Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВЫБОРА ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, а именно к цифровым вычислительным системам для определения качества сравниваемых сложных систем, средств, изделий и различных объектов или их вариантов, описываемых значительным числом разнородных единичных показателей. При невозможности или большом затруднении установления важности свойств (характеристик) сравниваемых объектов или их вариантов и отсутствии обучающей выборки для формирования шкалы оценки предлагается использовать исходные данные самой оцениваемой выборки при определении предпочтительного объекта, средства, варианта.

Изобретение может быть использовано в военной отрасли - для планирования, разработки, создания и приема на вооружение более совершенных систем и средств вооружения, а в гражданской - более качественных и конкурентоспособных систем и изделий.

Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для повышения эффективности и качества объектов за счет использования способа и создания устройства выбора предпочтительного из ряда сравниваемых на разных этапах его жизненного цикла без привлечения высококвалифицированных экспертов.

Выбор предпочтительного средства связан с решением многокритериальной задачи. Рассмотрим несколько известных способов ее решения.

1. Известен способ, основанный на использовании метода анализа иерархий [1] и его модификаций. Применение указанного способа предусматривает возможность установления соотношения характеристик сравниваемых средств:

- свойства или характеристики оцениваемых средств одинаково значимы и важны;

- одно свойство или характеристика несколько важнее другого;

- одно свойство или характеристика важнее другого;

- одно свойство или характеристика явно важнее других;

- одно свойство или характеристика абсолютно важнее других.

При возможности установления таких соотношений задача сводится к нахождению коэффициентов весомости W_j и объединению нормированных единичных показателей в комплексный Q=f(W_j, q_j). Однако при наличии у рассматриваемых средств явно разнородных свойств (характеристик) становится невозможным использование метода иерархий и его модификаций.

2. Известны способы нахождения коэффициентов весомости с помощью методов ранжирования [2, 3] характеристик сравниваемых средств, ставящие в затруднение экспертов в случае разнородности свойств.

3. Известны экспертные способы оценки качества рассматриваемых средств [3-5], основанные на упрощении первых двух методов. Это способы, связанные с лексикографическим методом, с методом усреднения единичных показателей, максиминным методом оценки качества, методом идеальной точки и другими.

Всем рассмотренным способам выбора предпочтительного средства присущи погрешности экспертных систем, связанные с наличием «субъективизма».

4. Известны и другие изобретения [8-11] оценки качества объектов, не решающие сформулированную авторами задачу разработки способа выбора предпочтительного средства без привлечения высококвалифицированных экспертов в условиях отсутствия обучающей выборки.

5. Известен способ [6, 7], основанный на формировании обучающей выборки для создания шкалы оценки качества, который позволяет сравнить изделия оцениваемой выборки. Его основной недостаток - требование наличия значительного объема обучающей выборки. Другой недостаток связан с формированием широкой шкалы оценки от худшего эталона Э_х качества до лучшего Э_л. Во-первых, нижняя часть шкалы в районе худшего эталона представляет определенный интерес при выборе худших по качеству систем и средств. Во-вторых, наличие в шкале оценки худшего эталона снижает достоверность оценки при выборе предпочтительного варианта из выборки высококачественных изделий.

С целью повышения объективности и достоверности оценки качества рассматриваемых средств авторами предлагается использовать оцениваемую выборку, состоящую из нормированных единичных показателей качества, позволяющих создать два эталона Э_с - со среднестатистическим уровнем качества и Э_л - уровнем лучшего качества. На основе их использования из всей совокупности оцениваемых средств выбрать предпочтительный объект, обладающий наибольшим комплексным показателем качества.

1. Способ и устройство выбора предпочтительного средства защиты информации, заключающийся в том, что коммутируют информацию о единичных показателях сравниваемых средств, записывают ее в первый блок памяти, отличающийся тем, что ее пересылают в блок формирования шкалы оценки с определением среднестатистического и лучшего уровней качества, образующих соответственно начало и конец прямой, определяющей шкалу оценки качества, проводят плоскости перпендикулярно к этой прямой через точки координат сравниваемых средств в пространстве единичных показателей, находят параметры точек пересечения плоскостей со шкалой оценки, значения которых и образуют комплексные показатели качества сравниваемых средств, максимальная величина одного из них соответствует предпочтительному средству (фиг.1).

