Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№2
Ожидается:
16 Июня 2024
Статьи журнала №3 2023
1. Построение совершенных нормальных форм булевых функций для схемотехнических реализаций протоколов аутентификации с использованием maple [№3 за 2023 год]Авторы: Оленев А.А. (olenevalexandr@gmail.com) - Ставропольский государственный педагогический институт, (доцент кафедры математики, информатики и цифровых образовательных технологий), кандидат технических наук; Калмыков И.А. (kia762@yandex.ru) - Северо-Кавказский федеральный университет (профессор кафедры информационной безопасности автоматизированных систем), доктор технических наук; Киричек К.А. (kirichekka@mail.ru) - Ставропольский государственный педагогический институт, (зав. кафедрой математики, информатики и цифровых образовательных технологий), кандидат педагогических наук;
Аннотация: Одной из перспективных областей применения дискретной математики являются протоколы аутентификации с нулевым разглашением знаний, построенные на основе модулярных кодов класса вычетов. Использование этих кодов позволяет заменить вычислительное устройство, реализующее операцию возведения в степень по модулю, на кодопреобразователь. В результате сложная вычислительная операция будет выполнена за один такт. Эффективность работы кодопреобразователей во многом зависит от правильности перехода от таблицы истинности к совершенным нормальным формам булевых функций. Авторами данной статьи разработаны программный код и графическое интерактивное приложение для ЭВМ, которое позволяет получать совершенные дизъюнктивные и (или) совершенные конъюнктивные нормальные формы согласно описанному пользователем содержанию таблиц истинности и выводить результат в соответствующем поле с использованием логических функций библиотеки Logic или в виде формулы. Совершенные формы можно получить с использованием описания таблицы истинности в виде минтермов (макстермов) булевой функции, а также номеров наборов минтермов (макстермов). В разработанном приложении существует возможность выбора типа получаемой совершенной формы, и оно содержит справочные данные по использованию. Программный код и весь графический интерфейс написаны с помощью встроенного языка и библиотек системы компьютерной алгебры Maple. Созданное интерактивное приложение интуитивно понятно и доступно даже непрофессиональным программистам (преподавателям математики, студентам). Для удобства программный код оформлен в виде графического приложения, требующего для работы установленной на компьютере системы Maple. Разработанное приложение может быть использовано образовательными организациями, в которых преподаются математическая логика, дискретная математика или их разделы.
Abstract: One of the promising areas of applying discrete mathematics are zero-knowledge authentication protocols based on modular residue class codes (MRCC). Using MRCC allows replacing a computing device that implements the operation of raising to a power modulo with a code converter. As a result, a complex computational operation is executable in one machine phase. It is obvious that the efficiency of code converters depends largely on the correct transition from the truth table to perfect normal forms of Boolean functions. The authors of this article have developed a software code and a graphical application for a computer that allows obtaining perfect disjunctive or conjunctive forms in accordance with the content of the truth tables described by the user and displaying the result in the corresponding field in mathematical form. Perfect forms can be obtained using the description of the truth table both in the form of minterms (maxterms) of a Boolean function using the logical variables true or false, and using the numbers of sets of minterms (maxterms). There is a possibility to choose the type of the obtained perfect form. The developed application contains reference data on its use. The software code and the entire graphical user interface are written using the built-in language of the Maple computer algebra system, as well as using the Maplet library. It was possible to create an interactive application that is user-friendly for non-professional programmers (mathematics teachers, students). For the convenience of the end user, the program is designed as a graphical application that requires only the Maple system installed. The developed application can be used by educational organizations that study the academic disciplines of mathematical logic, discrete mathematics or their sections.
