайд. – 2016. – № 6 (72). – С. 47–52.

4.  , Петренко межгосударственные киберучения стран СНГ: «Кибер-Антитеррор-2016» // Защита информации. Инсайд. – 2016. – № 5 (71). С. 57–63.

5.  , Бугаев управления: мастер-данными СОПКА // Защита информации. Инсайд. – 2016. – № 5 (71). – С. 37–43.

6.  , Петренко больших данных (Big Data) в области информационной безопасности // Защита информации. Инсайд. – 2016. – № 4 (70). – С. 82–88.

7.  , , Петренко система раннего предупреждения о компьютерном нападении// Защита информации. Инсайд. – 2016. – № 3 (69). – С. 74–82.

8.  , Петренко кибербезопасности самовосстанавливающихся Smart Grid // Защита информации. Инсайд. – 2016. – № 2 (68). –С. 12–24.

9.  , Петренко по вышения устойчивости LTE-сети в условиях деструктивных кибератак // Вопросы кибербезопасности. – 2015. – № 2 (10). –С. 36–42.

10.  , Петренко : методические рекомендации ENISA // Вопросы кибербезопасности. 2015. – № 3 (11).– С. 2–14.

11.  , НИОКР агенства DARPA в области кибербезопасности // Вопросы кибербезопасности. – 2015. – № 4 (12). – С. 2–22.