Применение искусственных иммунных систем для защиты от сетевых атак
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра:
Программное обеспечение автоматизированных
систем
Курсовой
проект
по дисциплине
«Объектно-ориентированное
по теме: «Применение искусственных иммунных
систем
для защиты от сетевых атак»
Выполнил: студент гр. Т-5106 /Ильиных М.А./
Подпись
Проверил: канд.техн.наук, доцент /Дик Д.И./
Подпись
Дата защиты:
Оценка:
2010
АННОТАЦИЯ
В
документе приведены
Система – приложение, взаимодействующее с операционной системой. Система содержит базу данных, которая хранит информацию о структуре искусственной иммунной системы, используемой для мониторинга аномалий в поведении операционной системы.
СОДЕРЖАНИЕ
1 СПЕЦИФИКАЦИЯ ТРЕБОВАНИЙ К ПО
1.1 Объем проекта и функции продукта
Проектируемая система защиты от сетевых атак позволяет пользователю обнаружить аномалии в поведении операционной системы, связанные с сетевыми технологиями.
Система не предназначается для устранения аномалий, ее цель – сигнализировать пользователю о возникновении внештатной ситуации в работе операционной системы.
1.1.1 Основные функции
Основная функция 1 – обучение системы защиты.
Основная функция 2 – мониторинг аномалий в поведении ОС.
Основная функция 3 – формирование клеток памяти.
Основная функция 4 – отслеживание жизненного цикла детекторов.
Основная функция 5 – установка параметров системы пользователем.
Основная функция 6 – вывод текущего состояния системы на экран.
Основная функция 7 – сброс текущего состояния системы.
1.2 Общее описание
1.2.1 Общий взгляд на продукт
Система
позволяет пользователю защитить компьютер
от сетевых атак путем обнаружения аномалий
в поведении ОС. Основные процессы, протекающие
при использовании системы, отражены в
таблице 1.
Таблица 1 – Основные процессы
| Процесс | Описание |
| 1. Обучение системы защиты. | Система периодически
снимает характеристики с ОС, на их основании
формирует базу детекторов.
При получении достаточного количества детекторов система заканчивает обучение. |
| 2. Мониторинг аномалий в поведении ОС. | Система периодически снимает характеристики с ОС, затем при помощи имеющегося набора детекторов определяет: аномально ли текущее состояние ОС. |
| 3. Формирование вторичного иммунного ответа (клетки памяти) | Система клонирует детектор, сообщивший о возникновении аномалии. Параметры детекторов-клонов отличаются резко увеличенным временем жизни и сниженным порогом активации. |
| 4. Отслеживание жизненного цикла детекторов | Система динамически обновляет свой набор детекторов. Старые детекторы выводятся из системы, их место занимают новые. |
| 5. 1 Установка параметров системы (уровень защиты). | Пользователь вводит нужные ему характеристики системы, касающиеся уровня защиты, обеспечиваемого системой. Система запоминает указанные характеристики. |
| 5. 2 Установка параметров системы (интерфейс пользователя). | Пользователь вводит нужные ему характеристики системы, касающиеся пользовательского интерфейса системы. Система запоминает указанные характеристики. |
| 6. Вывод текущего состояния системы на экран. | Пользователь запрашивает вывод состояния системы. Система составляет отчет о своих текущих характеристиках (количество детекторов, чувствительность, время в работе и др.) и выводит его на экран. |
| 7. Сброс текущего состояния системы. | Пользователь запрашивает сброс состояния системы. Система удаляет весь набор детекторов, сформированный на момент запроса, и начинает обучение заново. |
| 8. Запуск/остановка системы | Пользователь приостанавливает или возобновляет деятельность системы. |
1.2.2 Классы и характеристики пользователей
Перечень
классов пользователей и их краткая
характеристика представлены в таблице
2.
Таблица 2 – Классы и характеристики пользователей
| Класс пользователей | Описание |
| Администратор | Является администратором
защищаемого персонального |
| Пользователь | Является пользователем ПК с ограниченными правами доступа. |
1.2.3 Операционная среда
Приложение
требует установленной
1.3 Варианты использования
Перечень
вариантов использования
Таблица 3 – Варианты использования
| Основное действующее лицо | Вариант использования |
| Администратор |
|
| Пользователь |
|
Рисунок 1 – Диаграмма вариантов использования.