Сущность способа нагляднее всего проиллюстрировать на примере сравнения объектов, обладающих разнородными характеристиками (свойствами). К таким относятся средства защиты информации (СЗИ), единичные показатели которых приведены в таблице 1.

В качестве обучающей выборки (ОбВ) используем саму оцениваемую выборку (ОцВ). Для проведения оценки качества разнородные показатели СЗИ в таблице 1 приводим к безразмерному виду. После нормирования

;

они принимают значения, указанные в таблице 2.

Обязательным условием нормирования является рост комплексного показателя качества (КПК) с ростом его единичных показателей (ЕП).

Суть предлагаемой шкалы Q(Э_с, Э_л) оценки качества и недостатки расширенной шкалы Q(Э_х, Э_л) проиллюстрируем на примере двух СЗИ C₁ и C₂ в пространстве двух ЕП с помощью рисунка (фиг.2).

Точки , пересечения перпендикуляров из оцениваемых точек C₁ и C₂ с прямой Э_хЭ_л (расширенной шкалой Q(Э_х, Э_л) оценки качества) говорят о предпочтительности по качеству СЗИ₂>СЗИ₁, т.к. ближе, чем , к лучшему эталону Э_л. Другими словами, в расширенной шкале оценки качества {Э_х, Э_л} КПК Q(СЗИ₂)>Q(СЗИ₁).

При переходе к другой предлагаемой шкале {Э_с, Э_л} оценки качества видно, что СЗИ поменялись ролями. Точки K₁, K₂ на шкале Q(Э_с, Э_л) говорят о предпочтительности по качеству СЗИ₁>СЗИ₂, т.к. К₁ ближе, чем K₂, к лучшему эталону Э_k. Следовательно, КПК Q(СЗИ₁)>Q(СЗИ₂) в шкале {Э_с, Э_л} оценки качества и первое СЗИ предпочтительнее второго. Таким образом, предлагаемая верхняя (правая) часть шкалы оценки {Э_с, Э_л} по сравнению с прежней расширенной шкалой оценки {Э_х, Э_л} уточнила предпочтительность иного, первого средства, по сравнению со вторым СЗИ₂.

Безусловно, верным остается и альтернативное предложение использования левой (нижней) {Э_х, Э_с} расширенной шкалы оценки {Э_х, Э_л}. В этом случае достоверность определения худшего изделия также возрастает.

После убедительного доказательства перехода от первой расширенной шкалы {Э_х, Э_л} ко второй {Э_с, Э_л} на элементарном примере в двумерном пространстве ЕП перейдем к математическому обоснованию использования шкалы оценки качества {Э_с, Э_л} на примере трех СЗИ с 10 ЕП, приведенными в таблице 2 нормированных значений ЕП.

Для удобства определения предпочтительного СЗИ из ряда альтернативных разобьем процесс оценки на ряд этапов.

1. Геометрический смысл оценки качества средств защиты информации. Выбор КПК начинается с формирования шкалы оценки качества в виде прямой Э_сЭ_л, соединяющей точки среднестатистического эталона Э_с, сформированного из ЕП оцениваемых СЗИ, и лучшего эталона Э_л в пространстве оцениваемых ЕП q_j, j=1,…, k=10 (см. фиг.2 для k=2). Если начало шкалы будет представлять среднестатистический эталон Э_с качества, а конец шкалы - эталон Э_л с лучшими значениями ЕП, то прямая Э_сЭ_л будет представлять новую прогрессивную шкалу оценки качества.

«Прогрессивной» шкала {Э_с, Э_л} оценки качества по сравнению со шкалой {Э_х, Э_л} названа по следующим причинам:

- во-первых, нижняя (левая) часть шкалы в районе худшего эталона Э_х качества представляет определенный интерес только при выборе худших по качеству систем и средств (нам же приходится решать обратную задачу выбора предпочтительного среди альтернативных средств, вариантов);

- во-вторых, переход к новой шкале оценки эталона повышает достоверность оценки при выборе предпочтительного варианта из выборки высококачественных изделий, как показано на фиг.2;

- в-третьих, переход к верхней (правой) части шкалы оценки качества от среднестатистического эталона Э_с до лучшего по качеству Э_л с выбором предпочтительного СЗИ в этой области будет напрямую способствовать прогрессу совершенствования СЗИ или других оцениваемых средств, изделий, вариантов.

