Надежность, безопасность и доверие в системах, используемых в качестве сервисов: масштабируемые решения для эффективного анализа и менеджмента

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-49-03012

НазваниеНадежность, безопасность и доверие в системах, используемых в качестве сервисов: масштабируемые решения для эффективного анализа и менеджмента

Руководитель Евтушенко Нина Владимировна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №15 - Конкурс 2016 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (MOST)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-601 - Теория, методы проектирования и эффективность функционирования технических систем

Ключевые слова Cервисные системы (SaS), безопасность, надежность, доверие, последовательностные (трассовые) модели, масштабируемые представления

Код ГРНТИ50.43.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Развитие веб-технологий привело к появлению большого количества различных электронных систем, используемых в качестве сервисов; к таким системам можно отнести интерактивные сервисы, клиент-серверные приложения и др. Эти сервисы обычно состоят из разнородных аппаратных и программных модулей, созданных различными производителями для удовлетворения качества пользователей (QoE), объединяются в различные композиции, причем в единую систему объединяются подсистемы от различных производителей. Быстрое развитие полупроводниковых и информационных технологий позволяют реализовать очень сложные аппаратные и программные системы, и, вообще говоря, граница между аппаратным и программным обеспечением все больше «размывается», и современный дизайн качественных, в том числе севисных, систем требует интеграции аппаратных и программных компонентов. Более того, системы, которые используются в качестве сервисов, как правило, «не несут ответственности» за надежность передачи данных, полагаясь на сетевые возможности и «архитектурные» решения, предоставляемые пользователям. Поэтому авторы практически всех систем, проектируемых как сервисы и использующих «чужие» разработки, стараются обеспечить безопасность и надежность своей разработки, принимая во внимание минимальную и максимальную степень доверия, в первую очередь, серверу (-ам), на котором хранится разработка. Сервисные системы используются в критических системах, обрабатывают конфиденциальную информацию, однако, как правило, такие системы часто собираются из компонентов, разработанных другими провайдерами, и для которых отсутствуют подробные описания (спецификации). Эти факты обосновывают необходимость тщательного анализа таких систем и их компонентов с точки зрения корректности функционирования, надежности, безопасности, робастности, качества сервиса, и инициируют поиск новых решений, пригодных, в том числе, для анализа компонентов критических систем, использующих облачные вычисления, нетрадиционные бизнес-процессы, онтологии, и т.п. Соответственно, в настоящее время насущными вопросами становятся вопросы оценивания безопасности и, в том числе, доверия к системам, используемым в качестве сервисов. Данный проект направлен на решение задач анализа безопасности, надежности, качества (в том числе, с точки зрения конечного пользователя) и доверия для сервисных систем. Различные формальные модели использовались и используются для анализа качества сервисных систем, однако масштабируемость этих моделей остается по-прежнему одной из основных проблем. В данном проекте мы намереваемся использовать трассовые или последовательностные модели для оценки и предсказания безопасности, надежности, качества и доверия для различных типов систем, используемых в качестве сервисов, и разработать эффективные методы и алгоритмы для анализа качества сервисных систем с использованием этих моделей. Трассовые модели (в основном модели с конечным числом состояний / переходов) показали свою эффективность при анализе последовательностных систем, в частности, веб приложений и различных реализаций компонентов телекоммуникационных систем, поскольку в настоящее время разработаны эффективные компьютерные представления, которые позволяют описывать и анализировать большие последовательностные системы, такие как SAT-решатели, логические сети, древовидные представления, для эффективной обработки которых накоплено большое количество программных средств, собранных в хорошо отлаженные библиотеки. Тем не менее, необходимо развивать новые структуры данных, методы и алгоритмы для анализа систем, используемых в качестве сервисов. При повышении уровня абстракции