1.3.1 Вариант использования 1 – Запуск системы
| № варианта использования | Вариант использования 1 |
| Название | Запуск системы |
| Действующие лица | Администратор |
| Описание | Администратор запускает систему защиты от сетевых атак. |
| Предварительные условия | Администратор авторизовался в системе. |
| Выходные условия | 1. Система запущена. |
| Нормальное направление | 1.1 Администратор
выполняет команду запуска или
остановки системы.
1.2 Система проверяет текущий набор детекторов. 1.3а Если набор
недостаточен, система начинает
процесс обучения и 1.3б Если набор
достаточен, система начинает процесс
мониторинга аномалий и |
| Альтернативные направления | Нет |
| Исключения | Нет |
| Включает | Нет |
| Приоритет | Нормальный |
| Особые требования | Нет |
1.3.2 Вариант использования 2 – Остановка системы
| № варианта использования | Вариант использования 2 |
| Название | Остановка системы |
| Действующие лица | Администратор |
| Описание | Администратор приостанавливает работу системы защиты от сетевых атак. |
| Предварительные условия | Администратор авторизовался в системе. |
| Выходные условия | 1. Приостановленная система. |
| Нормальное направление | 1.1 Администратор
выполняет команду остановки системы.
1.2 Система выводит окно подтверждения остановки процесса защиты. 1.3 Администратор
подтверждает решение о 1.4 Система сохраняет текущий набор детекторов и выгружает его из памяти. 1.5 Система приостанавливает деятельность. |
| Альтернативные направления | 2 Администратор
не подтвердил решение о приостановке
работы системы (шаг 1.3).
2.1 Система продолжает деятельность. |
| Исключения | Нет |
| Включает | Нет |
| Приоритет | Нормальный |
| Особые требования | Нет |
1.3.3 Просмотр отчета о состоянии системы
| № варианта использования | Вариант использования 3 |
| Название | Просмотр отчета о состоянии системы |
| Действующие лица | Администратор |
| Описание | Администратор получает подробный отчет о текущем состоянии системы. |
| Предварительные условия | Администратор авторизовался в системе. |
| Выходные условия | 1. Выведенный на дисплей отчет. |
| Нормальное направление | 1.1 Администратор
выполняет команду на вывод
отчета о состоянии системы.
1.2 Система выводит
текущие параметры уровня 1.3а Если на текущий момент система обучается на дисплей выводится информация о процессе обучения (количество детекторов: созданных, отсеянных, принятых и проходящих испытательный период). 1.3б Если на
текущий момент система |
| Альтернативные направления | 2 Деятельность
системы приостановлена (на шаге 1.3).
2.1 Система выводит сообщение о том, что она на данный момент не активна. |
| Исключения | Нет |
| Включает | Нет |
| Приоритет | Нормальный |
| Особые требования | Нет |
1.3.4 Изменение характеристик системы, касающихся уровня обеспечиваемой защиты
| № варианта использования | Вариант использования 4 |
| Название | Изменение характеристик системы, касающихся уровня обеспечиваемой защиты. |
| Действующие лица | Администратор |
| Описание | Администратор вводит параметры системы, касающиеся уровня обеспечиваемой защиты. |
| Предварительные условия | Администратор авторизовался в системе. |
| Выходные условия | 1. Новые параметры уровня обеспечиваемой защиты. |
| Нормальное направление | 1.1 Администратор
вводит параметры уровня 1.2 Система проверяет
текущие параметры уровня 1.3 Система применяет новые параметры. |
| Альтернативные направления | 2 Если в ходе проверки
(шаг 1.2) обнаруживается, что после применения
новых параметров необходимо будет переобучать
систему
2.1 Система выводит сообщение о необходимости переобучения и делает запрос администратору на подтверждение его решения. 2.2а Администратор подтверждает свое решение. 2.2а1 Система применяет новые параметры. 2.2а2 Система сбрасывает текущий набор детекторов. 2.2а3 Система запускает механизм обучения 2.2б Администратор не подтверждает свое решение. 2.2б1 Система продолжает работы в штатном режиме. |
| Исключения | Нет |
| Включает | Нет |
| Приоритет | Нормальный |
| Особые требования | Нет |
1.3.5 Сброс текущего состояния системы
| № варианта использования | Вариант использования 5 |
| Название | Сброс текущего состояния системы |
| Действующие лица | Администратор |
| Описание | Администратор принудительно заставляет систему переобучиться. |
| Предварительные условия | Администратор авторизовался в системе |
| Выходные условия | 1. Система с пустым набором детекторов, готовая к обучению. |
| Нормальное направление | 1.1 Администратор
выполняет команду сброса 1.2 Система выводит окно подтверждения сброса состояния. 1.3 Администратор подтверждает решение о сбросе состояния системы. 1.4 Система выгружает текущий набор детекторов из памяти и удаляет его из базы данных. 1.5 Система запускает процесс обучения. |
| Альтернативные направления | 2.1 Администратор
не подтвердил решение о сбросе состояния
системы (шаг 1.3).
