信息系统安全决策模型研究.pdf
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1、学术研究A c a d e m i c!鬻疆辫麴灞醚鬻囊麟黎鍪信息系统安全决策模型研究王震雷(国防科技大学信息系统与管理学院,长沙,4 10 0 7 3)【摘要l 本文提出从三个方面进行决策:方案组成决策、产品选型决策和安全投资决策,及在对安全方案进行效益评估的基础上,进行方案组成决策和产品选型决策,然后在此基础上形成决策结论。【关键词】信息系统安全决策模型层次分析法A H PR e s 昀r c ho nD e c i s i o n-m a k i n gM o d e lo fI n f o r m a t i o nS y s t e mS e c u r i t yW 抽gZ h e
2、 n l e i N n t t o n n lU n 如e r s 的西D 啦瑚eT e c h n o t o g y,C h n n g s h a,4 1 0 0 7 3 C h i m)【A b s t r a c t】T bm a k ed e c i s i o n sa b o u tm es e c u r i t yi n v e s t m e n ti ni n f o 咖a t i o ns y s t e m,i ti si m p o r t a n tt on o to n I ym i n ka b o u tt h es c a l eo fi n f o
3、肿a t i o ns y s t e ma n dt h ep u r p o s eo fi n V e s t m e n t b u ta l s om a k ea ne f!l-e c t i V ed e c i s i o n 曲o u tt h ec o m p o s i t i o no f t h es o l u t i o na n dt h es e l e c t i o no fp r o d u c t sr e g a r d i n gt h em a x i m a lb e n e f i t a s s e s s m e n tn l l eb
4、a s e do nd e V e l o p i n gab e n e n t-a s s e s s m e n tm o d e lo fs e c ur i t ys o l u t i o n s N e x t,s o r t i n gt h es e c u r i t ys o l u t i O n sb ym ep u r p o s eo fi n V e s t r n e n t,i n V e s t I l l e n tb u d g e t a r ye s t i m a t e 锄ds oo nu s i n gA n a l y t i cH i e
5、 r a r c h yp r o c e s s(A H P)R n a】y,m a“n gt h ef i n a ld e c i s i o n n i sp a p e rd i s c u s s e st h r e ea s p e c t sf b rd e c i s i o n m a k i n g:t h ec o m p o s i t i o no ft h es o l u t i o n,t h es e l e c t i O no fp m d u c t sa n ds e c u r i t yi n v e s t m e n t【Ke _ y w
6、o r d s】i n f o r m a t j o ns y s t e ms e c u r i t yd e c i s i o n m a k i n gm o d e lA n a l y t i cH i e r a r c h yP r o c e s s(A H P)针对信息系统面临的各种安全威胁,安全技术和安全产品不断产生,新的安全理论也不断出现。信息系统的安全解决方案是根据一定的安全理论模型,为实现其“相对安全”目标而采用的安全技术、安全产品、安全机制、安全策略、安全措施和安全服务的总和,是一个与安全威胁相对抗的有机整体。“绝对安全”是不存在的,实现“相对安全”的安全解决