появляется композиция сервисных систем. Классическая оркестровка и хореография, используемые при описании композиции веб сервисов, теряют свою популярность, когда веб-сервисы взаимодействует через облако, которое, в основном, используется в качестве хранилища. Главной целью данного проекта является повышение масштабируемости при решении выше перечисленных задач, а основным средством в данном случае будут выступать эффективные, зачастую неклассические модели, структуры данных и методы их быстрой обработки. В процессе работы над проектом будут исследованы различные критерии безопасности, надежности, качества и доверия к системам как сервисам, структуры данных для анализа надежности и безопасности систем, используемых в качестве сервисов, а также различные модели и логики для описания сервисных систем и их свойств. С использованием трассовых моделей будут предложены масштабируемые алгоритмы синтеза проверяющих тестов для анализа корректности функционирования, надежности, безопасности и уровня доверия к аппаратным и/или программным реализациям компонентов телекоммуникационных систем. Будут исследованы операторы композиции и их свойства для описания поведения систем, используемых в качестве сервисов, «собранных» из доступных компонентов; разработаны масштабируемые алгоритмы для оценивания качества систем, используемых как сервисы, их надежности и безопасности. Для разработки эффективных алгоритмов анализа достижимости и построения пре- и постобразов значений переменных в последовательности/выражении (в некоторой грамматике/логике) будут разработаны методы символического статического анализа; будет проведен реляционный анализ последовательностей на основе квантифицированных булевых формул; разработаны подходы к синтезу последовательностных фильтров и решателей на основе известных SAT, SMT и QBF «программ-солверов» для эффективной проверки последовательностных ограничений в различных логиках/грамматиках. В этом проекте научно-исследовательская работа представлена в виде пяти рабочих пакетов (WPs) для решения задач анализа и управления надежностью (WP2), безопасности (WP3), доверия (WP4) и качества (WP5) с использованием рабочего пакета WP1, предназначенного для масштабируемых представлений и манипуляций с (полу-) автоматными представлениями. Основной целью WP1 является предоставление масштабируемых методов (на основе логических сетей) для поддержки других рабочих пакетов этого проекта. Надежность мобильных / веб-приложений (WP2) связана с удовлетворением функциональных требований, а также отсутствием критических ситуаций, таких как осцилляции и / или зависания, утечка памяти, чрезмерное потребление электроэнергии и т.д. В этом проекте мы планируем разработать методы синтеза тестов с гарантированной полнотой для проверки функциональных свойств веб-приложений, предложить методы для проверки наличия осцилляций и тупиков. Основная цель WP3 заключается в создании новых методов для анализа строк и разработке подходов для обнаружения и локализации уязвимостей в компонентах сервисных систем, а именно, уязвимостей, которые могут быть использованы для нарушения конфиденциальности и целостности информации. Для анализа нарушения конфиденциальности (WP4) мы намерены обеспечить систематический анализ мобильных приложений на основе их исполняемых файлов. Для прогнозирования уровня доверия будут предложены новые методы оценки доверия для компонентов сервисных систем. Для оценки и прогнозирования QoE (WP5) предлагается расширить разработанный нами подход на основе логических схем, которые отображают параметры сервисной системы в степень удовлетворенности конечных пользователей. Научные группы Томского государственного университета и Национального университета Тайваня уже выполняли совместные работы по научным проектам 06-08-89500-ННС_а и 10-08-92003-ННС_а. Полученные в результате выполнения предыдущих проектов результаты нашли непосредственное отражение в совместных (рейтинговых) публикациях и будут использованы при решении поставленных задач. Таким образом, в результате выполнения проекта будет создан набор масштабируемых алгоритмов для оценивания качества, надежности, безопасности и доверия в системах, используемых в качестве сервисов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Эль-Факи К., Евтушенко Н.В., Кушик Н.Г. Adaptive distinguishing test cases of nondeterministic finite state machines: test case derivation and length estimation Formal Asp. Comput. Springer London, 30(2): 319-332 (год публикации - 2018)
10.1007/s00165-017-0450-2