Ключевые слова: Maple, системы компьютерной алгебры, совершенные дизъюнктивные и конъюнктивные нормальные формы, булевы функции, математическая логикаKeywords: Maple, computer algebra systems, perfect disjunctive and conjunctive normal forms, Boolean functions, mathematical logic
Просмотров: 1663
2. Fast quantum search algorithm modelling on conventional computers: Information analysis of the halting problem [№3 за 2023 год]
Авторы: Ульянов С.В. (ulyanovsv46_46@mail.ru) - Государственный университет «Дубна» – Институт системного анализа и управления, Объединенный институт ядерных исследований – лаборатория информационных технологий (профессор), доктор физико-математических наук; Ульянов В.С. (ulyanovik@mail.ru) - Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) (доцент), кандидат технических наук;
Abstract: The paper describes the simplest technique for simulating a quantum algorithm based on the direct matrix representation of quantum operators. This approach is stable and precise, but it requires allocation of operator’s matrices in the computer memory. Since the size of the operators grows exponentially, this approach is useful for simulating quantum algorithms with a relatively small number of qubits (e.g., approximately 11 qubits on a typical desktop computer). This approach enables relatively simple simulation of the operation of the solution quality control system and performance of a reliability analysis. A more efficient fast quality control simulation method is based on computing all or a part of operator matrices as needed on a current computational basis. This method makes it possible to avoid storing all or a part of the operator matrices. In this case, the number of qubits to be simulated (e.g., the number of input qubits or the number of qubits in the system state register) is affected by: (I) the exponential growth in the number of operations required to calculate the result of matrix products; and (II) the size of the state vector allocated in computer memory. It is reasonable if one embodiment of this approach involves simulating up to 19 or more qubits on typical desktop computer, and even more in a system with a vector architecture. Due to particularities of the memory addressing and access processes in a typical desktop computer (such as, for example, a Pentium PC), when a number of qubits is relatively small, the on-demand computing tends to be faster than the direct storage approach. The compute-on-demand approach benefits from applying the results of studying quantum operators and their structure that enables computing the matrix elements more efficiently. The paper considers effective simulation of Grover’s quantum search algorithm using a computer with classical architecture.
Аннотация: Описана методика модификации моделирования квантового алгоритма, основанная на прямом (большого объема) матричном представлении квантовых операторов. Этот подход стабилен и точен, но требует размещения матриц оператора в памяти компьютера. Поскольку размер операторов растет экспоненциально, подход полезен для моделирования квантовых алгоритмов с относительно небольшим количеством кубитов (например, приблизительно 11 кубитов на типовом компьютере). Используя его, относительно просто смоделировать работу системы контроля качества решения и выполнить анализ достоверности. Более эффективный метод быстрого моделирования контроля качества основан на вычислении всех или части операторных матриц по мере необходимости на текущей вычислительной основе. Используя данный метод, можно избежать сохранения всех или части операторных матриц. В этом случае количество кубитов, которые могут быть смоделированы (например, количество входных кубитов или количество кубитов в регистре состояния системы), влияет на экспоненциальный рост числа операций, необходимых для вычисления результата матричных произведений, и на размер вектора состояния, выделяемого в памяти компьютера. В одном из вариантов применения этого подхода целесообразно моделировать до 19 или более кубитов на типичном настольном компьютере и даже больше на системе с векторной архитектурой. Из-за особенностей процессов адресации памяти и доступа к ней в типичном настольном компьютере (например, персональный компьютер на базе Pentium), когда количество кубитов относительно невелико, подход «вычисления по требованию», как правило, эффективнее, чем подход с прямым хранением. Подход «вычисления по требованию» выигрывает благодаря применению результатов детального изучения квантовых операторов и их структуры, что позволяет более эффективно вычислять матричные элементы. В работе рассмотрено эффективное моделирование алгоритма квантового поиска Гровера на примере компьютера с классической архитектурой.