Через точку C₁ в пространстве ЕП первого СЗИ проведем плоскость (при k=2 - прямую C₁K₁) перпендикулярно прямой Э_сЭ_л. Точка пересечения K₁ этой плоскости с указанной прямой будет определять меру качества Q(K₁) первого СЗИ₁.

Осуществив аналогичную операцию со следующим оцениваемым СЗИ₂ (точка C₂), определяем другую точку K₂. Из фиг.2 видно неравенство

Q(СЗИ₁)>Q(СЗИ₂), которое свидетельствует о предпочтительности по качеству первого СЗИ₁ по отношению ко второму

СЗИ₁>СЗИ₂.

2. Формирование прогрессивной шкалы оценки СЗИ в пространстве ЕП q_j, j=1, k эталонов Э_с и Э_л согласно таблице 2 упрощается по причине возрастания КПК с ростом ЕП. Поэтому лучшему СЗИ_л придаются значения их наибольших величин (строка 2 таблицы 3). Среднестатистический гипотетический эталон Э_с с ЕП достигнутого уровня качества формируется по формуле

По формуле (1а) вычисляется каждый j-й единичный среднестатистический показатель качества от 1-го до 10 (j=1, к=10) эталона Э_с. Для нашего случая усреднение осуществляется по трем оцениваемым СЗИ, например для 1-го ЕП (1-я строка таблицы 2)

Значение q₁=0.8 заносится в таблицу 3 (1-я строка, столбец 1). По аналогии с формулой (16) вычисляются остальные значения, например q_j, j=2, k=10, которые заносятся во 2, 3, …, k-й столбцы 1-й строки табл.3.

Направление прямой Э_сЭ_л прогрессивной шкалы оценки качества в пространстве ЕП описывается уравнениями

значения которых занесены в 3-ю строку табл.3.

3. Уравнения прямой в пространстве ЕП. Геометрический смысл построения шкалы оценки заключается в построении прямой, проходящей через точки Э_с и Э_л, как показано на фиг.2 в двумерном пространстве ЕП. ОбВ, сформированная из двух эталонов, описывается симметричными (каноническими) [12] уравнениями

Переход с введением параметра 0 позволяет переписать формулу (2б) в несколько ином виде

Согласно значениям ЕП (строка 1) таблицы 3 конкретизация формулы (3) для эталона Э_с будет выглядеть следующим образом

Нетрудно заметить, что при Q=0 уравнения (3а) составляют в пространстве ЕП координаты q_j(Э_с) среднестатистического средства СЗИ_с точки Э_с (см. 1-ю строку таблицы 3). При Q=1 уравнения (3а) представляют в пространстве ЕП координаты q_j(Э_л) лучшего гипотетического средства СЗИ_л точки Э_л (см. 2-ю строку таблицы 3).

4. Уравнение плоскости P₁ в пространстве ЕП, проходящей через точку C₁, записывается в виде

Прохождение плоскости P₁ перпендикулярно прямой Э_сЭ_л через точку C₁ требует, во-первых, в уравнении (4) введения g_j(C₁) их значений в параметрической форме

во-вторых, равенства Δq_j=q_лj-q_cj и, в-третьих, замены в формуле (3а) параметра Q на Q₁

5. Определение пересечения плоскости P₁ с прямой Э_сЭ_л связано с преобразованием уравнения (4а) и нахождения значения Q₁

Анализ уравнений (5), (5a) показывает:

- точка K₁ пересечения плоскости P₁, проходящей через точку C₁, с прямой Э_сЭ_л характеризуется величиной Q₁, определяемой ЕП q_1j(C₁);