2. Йеннигун Х., Евтушенко Н.В., Кушик Н.Г., Лопэз Х. The effect of partiality and adaptivity on the complexity of FSM state identification problem Труды Института Сиситемного Программирования РАН, т. 30. № 1, с. 7-24 (год публикации - 2018)
10.15514/ISPRAS-2018-30(1)-1

3. Твардовский А.С., Лапутенко А.В. О возможностях автоматного описания параллельных композиций временных автоматов Труды Института системного программирования РАН, т. 30, № 1, с. 25-40 (год публикации - 2018)
10.15514/ISPRAS-2018-30(1)-2

4. Н.А. Шаляпина, А.А. Зайцев, С.В. Батрацкий, М.Л. Громов Тесты на константные неисправности как веб сервис Труды Института системного программирования РАН, т. 30, № 1, с.41-54 (год публикации - 2018)
10.15514/ISPRAS-2018-30(1)-3

5. Бресолин Д., Твардовский А.С., Евтушенко Н.В., Вилла Т., Громов М.Л. Minimizing deterministic Finite State Machines IFAC PAPERSONLINE, Т. 51, № 7, с. 486-492 (год публикации - 2018)
10.1016/j.ifacol.2018.06.344

6. Беррини А., Лопэз Х., Кушик Н.Г., Евтушенко Н.В. Towards Model based Testing for Software Defined Networks Proceedings of the 13th International Conference on Evaluation of Novel Approaches to Software Engineering (ENASE 2018), с. 440-446 (год публикации - 2018)
10.5220/0006805604400446

7. Твардовский А.С., Эль-Факи К., Евтушенко Н.В. Deriving Tests with Guaranteed Fault Coverage for Finite State Machines with Timeouts Lecture Notes in Computer Science (LNCS), LNCS 1146, pp. 149-154 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-99927-2_13

8. Лопэз Х., Лапутенко А.В., Кушик Н.Г., Евтушенко Н.В., Торгаев С.Н. Scalable Supervised Machine Learning Apparatus for Computationally Constrained Devices Proceedings of the 13th International Conference on Software Technologies (ICSOFT 2018), с. 518-528 (год публикации - 2018)
10.5220/0006908905180528

9. Ермаков А.Д., Прокопенко С.В., Евтушенко Н.В. Security checking experiments with mobile services Proceedings of International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM2018, Номер статьи 8434938, Pages 139-141 (год публикации - 2018)
10.1109/EDM.2018.8434938

10. Шабалдина Н.В., Евтушенко Н.В., Ю Ф. TOWARDS CHECKING WEB-SERVICES SECURITY: USING AUTOMATA EQUATIONS AND INEQUALITIES Материалы 12 конференции с межд. участием "Новые информационные технологии в исследовании сложных структур", с. 90 (год публикации - 2018)

11. Лапутенко А.В., Петухов Т.Д., Васнев Н.А. Testing microcontroller based physical systems using finite transition models Proc. of the 19th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM2018, pp. 203-206 (год публикации - 2018)
10.1109/EDM.2018.8435029

12. Лапутенко А.В., Винарский Е.М. Синтез тестов для цифровых систем на высоком и низком уровнях абстракции Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика (год публикации - 2019)

13. Е.В. Широкова Checking Robustness of Web Services based on the Parallel Composition of Partial Timed Finite State Machines Proceedings of the 16th IEEE EAST-WEST Design & Test Symposium (EWDTS). – 2018, pp. 256-261 (год публикации - 2018)

14. Евтушенко Н.В., Кушик Н.Г. Некоторые задачи идентификации состояний для недетерминированных автоматов Изд-во STT, Томск, 190 стр., 190 с. (год публикации - 2018)

15. Е.М. Винарский, А.В. Лапутенко, Х. Лопэз, Н.Г. Кушик Testing digital circuits: studying the increment of the number of states and estimating the fault coverage Proc. of the 19th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM2018, с. 220-224 (год публикации - 2018)
10.1109/EDM.2018.8435051