Keywords: termination criteria, minimum of Shannon information entropy, quantum computing, algorithmic representation, state vector, quantum operators, fast quantum search algorithmКлючевые слова: критерии завершения, минимум информационной энтропии шеннона, квантовые вычисления, алгоритмическое представление, вектор состояния, квантовые операторы, алгоритм быстрого квантового поиска
Просмотров: 1403
3. Разработка алгоритма пропорционального разделения gh-графа для формирования зон влияния объектов в сложных технических системах [№3 за 2023 год]
Авторы: Мунтян Е.Р. (ermuntyan@sfedu.ru) - Южный федеральный университет (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье предложено одно из возможных решений задачи формирования зон влияния объектов в сложных технических системах. В качестве примера рассматривается система охраны протяженного периметра, исследуется взаимодействие ее объектов (элементов) – мобильных или стационарных объектов охраны, квадрокоптеров, лиц, принимающих решение, возможных потенциальных нарушителей периметра. Причем квадрокоптеры обладают различными техническими характеристиками, в частности, радиусами обзора видеокамер. Для моделирования процесса взаимодействия объектов системы охраны применяется модель на основе нечеткого графа с разнотипными вершинами и множественными и разнотипными связями (GH-графа). В качестве множественных в GH-графе используются связи в виде вектора, объединяющие несколько разнотипных связей в одну. Такая модель позволяет задать все необходимые отношения между элементами системы и при этом обладает преимуществом во времени вычисления расстояний по сравнению с графами, использующими только однотипные и разнотипные связи. Для решения поставленной задачи предлагаются алгоритмические средства моделирования GH-графа, в том числе алгоритм пропорционального разделения графа и средства вычисления его метрик. В работе определена операция разделения GH-графа, сформулированы критерии разделения – пропорциональность подграфов по за-данному параметру и возможность пересечения подграфов. Выполнен синтез алгоритма пропорционального раз-деления GH-графа в соответствии с данными критериями, результаты работы которого показаны на примере рас-смотренной графовой модели. Использование предложенного алгоритма для разделения графа на пропорциональные подмножества и средств вычисления метрических характеристик полученных подграфов позволяет определить зоны влияния объектов системы в соответствии с их техническими параметрами. Рассмотрены возможности программной реализации предложенного алгоритма.
Abstract: The article suggests one of the possible solutions to the problem the object influence zones in complex technical systems (СTS). It considers the extended perimeter security system as a СTS example, investigates the interaction of its objects (elements). The objects of such a system are mobile or stationary security objects, quadrocopters, decision makers, possible potential perimeter violators; provided that quadrocopters have different technical characteristics, in particular, the their video camera surveillance radii differ. To simulate the process of interaction of security system objects, the authors use a model based on a fuzzy graph with different types of vertices and multiple and different types of connections (GH-graph). Multiple connections in the GH-graph are vector connections that combine several different types of connections into one. Such model allows setting all necessary relationships between system elements and at the same time, it has an advantage in the time of calculating distances compared to graphs using only same type and different types of connections. To solve this problem, the authors propose using GH-graph algorithmic modeling means, including the graph proportional separation algorithm and the means of calculating graph metrics. The paper defines the GH-graph splitting operation, defines the separation criteria: the proportionality of subgraphs by a given parameter and the possibility of subgraph intersection. The authors have carried out the synthesis of the GH-graph proportional separation algorithm in accordance with the criteria and shown the algorithm results using the example of the graph model considered. It is shown that using the proposed graph separation algorithm into proportional subsets and the means of calculating the metric characteristics of the obtained subgraphs make it possible to determine the system object influence zones in accordance with their technical parameters. The paper considers the possibilities of software implementation of the proposed algorithm.