- при движении точки K₁ вдоль прямой Э_сЭ_л на интервале Э_с, Э_л значение Q₁ находится в пределах от нуля до единицы 0=Q₁(Э_с)≤Q₁(K₁)≤Q₁(Э_л)=1. В начальной точке шкалы оценки, когда K₁→Э_с, q_1j=q_cj и, как следует из формул (5), (5а) Q₁(K₁)=Q₁(Э_с)=0 только в случае q_1j-q_cj=0. В конечной точке шкалы оценки, когда K₁→Э_л, q_1j=q_лj и, как следует из формул (5), (5а) Q₁(K₁)=Q₁(Э_л)=1 только в случае q_лj-q_cj=Δq_j;

- отсюда следует важный вывод, что прямая Э_сЭ_л может служить шкалой оценки качества, а величина Q₁(K₁) - мерой качества, т.е. комплексным показателем качества (КПК) Q.

Отметим, что при попадании точки K_i на шкалу оценки качества Q(K_i) левее точки Э_с знак КПК становится отрицательным. Это говорит о том, что оцениваемое средство СЗИ находится ниже среднего уровня качества Q(Э_с) гипотетического эталона Q(Э_с)=0, т.е. Q(СЗИ_i)<Q(Э_с).

6. Определение КПК сравниваемых СЗИ_i осуществляется по формулам (5), (5а), (5б)

Определение КПК СЗИ₁ СЗИ₂, СЗИ₃ происходит путем повторения этапов 4, 5 с применением указанных в них формул (4)÷(5а, б).

В таблице 3 (строки 6, 7, 8) приведены соответственно значения Δq_1j(C₁), Δq_2j(C₂), Δq_3j(C₃). Коэффициенты весомости W_j(Э_с, Э_л)=W_j(KB), вычисленные по формуле (5а), занесены в табл.3 (строка 4).

Вычисления по формуле (5б) дают значения КПК: Q₁=-0.185; Q₂=-0.278; Q₃=0.462.

7. Выявление предпочтительного СЗИ осуществляется путем ранжирования полученных значений комплексных показателей качества Q_i в ряд

Q₃(СЗИ₃)>Q₁(СЗИ₁)>Q₂(СЗИ₂)→0.462>-0.185>-0.278, из которого следует предпочтительность СЗИ₃, т.е.

СЗИ₃>СЗИ₁>СЗИ₂.

В таблице 3 (строки 4, 5) приведены коэффициенты весомости W_j, вычисленные по формуле (5а), соответственной для расширенной {Э_х, Э_л} шкалы оценки качества. Значительное отличие коэффициентов весомости для разных шкал оценки, как и рисунок (фиг.2), говорит о необходимости перехода к прогрессивной шкале оценки качества при выборе предпочтительного СЗИ из ряда сравниваемых.

2. Устройство для реализации способа по п.1, изображенное на фиг.1, содержащее коммутатор 1 и первый блок 2 памяти, отличающееся тем, что в его состав введены блок 3 формирования шкалы оценки качества, блок 4 определения комплексных показателей качества, второй блок 5 памяти, блок 6 выбора максимума, блок 7 визуализации и блок 8 управления, при этом выходы коммутатора 1 подключены к информативным входам первого блока 2 памяти, выход которого соединен с входом блока 3 формирования шкалы оценки качества, выходы которого и выход первого блока памяти соединены со входами блока 4 определения комплексных показателей качества, подключенного своим выходом ко входу второго блока 5 памяти, выход которого соединен через блок 6 выбора максимума и блок 7 визуализации со входом блока 8 управления, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам всех блоков 1-7.

Работа устройства происходит следующим образом. В соответствии с фиг.1 значения исходных нормированных единичных показателей (ЕП) q_ij, ; ; N=3; k=10, сравниваемых средств СЗИ_i поступают на вход коммутатора 1 и по управляющей команде с блока 8 управления записываются в 1-й блок 2 памяти. По команде с блока 8 управления информация о ЕП q_ij поступает в блок 3 формирования шкалы оценки качества (ШОК) СЗИ. ШОК включает подготовку трех величин: 1) среднестатистического эталона Э_с качества (1-я стр. табл.3), вычисляемого по формуле (1а), 2) лучшего эталона Э_л качества. В простейшем случае значения ЕП эталона Э_л равны 1 (см. 2-ю стр. табл.3). 3) Завершение построения шкалы в блоке 3 заканчивается вычислением KB W_j по формуле (5а) - стр.4 табл.3.