2.2 Система продолжает деятельность. |
| Исключения | Нет |
| Включает | Нет |
| Приоритет | Нормальный |
| Особые требования | Нет |
1.3.6 Изменение характеристик системы, касающихся интерфейса пользователя
| № варианта использования | Вариант использования 6 |
| Название | Изменение характеристик системы, касающихся пользовательского интерфейса |
| Действующие лица | Пользователь |
| Описание | Пользователь изменяет параметры пользовательского интерфейса системы. |
| Предварительные условия | Пользователь открыл диалоговое окно с параметрами интерфейса системы |
| Выходные условия | 1. Система измененным пользовательским интерфейсом. |
| Нормальное направление | 1.1 Пользователь
изменяет параметры системы через диалоговое
окно.
1.2 Пользователь нажимает кнопку «применить». 1.3 Система принимает изменения. |
| Альтернативные направления | Нет |
| Исключения | Нет |
| Включает | Нет |
| Приоритет | Нормальный |
| Особые требования | Нет |
1.3.7 Получение уведомлений системы об обнаружении аномалий в поведении ОС
| № варианта использования | Вариант использования 7 |
| Название | Получение уведомлений системы об обнаружении аномалий в поведении ОС |
| Действующие лица | Пользователь |
| Описание | Пользователь получает сообщение системы об обнаружении аномалий в поведении ОС |
| Предварительные условия | Срабатывает детектор системы (обнаружено аномальное поведение ОС) |
| Выходные условия | 1. Получено подтверждение пользователя о получении сообщения |
| Нормальное направление | 1.1 Система формирует
отчет о состоянии ОС на
момент обнаружения аномалии.
1.2 Система выводит отчет на дисплей. 1.3 Система запрашивает разрешение на вторичный иммунный ответ (формирование клеток памяти). 1.4 Пользователь разрешает формирование клеток памяти. 1.5 Система производит необходимые изменения в наборе детекторов. |
| Альтернативные направления | 2.1 Пользователь
не разрешил формирование клеток памяти.
2.2 Система продолжает работы в штатном режиме. |
| Исключения | Нет |
| Включает | Нет |
| Приоритет | Высокий |
| Особые требования | Нет |
1.4 Функции системы
1.4.1 Обучение системы защиты
Функция обучения системы защиты является одной из ключевых функций, обеспечивающих работоспособность продукта. От качества обучения системы напрямую зависит уровень обеспечиваемой защиты.
1.4.1.1 Описание и приоритет
Для
успешного обнаружения
1.4.1.2 Последовательность «воздействие – реакция».
| Воздействие: | Администратор запускает систему, либо принудительно сбрасывает ее состояние. |
| Реакция: | Система начинает формирование набора детекторов. |
1.4.1.3 Функциональные требования
| Обучение системы. Генерирование детекторов | Система генерирует
детекторы произвольного |
| Обучение системы. Генерирование детекторов. Ввод в набор | Новые детекторы вводятся в текущий набор детекторов с пометкой «временные». |
| Обучение системы. Проверка детекторов. Удаление | Система проверяет активировавшиеся детекторы набора. Если они имеют пометку «временный», возбуждение системы отменяется, а активированный временный детектор удаляется. |
| Обучение системы. Проверка детекторов. Ввод в систему | Система сканирует временные детекторы из текущего набора. Если их испытательный период заканчивается, детектору присваивается новое время жизни и снимается пометка «временный». |
1.5 Требования к внешнему интерфейсу
1.5.1 Интерфейсы оборудования
Интерфейсы оборудования не выявлены
1.5.2 Программные интерфейсы
Программный интерфейс 1 – модуль взаимодействия с пользователем.