7、方案取决于安全目标、投资能力、系统规模等与信息系统本身相关的因素。其具体实现途径可以为某一单一的安全产品,也可以是一个庞大的安全系统。盲目的决策可能导致极端的结果发生:或预期的安全目标未能实现,或造成安全投资的极大浪费。因而,针对信息系统的安全投资进行决策分析尤显重要。全方案的效益投资比、安全产品的评测认证资格、运行维护成本等安全方案的具体实施必须由安全产品、安全服务和安收稿日期:卸0 5 5 2 8作案篱分:壬震霹,男,1 9 7 2 年主要研完方向:苇鼹馥霹自动化工程。全保障来实现。在此,可以将有投入和产出的事物事务作为产品看待。因此,从经济学的角度,仍然可以将安全解决方案看成是由安全(安
8、全服务)产品组成的方案,只是这里的安全(安全服务)产品是指任何可以加强信息系统安全的、需要一定投入(人员、资金等)的安全产品、安全服务和安全保障措施。整体的解决方案有整体的效益投资比,单一的安全产品也有相应的效益投资比。1方案组成决策故障树的最小割集是引起顶事件发生的一种故障模式,可以认为是系统的一种风险模式,它们构成了信息系统的风险来源。最小割集是导致正规故障树顶事件发生的数目不可再少的底事件的组合。任何正规故障树均由有限数目的最小割集组成,它们对给定的正规故障树来说是图1 方案的组成信息安全与通信保密2。,。I7 9 万方数据学术研究鬻麟籀瀚鬃瀚陵褥蘩舔、R e s e a r c h唯一
9、的。因此,某个安全产品m 只要能防止组成风险模式n 的某个底事件的发生,就防止了风险模式n 的发生,如图1 所示。设信息系统的风险模式依危害度(最小割集的发生概率后果严重性系数)从大至小的顺序为风险模式1、风险模式2、风险模式,l;安全产品按其所能减少的危害度c 卅从大至小依次为安全产品1、安全产品2、安全产品m 可供选择组成安全方案。那么一个可以接受的方案组成的决策步骤如下:(1)制定安全投资目标,确定等风险线J R,m=1,z,_ 0;(2)选择安全产品卅,丁兰z+1;(3)计算各故障事件和顶事件的危害度C,(n 卢l,n)、C l(4)如果“e i R(耐=1,z)”或“C,决策过程结束
10、l 否则=m+1 转至(2)。其中,等风险线是由用户根据信息系统的规模、安全需求等实际因素而确定的可以接受的风险程度,比如可以取等风险线R 一5 0 0 元月;“e 或“G 矿为决策判断条件,“e,尺”是指将根据故障事件的发生后果和发生概率画出的法默(F R F a H n e r)风险曲线和等风险线进行判断。如果法默风险曲线的大部分点都在等风险线之下,仅有个别点超过等风险线R,那么采用由已选安全产品组成的安全方案后系统的安全设计是基本上可以接受的。“c。是指将信息系统的安全风险e 与等风险线慰如:5 0 0 元月)进行数值比较,该不等式成立则说明系统的安全设计可以接受。具体采取哪种决策判断条
11、件,需要考虑用户信息系统的安全投资能力、安全需求等而定。7 1 为最后所选安全产品的类别的总数。2 产品选型决策安全方案的组成决策,决定了该信息系统实施由安全产品1 丁组成安全方案后可以使系统的安全达到可以接受的程度。在此基础上,还需对具体的每一类安全产品f 进行选型决策。产品选型在不影响安全方案的整体安全效能的前提下,主要取决于该安全产品t 在该信息系统实施的效益投资比r、|r一=二号兰,因其可以集中反映安全决策的效益目标。需要往f意的是,上式中的效益,仅仅是该安全产品的实施所能减少的危害度所占的比例,实际上还需考虑该安全产品的运行维护成本,比如人力资源成本、维护升级费用等,应将这些后期投入
12、从中除去。即:_=坚半其中,c:是安全产品f 的运行维护成本,V 为安全产品f 的投资额。8 0I 凹凹凹。c i s m a 口。口口口。圃5 安全投资决策方案组成决策和产品选型决策给出了经济的、风险适可的安全方案的决策模型。当不考虑其它条件限制时,不同的系统规模、投资能力、投资目的,其决策意向也会不同。如有的信息系统对安全有很高的要求,但基本上不必考虑安全投资额;有的信息系统则可能要求在风险可接受的前提下,追求高的效益投资比。这就需要在方案组成决策和产品选型决策的基础上,进一步采用A H P 一层次分析法进行决策。3 1 建立层次结构采用A H P 法进行投资决策,首先建立层次结构模型,如