Величины W_j, q_j(Э_с) с выхода блока 3 и значения ЕП q_ij с выхода блока 2 поступают на вход блока 4 определения КПК Q_i согласно формуле (5б). По команде с блока 8 управления значения записываются во 2-й блок 5 памяти. Далее величины КПК Q_i пересылаются через блок 6 выбора максимума в блок 7 визуализации, на котором высвечивается: «Значения КПК: Q₁=-0.185; Q₂=-0.278; Q₃=0.462». В случае значительного числа сравниваемых КПК с блока 8 управления выдается команда на блок 6 осуществить выбор максимального значения из ряда КПК , о чем сообщается в блоке 7 визуализации, например, «Предпочтительное средство - СЗИ₃».

Итак, при невозможности или большом затруднении установления важности свойств (характеристик) сравниваемых средств или их вариантов и отсутствии обучающей выборки для формирования шкалы оценки качества можно использовать исходные данные самой оцениваемой выборки без привлечения высококвалифицированных экспертов.

Достоинствами предлагаемого способа оценки качества с использованием прогрессивной шкалы являются:

- возможность формирования шкалы оценки при наличии разнородных свойств (характеристик) оцениваемых средств,

- отсутствие требования наличия высококвалифицированных экспертов для выявления важности свойств при назначении им коэффициентов весомости;

- отсутствие ограничений как на количество единичных показателей, так и на число сравниваемых средств;

- наличие легко программируемых формул, которое приводит к полной автоматизации процесса определения предпочтительного средства;

- возможность осуществления иерархической оценки сложных средств с разбивкой их на группы свойств (показателей);

- повышение достоверности выбора предпочтительного средства, варианта осуществляется как за счет объективного построения шкалы оценки качества, так и введения вместо худшего эталона - эталона со среднестатистическими единичными показателями;

- наглядная необходимость отсеивания вариантов с отрицательными КПК, как уступающих среднестатистическому эталону;

- стратегия постоянного выбора только предпочтительного варианта с положительным КПК несомненно ведет к прогрессу в совершенствовании систем, средств и вариантов на всех этапах их жизненного цикла.

Реализация предлагаемого способа и устройства предполагается на первом этапе - в виде программного комплекса на ПЭВМ, на втором - в виде отдельного прибора типа смартфона.

Источники информации

1. Саати Т. Принятие решений при зависимостях и обратных связях: Аналитические сети. Пер. с англ. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ». 2009. - 360 с.

2. Черноруцкий И.Г. Методы принятия решений. - СПб. БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.

3. Макаров И.Д. и др. Теория выбора и принятия решений. - М.: НАУКА. Гл. ред. ФМЛ. 1992. - 328 с.

4. Подиновский В.В. Применение качественной информации о важности критериев для решения многокритериальных задач оптимизации. - М.: ВИОЛСА, 1977. - 36 с.

5. Денисов А.А., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 287 с.

6. Черноскутов А.И. (RU) и др. Устройство для оценки качества изделий. Авторское свидетельство на изобретение №1597883, МПК 6G06F 15/46, 1982.

7. Черноскутов А.И. (RU) и др. Устройство для оценки качества изделий. Авторское свидетельство на изобретение №1485274, МП 6G06F 15/46, 1987.

8. Казаков И.В. (RU) и др. Устройство для решения задач оценки качества ВВТ. Заявка №95120833/09, МПК 6G06F 17/00.

9. Махутов Н.А. (RU) и др. Способ определения качества изделия по достоверной и вероятностной частям остаточной дефектности. Патент №2243586, МПК 7 G05B 23/02, G06F 17/00.

10. Торовин A.H. (RU). Способ ранжирования результатов поиска. Заявка №2008152920/08, G06F 17/30, 31.12.2008.

11. Бурба A.A. (RU) и др. Устройство для оценки и сравнения эффективности функционирования однотипных организаций. Патент №2363042 (13) C1, МПК G06F 17/, G06F 7/02, G06N 1/00.

12. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. - М.: ВЕК, БОЛЬШАЯ МЕДВЕДИЦА, 1997. - 864 с.