Ключевые слова: сложная техническая система, система охраны периметра, множественные связи, разнотипные связи, диаметр, радиус, GH-граф, нечеткий граф, алгоритм разделения графаKeywords: complex technical system, perimeter security system, multiple edges, different type edges, diameter, radius, GH-graph, fuzzy graph, graph separation algorithm
Просмотров: 1489
4. Об одной тенденции развития алгоритмов, реализуемых в системах поддержки принятия решений [№3 за 2023 год]
Авторы: Саяпин О.В. (tow65@yandex.ru) - 27 Центральный научно-исследовательский институт Минобороны России (доцент, ведущий научный сотрудник), доктор технических наук; Тиханычев О.В. (tow65@yandex.ru) - 27 Центральный научно-исследовательский институт Минобороны России (старший научный сотрудник), кандидат технических наук; Безвесильная А.А. (a.bezvesilnaia@amchs.ru) - Академия гражданской защиты МЧС России (зав. кафедрой), кандидат педагогических наук; Чискидов С.В. (aleksankov.sergey@gmail.com) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (инженер-исследователь), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье рассмотрены вопросы реализации эффективных алгоритмов управления сложными человеко-машинными системами в современных условиях. Как показывает анализ предметной области, в практике управления все чаще используются алгоритмы, основанные на простых, но надежных методах, использование которых раньше было проблематичным из-за высоких вычислительных затрат. С развитием вычислительной техники, ростом пропускной способности сетей передачи данных и совершенствованием пользовательских интерфейсов практическое использование подобных методов стало возможным. В качестве примера реализации таких алгоритмов рассмотрены методы формирования управляющих воздействий, использующие визуализацию процесса управления с применением технологий виртуальной реальности. Актуальность работы определяется тем, что в условиях управления динамичными пространственно распределенными эргатическими системами существующие методы и технологии управления не всегда обеспечивают требуемую эффективность. В то же время эффективное управление – залог успешного применения любых систем. В статье на основе анализа типового цикла управления и недостатков используемых в настоящее время алгоритмов управления синтезированы предложения по применению моделей, основанных на прямых вычислениях и логических правилах. Как пример рассмотрено использование моделей на основе средств виртуальной реальности для применения визуального алгоритма сведения текущего состояния управляемой системы с требуемым состоянием, рассчитанным для достижения цели. Предложенный алгоритм логически дополняет алгоритмы решения оптимизационных задач и поиска информации, находясь в общем тренде развития алгоритмизации систем поддержки принятия решений в пользу упрощения используемых методов.
Abstract: The article considers the issues of implementing effective control algorithms for complex human-machine systems in modern conditions. The subject area analysis shows that recently, algorithms based on simple but reliable methods are increasingly used in management practice; their use was previously problematic due to high computational costs. The practical use of such methods has become possible due to the computer technology development and the growth of the bandwidth of data transmission networks. As an example of implementing such algorithms, the authors consider the methods for forming control actions using the control process visualization using virtual reality technologies. The relevance of the work is determined by the fact that in the conditions of control of dynamic spatially distributed ergodic systems, existing control methods and technologies do not always provide the required efficiency. At the same time, effective management is the key to the successful application of any systems. Based on the analysis of a typical control cycle and the shortcomings of the currently used control algorithms, the article synthesizes proposals for using models based on direct calculations and exhaustive search methods. As an example, it considers the use of models based on virtual reality tools for applying a visual algorithm reducing the current state of the controlled system to the required state to achieve a goal. The proposed algorithm logically complements the algorithms for solving optimization problems and information retrieval, being in the general trend of the development of algorithmization of decision support systems in favor of simplifying the methods used.
