ALGORITHM CLUSTERING ORGANIZATIONAL-TECHNICAL SYSTEMS OF BIOLOGICAL ACTIVITY FOR WHICH INFORMATION PROTECTION IS PROVIDED
- Authors: Gulov V.P.1, Popov A.S.1, Khvostov V.A.1
-
Affiliations:
- Issue: Vol 14, No 2 (2011)
- Pages: 31-36
- Section: Articles
- URL: https://new.vestnik-surgery.com/index.php/2070-9277/article/view/1575
- DOI: https://doi.org/10.18499/2070-9277-2011-14-2-31-36
Cite item
Full Text
Abstract
The technique clustering organizational-technical systems of biological activity for which the protection of the information intended for decrease of dimension of a problem of a substantiation of requirements to system of protection of the information is provided, the column based on the structural analysis displaying technical structure, construction of a matrix of a contiguity of the count and definition of elements of strong connectivity is offered.
Full Text
Под организационно-техническими системами биологической деятельности понимаются предприятия, научно-исследовательские и испытательные учреждения, полигоны, учреждения здравоохранения, отдельные лаборатории, биостанции и другие объекты, в производственных циклах или процессах которых используются патогенные, промышленные или технофильные микроорганизмы, опасные биологические вещества, способные при чрезвычайных ситуациях вызывать поражения людей, животных и растений, повреждения техники и материалов, порчу продовольствия и воды, а также биологическое заражение окружающей среды. Организационно-технические системы биологической деятельности содержат информацию ограниченного доступа о деятельности в области обеспечения биологической и химической безопасности Российской Федерации, требующей обеспечения защиты информации (ЗИ) от несанкционированного доступа. Обоснование требований к СЗИ ОТСБД является одной из важнейших процедур, выполняемых при их проектировании и эксплуатации [1, 2]. Защита информации в ОТСБД является одной из задач обеспечения безопасности информации [1, 2] и направлена на обеспечение состояния защищенности субъектов в указанных системах от нежелательных действий в отношении принадлежащей им информации и информационных процессов. Математически задача обоснования требований к СЗИ ОТСБД записывается в следующем виде: (1) , где - функция стоимости создания, содержания и применения СЗИ ОТСБД, минимальное значение которой соответствует наилучшему варианту ; - множество допустимых вариантов СЗИ ОТСБД; - показатель эффективности (значение функции безопасности варианта СЗИ ОТСБД) в условиях ; - требуемый уровень значения функции безопасности СЗИ ОТСБД; - заданные ресурсные ограничения. Непосредственное решение задачи обоснования требований к СЗИ ОТСБД в данной постановке вследствие большой структурной сложности рассматриваемой системы и большой размерности задачи (1) не представляется возможным. Для решения задач такого вида в теории систем обычно применяется кластеризация задачи (1). При этом применительно к СЗИ ОТСБД целесообразно провести кластеризацию технической структуры объекта защиты. Полученные кластеры ОТСБД, в свою очередь, могут стать основой для проведения типизации рассматриваемых систем как объектов защиты. Методика построения технической структуры ОТСБД представляет собой формализованную процедуру построения вершинного графа , отображающего структуру. При этом элементам структуры ставят в соответствие вершины графа . Связям между элементами ставятся в соответствие дуги графа . В результате получается вершинный граф , отражающий структуру ОТСБД характеризуемый матрицей смежности . При кластеризации технической структуры ОТСБД необходимо выделить все составные части (подсистемы) элементы которых благодаря их функциональным особенностям можно рассматривать независимо с точки зрения задачи (1). Для этого предлагается метод выделения сильно связанных элементов на графе , отображающем техническую структуру ОТСБД. Для решения задачи кластеризации возможно использование следующего алгоритма, разработанного в [3-6]. 1. Используется матрица смежности графа . 2. С использованием вычисляется матрица , где - единичная матрица, а + - знак логического сложения; - матрица первой достижимости, -я строка которой представляет собой все ориентированные пути по графу из -той вершины до всех остальных, если длина пути равна одному ребру. 