16. Твардовский А.С., Евтушенко Н.В. К синтезу адаптивных различающих последовательностей для конечных автоматов Труды Института системного программирования РАН, т. 30, вып 4, 2018, с. 139-154. (год публикации - 2018)
10.15514/ISPRAS-2018-30(4)-9

17. Евтушенко Н.В., Бурдонов И.Б., Косачев А.С., Лопэз Х., Кушик Н.Г., Зеглаш Дж. Test Derivation for the Software Defined Networking Platforms: Novel Fault Models and Test Completeness Proceedings of the 16th Intern East-West Symp., EWDTS-2018, pp. 358-363 (год публикации - 2018)

18. Широкова Е.В., Прокопенко С.А. , Шабалдина Н.В. К построению параллельной композиции расширенных автоматов Вестник ТГУ. Сер. Управление, вычислительная техника и информатика (год публикации - 2019)

19. Кушик Н., Евтушенко Н., Бурдонов И., Косачев А. Synchronizing and Homing Experiments for Input/output Automata System Informatics, System Informatics, 10, pp. 1-10 (год публикации - 2017)

20. А.П. Сотников, Н.В. Шабалдина, М.Л. Громов Experiments on parallel composition of timed finite state machines Труды ИСП РАН, Труды ИСП РАН, 29:3 (2017), 233–246 (год публикации - 2017)
10.15514/ISPRAS-2017-29(3)-13

21. Хюсну Йенигюн, Нина Евтушенко, Наталия Кушик The complexity of checking the existence and derivation of adaptive synchronizing experiments for deterministic FSMs Information Processing Letters, Inf. Process. Lett. 127: 49-53 (2017) (год публикации - 2017)
10.1016/j.ipl.2017.07.01

22. Лапутенко А. В., Лопез Х. Е., Евтушенко Н. В. Обработка экспериментальных данных при верификации компонентов физических систем: оценка качества тестовых последовательностей Известия вузов. Физика., Известия вузов. Физика.– 2017. – Т.60. – № 11. – С 146 – 151 (год публикации - 2017)

23. Громов М., Твардовский А., Евтушенко Н. Testing Components of Interacting Finite State Machines Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2016), pp. 193-196 (год публикации - 2016)

24. Антон Д. Ермаков, Светлана А. Прокопенко, Нина В. Евтушенко Checking Software Security Using EFSMs Proceedings of the 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM, 2017, Proceedings of the 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM, 2017, pp 87 - 90 (год публикации - 2017)
10.1109/EDM.2017.7981714

25. Смолов С., Лопэ Х., Кушик Н., Евтушенко Н., Чупилко М., Камкин А. Testing Logic Circuits at Different Levels: an Experimental Evaluation Proceedings of IEEE East-West Design & Test Simposium, pp. 189-192 (год публикации - 2016)

26. Твардовский А. Refining the Specification FSM when Deriving Test Suites w.r.t. the Reduction Relation Lecture Notes in Computer Science (LNCS), LNCS, 2017, vol. 10533, pp. 333–339 (год публикации - 2017)
10.1007/978-3-319-67549-7_22

27. Форостьянова М., Донгак Б. A Comparative Analysis of Mutation Tools for Java Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2016), pp. 390-393 (год публикации - 2016)

28. Лопэз Х., Кушик Н., Евтушенко Н., Зеглаш Д. Analyzing and Validating Virtual Network Requests Analyzing and Validating Virtual Network Requests. In Proceedings of the 12th International Conference on Software Technologies - Volume 1: ICSOFT, Proceedings of the 12th International Conference on Software Technologies - Volume 1: ICSOFT, pp. 441-446 (год публикации - 2017)
10.5220/0006472304410446

29. Т. Евтушенко, К. Эль-Факи, А. Ермаков On-the-Fly Construction of Adaptive Checking Sequences for Testing Deterministic Implementations of Nondeterministic Specifications Lecture Notes in Computer Science (LNCS), Springer, Lecture Notes in Computer Science (LNCS) 9976, pp. 139-152 (год публикации - 2016)
10.1007/978-3-47343-4_9

