Щеглов А.Ю. Защита компьютерной информации от несанкционированного доступа

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 15. Диспетчер доступа

Общий вид несетевой модели рабочей станции

без системы защиты

Математическая модель вычислительной системы (рабочей станции) без

системы защиты представлена на рис. 15.4. Она представляет собой ра-

зомкнутую сеть массового обслуживания (СеМО). Эта СеМО состоит из

трех узлов, в свою очередь представляющих собой отдельные системы

массового обслуживания (СМО):

* система массового обслуживания «Процессор — оперативная память»;

» система массового обслуживания «Файловая система»;

» система массового обслуживания «Реестр».

*т-

..МММ

Файловая

система

Реестр

Процессор -

оперативная

память

ь.

-mw\+-

-гггт*-

Рис.

15.4.

Несетевая модель рабочей станции без системы защиты

В качестве входного потока примем стационарный пуассоновский поток.

Стационарный пуассоновский поток является простейшим потоком, а для

простейшего потока характерно, что поступление заявки через короткий про-

межуток времени более вероятно, чем через длинный промежуток времени.

Следствием этого свойства является то, что простейший поток создает

наиболее тяжелый режим работы для системы [6]. Поэтому простейший

поток в моделях позволяет получать предельные значения входных харак-

теристик, и, следовательно, если входной поток в реальной системе отли-

чен от простейшего, то система будет иметь характеристики функциони-

рования, по

крайней

мере, не хуже, чем при простейшем входном потоке.

Интенсивность входного потока определена экспериментально. Для за-

дания характеристики среднего времени обслуживания в каждом узле сети

массового обслуживания рассмотрим эти СМО по отдельности.

Система массового обслуживания «Файловая система»

Параметры этой СМО определялись с помощью экспериментальных дан-

ных. Для определения закона распределения длительности обслуживания

261

Часть IV. Управление доступом к ресурсам

были построены гистограммы распределения значений длительностей

обслуживания для каждого приложения. Все эти гистограммы имели

практически одинаковый вид, представленный на рис. 15.5.

и;.

к;

14-

12-

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Интервал времени,

мкс.

Рис. 15.5. Распределение длительности обслуживания

в СМО «файловая система»

Как видим, полученное распределение при моделировании СМО «фай-

ловая система» при определенных оговорках подчиняется экспоненци-

альному закону.

Для определения среднего времени обслуживания в СМО «файловая

система» используем следующее отношение:

и =

соответственно, р =

АО

оЛ

Ь,

получаем о

- р 1 + оЯ

где: a — коэффициент передачи в соответствующий узел СеМО;

— интенсивность потока заявок на входе СеМО;

и - - среднее время пребывания заявки в СеМО.

Среднее время обслуживания в СМО «файловая система» определялось

по результатам экспериментов, с использованием отношения

(15.1),

и для

каждого приложения представлено в табл. 15.3.

262

Глава

15.

Диспетчер доступа

Система массового обслуживания «Реестр»

Параметры этой СМО также определялись экспериментально.

Гистограмма распределения длительности обслуживания для всех прило-

жений имеет вид, очень похожий на гистограмму, представленную на

рис. 15.4. Поэтому, следуя заключениям,

сделаным

для СМО «файловая

система», будем также считать, что распределение длительности обслу-

живания в СМО «реестр» подчиняется экспоненциальному закону.

Среднее время обслуживания в СМО «реестр» определялось по резуль-

татам экспериментов, с использованием отношения

(15.1),

и для каждо-

го приложения представлено в табл. 15.3.

Система массового обслуживания «Процессор — оперативная память»

Рассмотрим СМО «Процессор — оперативная память». Данных, указы-

вающих на закон распределения времени обслуживания в СМО «процес-

сор — оперативная память» нет. Для упрощения расчета модели и по ана-

логии с рассмотренными ранее СМО предположим что распределение

длительности обслуживания в СМО «Процессор — оперативная память»

подчиняется экспоненциальному закону.

Для определения средней длительности обслуживания будем использо-

вать формулу (15.1) и следующее соотношение:

U =

Nu\

откуда получаем:

U -

я,м

я,и,

I/ • —

где:

и,

- среднее время пребывания в СМО

«процессор—

оперативная

память»;

- - среднее время пребывания в СМО «файловая система»;

•- среднее время пребывания в СМО «реестр»;

п,

- - количество обращений к файловой системе;

- - количество обращений к реестру;

N - количество этапов счета;

U - среднее время пребывания в СеМО.

Анализ несетевой модели рабочей станции без системы защиты

Согласно формуле (15.1) и табл. 15.2 определяется для каждого прило-

жения среднее время обслуживания в узлах модели. Результаты вычис-

лений представлены в табл. 15.3.

263

Часть IV. Управление доступом к ресурсам

Среднее время обслуживания в узлах модели

Таблица 15.3

Параметр

Время обслуживания в

СМО

«Процессор — оперативная память»,

Ы,

Время обслуживания в СМО

«Файловая система», Ь2, с

Время обслуживания в СМО «Реестр», ЬЗ, с

MS Word

0,000155

0,000161

0,000392

ТЕХ

0,000660

0,000305

0,000468

MS Excel

0,000145

0,000181

0,000097

MS VC

0,000102

0,000227

0,000487

Сетевая модель рабочей станции без системы защиты

Теперь перейдем к рассмотрению сети

массового обслуживания

(СеМО).

