24 октября 2006
И. Дидык, С. Панасенко. Защита информации в системах сквозного проектирования.
И. Дидык, С. Панасенко
Мир и безопасность, №3, 2006
На данный момент всему миру стало понятно, что в России, пусть и не так быстро, но начался экономический рост. И у государства появились деньги на перевооружение и модернизацию армии. А эта задача полностью ложится на плечи военно-промышленного комплекса (ВПК), требует новых идей и, как следствие, новых разработок. Положительным фактором является то, что большая часть различных научно-исследовательских институтов (НИИ) смогли не просто остаться на плаву, но и поддерживать ведение новых исследований. Поэтому после решения правительства выделить средства на государственный заказ для ВПК многие НИИ и предприятия, работающие в структуре ВПК, вступили в настоящую борьбу за право принять участие в обеспечении отечественных силовых ведомств современными технологическими решениями. Другими словами, началась настоящая конкурентная борьба. В таких условиях залогом успеха может быть прежде всего сокращение времени разработки и скорейший выпуск готового изделия.
Системы сквозного проектирования
В связи с широким применением автоматизированных систем большинство изделий имеют как механическую часть (корпуса, крышки, рамы и т.д.), так и электронную (например системы управления и контроля). Как показал опыт, процесс разработки именно механической части изделия является наиболее сложным и трудоемким, т.к. современная электроника требует высокой точности изготовления, хорошего теплоотвода, минимальной массы, но при этом также остаются высокими требования к уровню защиты от механических и климатических воздействий. Поэтому время внесения изменения в механическую часть может занимать от нескольких часов до нескольких дней. Внесение изменений в электронную часть может также закончиться коррекцией механики. В таких условиях только применение систем сквозного проектирования(ССП)позволяет сократить время разработки в несколько раз и добиться нужного результата в сжатые сроки.
Рис. 1. Пример математической модели механической части изделия
Базой системы сквозного проектирования являются комплексные решения, или, другими словами, так называемые «тяжелые» системы автоматизированного проектирования (САПР): CATIA, Pro/Engineer, Unigraphics; а также САПР «среднего уровня» (SolidWorks, Solid Edge, ADEM и др.). Среди САПР среднего уровня появились и отечественные разработки: T-Flex, ГеММа-3D, КОМПАС.
САПР как правило состоит из базового модуля и дополнительных узкопрофильных модулей: создание трубопроводов, разводка кабелей, механообработка, инженерные расчеты, создание электрических схем и т.д. Все эти модули связаны между собой и позволяют всем участникам проекта, выполняющим различные задачи, работать в одной среде и таким образом избегать необходимости конвертации модели в другие форматы, т.к. это чревато внесением ошибок и конфликтных ситуаций в трехмерную модель.
Основой ССП является трехмерная модель; это тот стержень, на базе которого строятся все последующие шаги и действия. Именно на базе модели проводятся инженерные расчеты (различные статические, динамические испытания, тепловые расчеты и т.д.); опираясь на нее, проектируется наиболее дорогая часть технологической оснастки: пресс-формы и штампы. Стоимость такой оснастки может достигать сотен тысяч долларов, ошибка в модели может повлечь за собой очень серьезные финансовые потери. На базе модели создается пакет конструкторской документации (КД), куда входят чертежи сборок, узлов, деталей, спецификации и т.д. Все вышеперечисленные САПР являются параметрическими, т.е. любое внесение изменений в модель приводит к изменениям в чертеже, и наоборот. С одной стороны, это упрощает работу, но с другой - требует повышенного внимания при внесении изменений.
При сквозном проектировании используется метод наложения этапов разработки и подготовки производства один на другой. По данным Национального института стандартов и технологий США (NIST - National Institute of Standards and Technology, http:// www.nist.gov), применение сквозного параллельного проектирования позволяет:
- значительно повысить качество выпускаемого продукта;
- ускорить выход продукта на рынок на 20-90%;
- сократить время на разработку изделия - на 30-70%;
- сократить время на внесение изменений - на 65-90%;
- сократить затраты на подготовку изделия к производству на 5-50%;
- ускорить окупаемость затрат на 20-85%.
Использование в ССП единой информационной модели изделия дает возможность различным инженерным группам (конструкторам, технологам, расчетчикам) вести параллельную работу над проектом, оптимально используя коллективный опыт. Это значительно сокращает время и средства, затрачиваемые на конструкторско-технологическое проектирование, и позволяет получать на выходе действительно качественный продукт.
Форматы хранения данных
На примере САПР Pro/Engineer рассмотрим, какие форматы используются для хранения той или иной информации в программной среде.
Условно типы файлов можно разделить на «свои» и «чужие». «Свои» - форматы, которые программа присваивает при создании файла, «чужие» - т.е. импортированные из других программ.
Для файлов моделей используется расширение *.prt, для файлов подсборок и сборок используется расширение *.asm, для чертежей - расширение *.drw, для сохранения рисованных элементов - *.sec.
К «чужим» форматам относятся форматы импортированных файлов, в основном, из других CAD-систем, таких как *.neu, *.step, *.jpg, *.tif, *.cat и др.