30. Антон В. Коломеец, Наталия В. Шабалдина, Екатерина В. Дарусенкова, Нина В. Евтушенко Using Models of Finite Transition Systems for Checking Web-Service Security Proceedings of the 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, 2017, Proceedings of the 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, 2017, pp 151-154 (год публикации - 2017)
10.1109/EDM.2017.7981731

31. Мария С. Форостьянова, Наталия В. Шабалдина, Нина В. Евтушенко Applying a model based testing approach for testing the communication protocol between the cash register software and the Loymax service 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Proceedings (год публикации - 2017)
10.1109/SIBCON.2017.7998577

32. Хорхе Лопэз, Наталья Кушик, Нина Евтушенко Proactive Trust Assessment of Systems as Services Proceedings of 12th International Conference on Evaluation of Novel Approaches to Software Engineering, ENASE2017, ENASE 2017: 271-276 ISBN 978-989-758-250-9 www.scitepress.org/Documents/2017/63545/63545.pdf (год публикации - 2017)
10.5220/0006354502710276

33. Твардовский А.С., Эль-Факи К., Громов М.Л., Евтушенко Н.В. Синтез тестов с гарантированной полнотой для недетерминированных временных автоматов Моделирование и анализ информационных систем, Т. 24. № 4 (70). С. 496-507 (год публикации - 2017)

34. Твардовский А.С., Евтушенко Н.В., Громов М.Л. Минимизация автоматов с таймаутами и временными ограничениями Труды Института системного программирования РАН, Т. 29. № -4. С. 139-154 (год публикации - 2017)

35. Громов М.Л., Шабалдина Н.В. Построение каскадной параллельной композиции временных автоматов с использованием BALM-II Моделирование и анализ информационных систем, Т. 23, № 6, с. 699 - 712 (год публикации - 2016)
10.18255/1818-1015-2016-6-699-712

36. Громов М.Л., Евтушенко Н.В., ЛапутенкоА.В. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ АВТОМАТОВ ПРИ ТЕСТИРОВАНИИ КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. Физика (год публикации - 2016)

37. Дарусенкова Е., Шабалдина Н. Towards Parallel Composition of Partial Funite State Machines: Checking Safety Property Step by Step Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2016), pp. 197-200 (год публикации - 2016)

38. Хюнг-Ен Ванг, Куан-Хуа Тю, Джи-Хонг Р. Джанг, Наталия Кушик Homing Sequence Derivation with Quantified Boolean Satisfiability Lecture Notes in Computer Science (LNCS), LNCS, 2017, vol. 10533, pp. 230–242 (год публикации - 2017)
10.1007/978-3-319-67549-7_14

39. Хюсну Йенигун, Наталия Кушик, Хорхе Лопэз, Нина Евтушенко, Ана Р. Кавалли Decreasing the complexity of deriving tests against nondeterministic finite state machines Proc. of East-West Design & Test Symposium (EWDTS), 2017, Proc. of East-West Design & Test Symposium (EWDTS), 2017, IEEE Xplore, IEEE (год публикации - 2017)
10.1109/EWDTS.2017.8110091

40. Лопэ Хорхе, Кушик Наталия, Ана Кавалли, Нина Евтушенко Optimizing Network Utilization through Source Code State Model Representation Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2016) (год публикации - 2016)

41. Ермаков А.Д., Евтушенко Н.В. Метод синтеза тестов с гарантированной полнотой по модели расширенного автомата Моделирование и анализ информационных систем, Т. 23, № 6, с. 729-740 (год публикации - 2016)
10.18255/1818-1015-2016-6-729-740

42. Хорхе Лорэз, Евгений Винарский, Андрей Лапутенко On the Fault Coverage of High-level Test Derivation Methods for Digital Circuits Proceedings of the 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM, 2017, Proceedings of the 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM, 2017, pp. 184-189 (год публикации - 2017)
10.1109/EDM.2017.7981736

Публикации