Обозна-

чим СМО «Процессор — оперативная па-

мять» через S1, СМО «Файловая система»

через S2, а СМО «Реестр» через S3. Вве-

дем также узел SO, через который в сис-

тему поступают заявки на обслуживание.

Граф передач такой сети представлен на

рис. 15.6.

Соответствующая этому графу матрица вероятностей передач выглядит

следующим образом:

Рис.

15.6.

Граф передач

СеМО для сетевой модели

Р =

0100

мо

Используя эту матрицу, получаем систему уравнений, связывающую между

собой интенсивности потоков в узлах СеМО и вероятности передач:

АО

/igA,

= 0;

Яд —

/,2

A-J

Я,

-А

=0;

Решая эту систему уравнений, получаем выражения для определения ко-

эффициентов передач:

Я,

Р.

у —

•

— •

г*

—

ДА

•

/-/

—

'-J

> «3 - ~БГ>

где у — номер СМО.

264

Глава 15. Диспетчер доступа

Для нахождения с помощью таких выражений численного значения ко-

эффициентов передач необходимо определить вероятности перехода за-

явки из одного узла

Се

МО в другой.

Очевидно, что

1Ш

1/N.,

откуда:

а,,.

/V,.,

где N. — количество этапов счета для

1-го

типа приложения (в нашем

случае

= 5).

Вероятность перехода заявки в СМО «Файловая система» есть отношение

количества обращений к файловой системе к количеству этапов счета, то есть:

откуда:

р _

":/

Лг

'~Ж'

г/

7Г

' ~

где

- - количество обращений к ФС;

N. количество этапов счета,

— тип приложения.

Таким же образом определяем вероятность перехода заявки в СМО «Реестр»:

откуда:

где

.—

количество обращений к реестру;

N. — количество этапов счета;

- тип приложения.

Расчет характеристик сети далее будет производиться, исходя из усло-

вия, что сеть работает в стационарном режиме, то есть вероятностные

характеристики сети не зависят от времени. Условие существования ста-

ционарного режима в сети определяется существованием стационарного

режима во всех узлах этой сети.

Стационарный режим существует в отдельной СМО с одним обслужива-

ющим прибором, если выполняется следующее условие:

то есть, если загрузка прибора меньше единицы.

Исходя из этого, можно сформировать условие существования стацио-

нарного режима в рассматриваемой сети:

1 1 1

Ад

<тт\—-;——

265

Часть IV. Управление доступом к ресурсам

и руководствоваться им при выборе максимальной интенсивности вход-

ного потока заявок каждого типа, при расчете характеристик сети.

Самой важной характеристикой сети для нас является время пребыва-

ния заявки в сети. Время пребывания заявки в сети определяется выра-

жением:

i=i

где

и,

-—'-—;

М — число

СМО

в сети.

1-р/

Так

как:

то выражение, определяющее время пребывания заявки в рассматривае-

мой сети, можно записать следующим образом:

аЛ

15.2.2. Модель рабочей станции с системой защиты

Под системой защиты в данном случае подразумевается система разгра-

ничения прав доступа к ресурсам файловой системы и реестра, с учетом

«ПРОЦЕССА» как самостоятельного субъекта доступа.

Из блок-схемы алгоритма управления доступом с учетом субъекта дос-

тупа «ПРОЦЕСС» (приведена ранее в п. 14.1.2), среднюю трудоемкость

Т алгоритма анализа запроса доступа к ресурсу можно выразить следу-

ющим образом:

где: х • трудоемкость проверки прав доступа;

Р1 - вероятность поступления запроса от процесса, не упомянутого

в разграничениях прав доступа;

Р2 - вероятность поступления запроса от процесса, имеющего со-

вместный (вместе с субъектом «пользователь») режим провер-

ки прав доступа;

РЗ - вероятность поступления запроса от процесса, имеющего экс-

клюзивный режим проверки прав доступа.

Исследование средств добавочной защиты для ОС семейства Windows

показало, что вероятность поступления запроса от привилегированного

процесса составляет порядка 0.3, процесса с совместным режимом про-

верки запроса порядка

0.1.

Поэтому для дальнейших расчетов примем среднее время проверки зап-

роса с учетом субъекта «процесс», как самостоятельного субъекта досту-

па, равным

((1

- 0.3 - 0.1) +

0.3)х

2-0.1х

= 1,1х.

266

Глава 15. Диспетчер доступа

Из всех типов запросов, обращающихся к файловой системе и реестру,

проверке (анализу прав доступа) подлежит лишь некоторая их часть. Бес-

смысленно проверять, например, операцию закрытия файла или операцию

сброса буферов ввода-вывода. В результате проведенных экспериментов

определено, что контролировать целесообразно 90% запросов (в общем

потоке) к ресурсам реестра и 34% запросов к файловой системе.