Ключевые слова: повышение эффективности управления, алгоритмическое обеспечение управления, виртуальная реальность, дополненная реальность, поддержка принятия решенийKeywords: management efficiency improvement, algorithmic management support, virtual reality, augmented reality, decision support
Просмотров: 1403
5. Исследование свойств конкурентного двоичного дерева [№3 за 2023 год]
Авторы: Грачев В.Г. (grachev@cps.tver.ru) - НИИ «Центрпрограммсистем» (ведущий научный сотрудник отдела комплексных технических средств обучения), кандидат технических наук; Ушаков А.С. (al.s.ushakov@yandex.ru) - ОАО «НИИЭС» (начальник отдела программно-аппаратных средств и телекоммуникационных систем), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: В разрабатываемом программном обеспечении навигационных тренажеров «Система моделирования морских операций» реализована технология автоматического построения трехмерной модели глобального рельефа на базе алгоритма рекурсивного деления с локально адаптивным управлением детализацией. Алгоритм реализован полностью на графическом адаптере (GPU) и использует возможности массированной параллельной обработки данных в вычислительных шейдерах. Алгоритм рекурсивного деления строится на использовании двоичного дерева, однако классические двоичные деревья, явно описанные с использованием указателей, неприменимы для GPU-реализаций из-за архитектурных особенностей. Для обеспечения возможности параллельного выполнения алгоритма применена специализированная параллельная структура данных – конкурентное двоичное дерево. В статье описаны предпосылки к созданию структуры конкурентного двоичного дерева и рассматриваются этапы его построения от использования неявного двоичного дерева до представления в виде бинарного поля с последующим дополнением его редуцированной суммой листовых узлов. Теоретически обоснован объем оперативной памяти, необходимый для размещения конкурентного двоичного дерева заданной глубины. Выполнен анализ алгоритмической сложности построения конкурентного двоичного дерева и итерации по его листовым узлам. Приведены и проанализированы результаты сравнительных синтетических тестов производительности конкурентного двоичного дерева, выполненные на CPU и GPU, а также результаты его практического применения в системе моделирования морских операций.
Abstract: The navigation simulator software “Marine Operation Simulation System” (MOSS) implements the automatic construction technology for a global terrain 3D-model based on the recursive subdivision algorithm with a locally adaptive level of detail control. The algorithm is entirely implemented on the graphics adapter (GPU) and uses massive parallel data processing in compute shaders. The recursive subdivision algorithm is based on using a binary tree; however, classical binary trees explicitly described using pointers are not applicable to GPU implementations due to architectural features. To ensure the parallel execution of the algorithm, the authors use a specialized parallel data structure that is a concurrent binary tree (CBT). The article describes the prerequisites for creating a CBT structure and considers its construction stages from using an implicit binary tree up to representing a binary tree as a binary field augmented with a reduced sum of leaf nodes. The required RAM amount to accommodate a CBT of a given depth is theoretically substantiated. There is an analysis of the algorithmic complexity of constructing a CBT and iterating over its leaf nodes. The article presents and analyzes the results of comparative synthetic performance tests of a concurrent binary tree performed on a central processing unit (CPU) and GPU, as well as the results of the practical application of CBT in MOSS.
Ключевые слова: конкурентное двоичное дерево, параллельная структура данных, алгоритм рекурсивного деления, оптимизация объема памяти, массированный GPU-параллелизм, система моделирования морских операцийKeywords: concurrent binary tree, parallel data structure, recursive subdivision algorithm, memory optimization, massive GPU parallelism, marine operations simulation system
Просмотров: 1145
6. Метод деформации функционально заданных объектов с применением графических процессоров [№3 за 2023 год]
Авторы: Вяткин С.И. (sivser@mail.ru) - Институт автоматики и электрометрии СО РАН, лаборатория синтезирующих систем визуализации (старший научный сотрудник), кандидат технических наук; Долговесов Б.С. (bsd@iae.nsk.su ) - Институт автоматики и электрометрии СО РАН, лаборатория синтезирующих систем визуализации (зав. лабораторией), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье рассмотрен метод моделирования деформации эластичных функционально заданных объектов. Деформация и анимация трехмерных объектов являются важными функциями, но требуют большого числа вычислений. Моделирование эластичных динамических объектов применяется в приложениях компьютерной графики, биомеханики и робототехники. Целью является разработка метода моделирования деформации эластичных объектов на графическом процессоре. Предметом исследования стали методы Чебышева и Якоби и их использование в проективной динамике. Теоретическая значимость разработки заключается в комбинировании данных методов для решения задач деформации и анимации поверхностей, где проблемой является большое число вычислений. Проективная динамика может быть эффективно ускорена с применением метода Чебышева. Практическая значимость состоит в реализации метода на графическом процессоре. Комбинация метода Чебышева и метода Якоби для проективной динамики оптимально реализуется на графическом процессоре, поскольку вычисления хорошо распараллеливаются. В результате получаем простую реализацию, которая не нуждается в дополнительных библиотеках для решения этой проблемы и имеет небольшую память. Метод не требует повторной факторизации матрицы при каждом изменении системы, используемой при прямом вычислении, но необходимы большие вычислительные затраты. При тестировании предлагаемого метода использованы патчи свободных форм на основе сеток базовых треугольников. Тестирование показывает, что такой подход ускоряет проективную динамику примерно на один порядок, когда на глобальном этапе используется решение Якоби.