Особенностью работы с файлами можно назвать групповое использование файлов, основанное на взаимозависимости файлов. Например, файл обработки *.mfg не может быть открыт без файла сборки, т.е. *.asm, который, в свою очередь, не может быть открыт без файлов моделей (*.prt), входящих в эту сборку. При этом изменение местонахождения файлов деталей, входящих в сборку, или некорректное внесение изменений в модель или сборку могут привести к конфликтной ситуации в файле обработки. Файл обработки - это файл, содержащий процесс механообработки (фрезерной, токарной, электроэрозионной) той или иной детали со всеми необходимыми параметрами для дальнейшей генерации управляющей программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).
Защита данных в ССП
Из всего вышесказанного проистекают следующие вопросы защиты информации:
- защита конфиденциальности данных, т.е. ограничение количества специалистов, имеющих доступ к той или иной части проекта, что в рамках военной тематики крайне актуально;
- защита целостности данных, прежде всего путем ограничения числа лиц, имеющих право вносить изменения на любом этапе проектирования. Даже незначительные изменения в конструкции (не говоря уже о намеренном искажении или удалении значительной информации) могут заметно замедлить разработку. Система является параметрической, поэтому проверка последствий внесенных изменений может занять довольно много времени. А некоторые файлы (например, файлы с расширением *.mfg) могут оказаться вообще невосстанавливаемыми.
Сюда же косвенно вплетается проблема защиты от копирования самого программного продукта. При этом стоимость одного рабочего места в ССП может достигать 100 тыс. долл. и более. Впрочем, проблема защиты от копирования не входит в рамки данной статьи.
По всей видимости, основным защитным элементом обрабатываемой в ССП информации может быть система защиты от несанкционированного доступа (ЗНСД) к ресурсам компьютера. Система ЗНСД должна разрешать доступ к защищаемой информации только зарегистрированным пользователям, которым такой доступ разрешен правилами разграничения доступа (ПРД). Доступ зарегистрированных пользователей в обход ПРД, а также доступ незарегистрированных пользователей к защищаемым ресурсам должны быть запрещены.
ПРД представляют собой двумерную таблицу, строки которой соответствуют пользователям системы, столбцы - защищаемым ресурсам, а в конкретной ячейке хранится комбинация флагов, соответствующих разрешенным категориям доступа данного пользователя к данному ресурсу: чтение, запись, выполнение. Для достижения целей защиты ССП должен использоваться запретительный принцип разграничения доступа, т.е. запрещенным является все, что явным образом не разрешено правилами разграничения доступа.
Стоит учесть, что ССП являются распределенными системами, поэтому система ЗНСД должна поддерживать распределенную архитектуру, в т.ч. иметь возможность централизованной настройки и управления. Фактически распределенная система ЗНСД состоит из следующих модулей (см. рис. 2):
- центральный модуль, в котором хранятся все ПРД, а также информация, необходимая для аутентификации пользователей. При большом количестве рабочих мест в ССП система ЗНСД может иметь несколько центральных модулей, объединенных в кластер с целью обеспечения отказоустойчивости путем горячего резервирования и/или для балансировки нагрузки;
- клиентские модули, установленные на рабочих местах ССП и отвечающие за аутентификацию пользователей;
- автоматизированное рабочее место (АРМ) администратора системы ЗНСД, на котором выполняется создание/редактирование ПРД и общее администрирование системы, например управление пользователями.
Рис. 2. Схема системы ЗНДС
Система ЗНСД функционирует следующим образом:
- при входе пользователя в систему клиентский модуль системы запрашивает информацию, необходимую для аутентификации;
- с помощью какого-либо протокола строгой аутентификации (например Kerberos) выполняется удаленная аутентификация пользователя;
- при запросе пользователем какого-либо файла данных (запрос перехватывается на уровне ядра операционной системы), центральный модуль выполняет проверку, разрешен ли аутентифицируемому пользователю доступ к запрашиваемому ресурсу;
- если доступ разрешен, ресурс предоставляется пользователю.
Предварительно пользователи системы должны быть зарегистрированы, а также созданы ПРД для каждого из пользователей.
Стоит учесть, что в ряде случаев могут быть использованы стандартные схемы аутентификации пользователей, поддерживаемые используемыми операционными системами, например Active Directory в роли центрального модуля в доменах Windows 2000/2003, и, соответственно, клиентские механизмы аутентификации GINA/WinLogon.
При корректной настройке ПРД и отсутствии возможностей обхода системы ЗНСД задача защиты информации ССП может считаться решенной. Однако в ряде случаев для обеспечения конфиденциальности данных может потребоваться прозрачное (автоматическое) шифрование данных, а также криптографические методы контроля целостности информации. Кроме того, следует учесть, что во многих случаях запрос на доступ к ресурсу центрального модуля может оказаться «обезличенным», т.е. система ЗНСД может не иметь информации о пользователе - инициаторе конкретного запроса. В этом случае для полноценного использования «внешней» по отношению к ССП системы ЗНСД могут потребоваться существенные технические усилия, направленные на «установление личности» пользователей, запрашивающих доступ к ресурсам. К счастью, немалое число ССП имеют встроенные механизмы разграничения доступа - в этом случае основная проблема защиты данных состоит лишь в грамотной настройке этих механизмов.
Об авторах: И. Дидык, нач. группы САПР отдела гл. технолога ОАО «Завод Компонент»; С. Панасенко, нач. отдела разработки ПО фирмы АНКАД, канд. техн. наук
Источник: Мир и безопасность