1.6 Другие нефункциональные требования
1.6.1 Требования к безопасности
Администратор обязан авторизоваться в системе перед выполнением команд.
1.7 Модели анализа
На рисунке 2 показаны возможные состояния детектора и его изменения.
Рисунок 2 – Диаграмма состояний для детектора.
2 СТРУКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ
3 АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ
3.1 Диаграмма классов
Рисунок
3 – Диаграмма классов, разбитая
по пакетам.
Рисунок
4 – Диаграмма классов модуля
«User interface»
Рисунок
5 – Диаграмма классов модуля «Data Base»
Рисунок 6 – Диаграмма классов модуля «Business logic»
3.2 Описание классов
Ниже
(рисунки 7 – 24) приведены CRC карточки
системы защиты от сетевых атак.
| AIS GUI Properties form (User Interface) | |
| Класс, обеспечивающий визуализацию ввода параметров пользовательского интерфейса. |
|
Рисунок
7 – CRC карточка: класс AIS GUI Properties form.
| AIS GUI Properties (User Interface) | |
| Класс, содержащий в себе настройки пользовательского интерфейса. |
|
Рисунок
8 – CRC карточка: класс AIS GUI Properties.
| Main Menu (User Interface) | |
| Класс, обеспечивающий вызов форм пользовательского интерфейса. |
|
Рисунок
9 – CRC карточка: класс Main Menu.
| Authorization (User Interface) | |
| Класс, обеспечивающий авторизацию администратора в системе. |
|
Рисунок
10 – CRC карточка: класс Authorization.
| AIS commands form (User Interface) | |
| Класс, обеспечивающий вызов функций класса AIS из пользовательского интерфейса. |
|
Рисунок
11 – CRC карточка: класс AIS commands form.
| Console (User Interface) | |
| Класс, обеспечивающий вызов функций класса AIS из консоли. |
|
Рисунок
12 – CRC карточка: класс Console.
| Report form (User Interface) | |
| Класс, обеспечивающий визуализацию отчетов. |
|
Рисунок
13 – CRC карточка: класс AIS commands form.
| Timer (Business logic) | |
| Отвечает за периодическое уменьшение времени жизни детекторов |
|
Рисунок
14 – CRC карточка: класс Timer.
| Detector manager (Business logic) | |
| Отвечает
за создание, удаление и изменение свойств
детекторов в наборе.
Обеспечивает синхронизацию текущего набора с базой данных. |
|
Рисунок
15 – CRC карточка: класс Detector manager.
| Teacher (Business logic) | |
| Отвечает за процесс обучения системы поддержание необходимого количества корректных детекторов в системе. |
|
Рисунок
16 – CRC карточка: класс Teacher.
| Monitor (Business logic) | |
| Отвечает за процесс проверки защищаемой системы на текущем наборе детекторов. |
|
Рисунок
17 – CRC карточка: класс Monitor.
| Detector set (Business logic) | |
| Содержит текущий набор детекторов. |
|
Рисунок
18 – CRC карточка: класс Detector set.
| Detector (Business logic) | |
| Хранит информацию о детекторе |
|
Рисунок
19 – CRC карточка: класс Detector.
| Temp Detector (Business logic) | |
| Хранит информацию о временном детекторе (детектор на испытательном периоде). |
|
Рисунок
20 – CRC карточка: класс Temp Detector.
| Memory Cell (Business logic) | |
| Хранит информацию о клетке памяти (особый вид детекторов). |
|
Рисунок
21 – CRC карточка: класс Memory Cell.
| AIS (Business logic) | |
| Основной
класс искусственной иммунной системы.
Содержит в себе параметры ИИС, объекты классов - составляющих ИИС. |
|
Рисунок
22 – CRC карточка: класс AIS.