Экспериментально было определено время, требуемое на проведение

проверки (контроля прав доступа) для одного запроса. В среднем это

время составляет 130 мкс.

Исходя из вышеизложенного,

для дальнейших расчетов при-

мем следующее выражение для

определения суммарного средне-

го времени обслуживания в си-

стемах массового обслуживания:

Модель рабочей станции с си-

стемой защиты, изображенная

на рис. 15.7, представляет со-

бой разомкнутую сеть массово-

го обслуживания (СеМО). По

сравнению с рассматриваемой

ранее моделью без системы за-

щиты, в этой СеМО появилась

новая система массового обслу-

живания — СМО «Система за-

щиты». Граф передач такой

сети представлен на рис. 15.8.

Соответствующая этому графу

матрица вероятностей передач

выглядит следующим образом:

Рис.

15.7.

Модель рабочей станции

с системой защиты

Рис.

15.8.

Граф передач СеМО

Ло

Лз

р =

Используя эту матрицу, получаем систему уравнений, связывающую между

собой интенсивности потоков в узлах СеМО и вероятности передач:

267

Часть IV. Управление доступом к ресурсам

-А.„

Х,

= О

А,

„

-Л,

Ао

= О

/Vi

-A,

Решая эту систему уравнений, получаем выражение для определния ко-

эффициентов передач:

а/

А,,.

/А,

где

1...4

— номер СМО:

J)4

*42

*1u

/-у

— __ •

л-у

—

•

/"/

—

^<-

—

«1 - р > "4 - р '

- р

)

«3 - р •

-МО

'10

МО

-МО

Для нахождения с помощью данных выражений численных значений

коэффициентов передач необходимо определить вероятности перехода

заявки из одного узла СеМО в другой.

Очевидно, что:

Р\о/

=!/#,•,

откуда :

N,,

где: Ж - количество этапов счета;

1...7

- - тип приложения (в

нашем

случае I = 5).

Исходя из этого, и так как:

Р — 1 — Р — 1

1 / V

ТГ>

—

Л/

-М4

-МО

•*'/>

11J

*-М/

—

•"

•

Вероятность перехода заявки в СМО «файловая система» есть отноше-

ние количества обращений к файловой системе к количеству этапов счета,

то есть:

HlL

откуда:

где:

г<

количество обращений к ФС;

— количество этапов счета;

1...7

- - тип приложения (в нашем случае

5).

Аналогично определяется вероятность перехода заявки в СМО «Реестр»:

р _

"31

^=^'

268

Глава 15. Диспетчер доступа

откуда:

где:

- количество обращений к ФС;

N. — количество этапов счета;

1.../

- тип приложения (в нашем случае

1=5).

Принимая во внимание все сказанное выше, получаем для проведения

дальнейших расчетов следующее выражение, позволяющее определять

среднее время обслуживания в СМО «Системы защиты»:

(0,9^ + 0,34^-;

Таким образом, можно сделать вывод, что влияние на загрузку вычис-

лительной системы при реализации механизма управления доступом к

ресурсам пропорционально количеству решаемых задач и обратно про-

порционально трудоемкости задачи. Поэтому наибольшее влияние в дан-

ном случае оказывается при загрузке системы задачами с низкой трудо-

емкостью этапа счета и большим количеством обращений к ресурсам при

выполнении задачи.

15.2.3. Анализ эффективности механизма

управления доступом

Мы рассмотрели три модели:

» модель без системы защиты;

» модель с управлением доступом к ресурсам для субъекта доступа

«ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ»;

» модель с управлением доступом к ресурсам для субъектов доступа

«ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ» и «ПРОЦЕСС».

Характеристика времени пребывания заявки в системе для рассматрива-

емых типовых приложений, получаемая подстановкой эксперименталь-

но измеренных данных в приведенные выражения, представлена на

рис.

15.9...15.12.

Из приведенных зависимостей можно сделать следующие выводы:

1. Эффективность использования вычислительного ресурса при реа-

лизации механизма управления доступом незначительно зависит от

используемых приложений (типа используемого приложения).

269

Часть IV. Управление доступом к ресурсам

зо

••

10--

- Без проверки

~С

обычной проверкой

- С проверкой

процессо

;

0,056 0,112 0,168 0,224 0,280 0,336 0,392 0,448 0,504 0,532

Интенсивность поступления заявок,

1/с.

Рис. 75.9. Характеристики моделей с потоком заявок MS Word

0,143 0,286 0,429 0,572 0,714 0,857 1,000

Интенсивность поступления заявок, 1/с

,143 1,286 1,357

Рис.

15.1О.

Характеристики моделей с потоком заявок MS Excel

2. Дополнительное повышение загрузки вычислительного ресурса си-

стемы, вызванное использованием в схеме управления доступом к

ресурсам дополнительного субъекта «ПРОЦЕСС», составляет еди-

ницы и доли единицы процентов, что является весьма низкой це-

ной за совокупность принципиально новых свойств защиты, обес-

печиваемых при использовании в схеме управления доступом к

ресурсам субъекта доступа «ПРОЦЕСС».

270