13、图2 所示。其中准则层R 是集中安全方案决策的关键原则,可以请专家提出其它准则,在此只举例三个准则:安全效益R l、投资额度R 2、效益投资比R 3。方案层s 是可供选择的安全方案集。3 2 构造判断矩阵并进行层次单排序如表1 所示,其中“k K。表示准则艘与准则R 1 的相对重要性的主观比值,w 般为取1,2,3,9 及它们的倒数。依此类推,再建立判断矩阵:准则R 2(投资额度)方案s 和准则R 1(安全效益)方案S,并求出相应的一致f 生检验量,如表2 所示。需要指出的是,在判断矩阵目标A 一准则R 中,集中反映了决策者所考虑的关键原则及其重要性;而在判断矩阵准则层R 一方案层S 中,其数
14、值取决于前文安全解决方案效益评估的结果和方案的实际投资概算额度等。因此,A H P 安全决策,是在对安全方案进行基于故障树模型的安全效益评估的基表l 判断矩阵:目标A 一准则R目标A安全效益R l投资额度R!效盏投资比R 3权重一致性检验量安全效益R llr 1,w R 2P R l,1 r R 3C I=投资顿度R 21 _ R 1 h r 日lr R 2 r mR I=05 8C R=效益投资比R 3w 3。R l1”月3。1 2l表2 判断矩阵(举例l 准则R 3 一方案S、遵则R 3方案S 1方案s!方案s 3权重一致性检验量j 效益投资队方案s ll l,y;2y n y nC I-
15、方案s!以 扎ll一2 彦;3开kR I=o5 8C R i方案s 3以3 彦;l以3 21,表3 决策结论层次R安全效益R l投资顿度R 2效盏投资比R 3层次一致|生检验量辟1 23总排序层次叭方案s】虻lK 12E 133C I=方案s:虻,R I=o5 8E2 1E22E23,-lC R=方案s 3E,E3 巩32E33 万方数据础上,并在确定评估准则及其相对重要洼的前提下,进行的决策过程。3 3 层次总排序,如表3 所示。3 4 一致性检验最后考察层次总排序中一致性检验量,若判断矩阵的随机一致性比例:2 鼍蛐l。那么,判断矩阵具有满意的一致陛,否则必须对判断矩阵进行调整。当判断矩阵的
16、阶数小于等于1 5 时,平均一致性指标R I 由表4 给出【7 l表4 平均随机一致性指标3 5 决策结论根据上述分析结果,安全解决方案S l、s 2、s 3 在主要考虑方案的安全效益、投资额度、效益投资比时,其总排序结果即为层次总排序中的排序结果。4 权重的处理囤4 1 传统A m 法中的判断矩阵学术研究A c a d e m i C观判晾主要是两两比较),将每一层次的因素的相对重要蝴定量描述;利用数学方法确定反映每一层次全部因素的相对重要性次序的权值;通过所有层次之间的总排序,确定所有方案的排序阃。其中的主观判断之所以主要是通过“两两比较”来进行,是因为在没有更加客观的数据的情况下,通过这
17、种方法可同时确保一定的“一致陛”前提下,利用数学方法可在较大程度上减少因主观判断而带来的失误。然而,如果有更加准确的数字可以代替主观判断,就会为决策提供更加科学有效的依据。4 2F T A A 肾模型中的权重处理在F r A A H P 安全决策模型中,判断矩阵的形成是主观判断与客观计算相结合的结果。首先,“目标一准则”的判断矩阵主要靠主观判断来完成,各权重比值的形成规则与传统A H P 法的取值规则完全相同。为了使这种判断更加科学有效,可以专门组织有关专家,通过D e】p h i 法等措施来完成。该判断矩阵集中体现了决策者的决策意图。其次,在“准则一方案”的判断矩阵中,每个方案的单项准则指枥
18、比如:“方案A”的“效益图2A H P 安全决策层次结构投资比”)在对该方案进行安全效上述的F T A A H P 法安全决策,与一般的A H P 法相似,但有所不同,主要表现在准则一方案层的判断矩阵中的权重比系数上。在层次分析法中,判断矩阵表示针对上一层次的某个因素来说,本层次与之有关的各因素之间的相对重要性。一般来说,利用A H P 法进行决策时,通常会按照“1,2,3,9”的原则对权重比进行主观估计。假定A 层中因素A。与下一层次中因素B。,B:,B。有联系,则构造的判断矩阵如表5 所示。A kB 1B 2B nB 1b 1 1b】2b l nB 2b 2 1b 2 2b hB nb n
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