3. Определяется матрица , где знак "*" означает, что при вычислении применяется логическое умножение и суммирование элементов матриц. Далее аналогично определяются все матрицы вплоть до , где - матрица достижимости графа , - я строка которой представляет все ориентированные пути по графу длиной от одного до ребер из - ой вершины ко всем остальным. Матрицы и имеют размерность . Если , где , универсальная матрица, в которой для всех и , то граф бисвязен и декомпозиция системы не возможна т.к. в системе существует одна сильносвязанная подсистема. При декомпозиция системы осуществима. При этом необходимо определить матрицу остовного (неориентированного) графа , соответствующего ориентированному графу , где знак T означает транспонирование. 4. Далее определяются связные подграфы ориентированного графа . Известно [6], что множество вершин связного подграфа, содержащего вершину , определено единицами в - й строке матрицы . Если , то граф состоит из одного связного подграфа и декомпозиция не реализуется. Если производится упорядочивание вершин графа (матрицы ) по связным подграфам. Далее необходимо образовать матрицу связности . Здесь сложение обычное, арифметическое. Выделяются из матрицы бисвязные подграфы. Бисвязный подграф, содержащий вершину , определен двойками в - ой строке матрицы . Матрица упорядочивается так, чтобы бисвязные подграфы образовывали квадратные подматрицы , . 5.Образовывается матрица , где - матрица смежности подграфа с множеством вершин и - подмножество составных частей составных частей - й сильно связанной подсистемы. В качестве примера проведем декомпозицию технической структуры ОТСБД на примере, представленном на рисунке 1 в виде графа [7]. На рисунке введены обозначения 1 - подразделение ретровирусов; 2 - подразделение зоонозных инфекций; 3 - подразделение клеточных технологий и т.п. Дуги графа представляют собой передаваемые между подразделениями ОТСБД информационные сообщения о защищаемых биологических материалах (1,5) - биологический агент «культура клеток L1», (6,7) - биологический агент «salmonella 375» и т.п. Матрица смежности для графа, представленного на рисунке 1, выглядит следующим образом: Рис.1. Граф технической структуры ОТСБД Далее, в соответствии с методикой, получаем матрицу достижимости графа степени следующего вида: Так как матрица не является универсальной, в которой для всех и , то дальнейшая декомпозиция целесообразна. Матрица связности для графа выглядит следующим образом: Из анализа матрицы связности можно сделать вывод, что в составе информационной структуры рассматриваемой структуре ОТСБД существует два кластера объектов, характеризуемых сильной связностью и . При упорядочении матрицы связности матрица связности будет иметь следующий вид: Анализ упорядоченной матрицы позволяет выделить из технической структуры ОТСБД кластеры со слабой связностью , , . Полученные с использованием методики кластеризации технической структуры ОТСБД элементы сильной связности , и элементы слабой связности являются исходными данными для проведения декомпозиции задачи 1 к виду: где - задача для обоснований требований СЗИ кластера B1 ОТСБД; - задача для обоснований требований СЗИ подсистемы B2 ОТСБД; - задача для обоснований требований СЗИ кластера B3 ОТСБД; - задача для обоснований требований СЗИ кластера B4 ОТСБД; - задача для обоснований требований СЗИ кластера B5 ОТСБД. Задачи при этом обладают размерностью на порядок ниже, чем исходная задача . Выводы. Предложенная методика кластеризации технической структуры ОТСБД позволяет выделить элементы на основе анализа их связности в составе структуры. Методика предназначена для снижения размерности задачи обоснования требований к СЗИ и независимого решения задачи обоснования требований применительно к выделенным кластерам ОТСБД.×
References
- Указ Президента РФ от 8.08.2001 № 1004 "Об утверждении списка возбудителей заболеваний (патогенов) человека, животных и растений, генетически измененных микроорганизмов, токсинов, оборудования и технологий, подлежащих экспортному контролю".
- Указ Президента РФ от 16.05.2005 № 303 "О разграничении полномочий федеральных органов исполнительной власти в области обеспечения биологической и химической безопасности Российской Федерации" (с изменениями от 23 марта 2006г.)
- Нечипоренко В.И. Структурный анализ систем (эффективность и надежность) / - М.: Сов. Радио 1977 г. - 216 с.
- Оре О. Графы и их применение. - М.: Мир 1965 г. - 174 с.
- Берж К. Теория графов и ее применение. - М.: Иностранная литература 1962 г. 319 с.
- Кирсанов М.Н. Графы в MAPLE. Задачи, алгоритмы, программы. - М:. Издательство ФИЗМАТЛИТ, 2007 г. - 168 с.
- Труды Института микробиологии им. С.Н. Виноградского / Ин-т микробиол. им. С.Н. Виноградского.- М.: Наука, 2004 г. 423 с.