Abstract: The article discusses a method of modeling deformation of elastic functionally specified objects. Deformation and animation of three-dimensional objects are important functions, but require a large number of calculations. Modeling elastic dynamic objects is used in computer graphics, biomechanics and robotics applications. The aim of the work is to develop a method for modeling deformation of elastic objects on a graphics processor. The subject of the study is the Chebyshev and Jacobi methods and their use in projective dynamics. The theoretical significance of the work is in the combination of Chebyshev and Jacobi methods for solving problems of deformation and animation of surfaces, where the problem is a large number of calculations. Projective dynamics can be effectively accelerated using the Chebyshev method. The practical significance is in implementing the method on a GPU. The combination of the Chebyshev method and the Jacobi method for projective dynamics is optimally implemented on a GPU, since the calculations are well parallelized. As a result, we get a simple implementation that does not require additional libraries to solve this problem and has a small memory. The method does not need to refactorize the matrix with each system change, which is used in direct calculation, and requires large computational costs. When testing the proposed method, we used free form patches based on grids of basic triangles. Testing shows that this approach accelerates the projective dynamics by about one order of magnitude when the Jacobi solution is used at the global stage.
Ключевые слова: анимация, деформация, патч свободной формы, метод Якоби, метод Чебышева, проективная динамика, параллельные вычисления, графический процессорKeywords: animation, deformation, free-form patch, Jacobi method, Chebyshev method, projective dynamics, parallel computing, graphic processor
Просмотров: 1447
7. Компенсация разных типов неопределенностей при управлении техническим объектом с помощью интеллектуальных регуляторов [№3 за 2023 год]
Авторы: Игнатьев В.В. (vova3286@mail.ru) - Южный федеральный университет (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье приводятся результаты исследований по разработке гибридных интеллектуальных регуляторов, позволяющих обеспечить эффективность управления техническим объектом, в том числе функционирующим в условиях неопределенности. Рассмотрены вопросы компенсации разных типов неопределенностей при управлении техническим объектом с применением интеллектуальных регуляторов. Дана обобщенная классификация неопределенностей и предложена новая с определением тех ее видов, компенсация которых достигается с помощью разработанных методов и алгоритмов. Такими видами неопределенностей являются параметрическая неопределенность, неопределенности, вызванные внешними воздействиями, лингвистическая неопределенность. Отдельно вы-делена лингвистическая неопределенность, приведены способы ее компенсации, основанные на подходе управления, который базируется на сочетании классической теории управления, нечеткой логики, нейросетевых технологий и генетических алгоритмов. В рамках демонстрации подхода в общем виде описан весь процесс получения желаемого управления для технического объекта, в том числе функционирующего в условиях неопределенности. Представ-лены результаты работы созданных методов управления техническими объектами с применением интеллектуальных регуляторов на основе самоорганизации баз знаний. Основу методов составляет алгоритм самоорганизации робастных баз знаний без привлечения эксперта с автоматизацией процесса генерации управляющих правил. Реализация алгоритма в моделях управления способствует получению желаемого управления для технических объектов, включая функционирующие в условиях неопределенности, представленных линейными или нелинейными математическими моделями первого, второго и третьего порядков, в том числе с запаздыванием. Результаты моделирования подтверждают, что применение подхода с гибридным управлением позволяет получать желаемое управление техническим объектом, в том числе функционирующим в условиях неопределенности.
Abstract: The article presents the research results on the development of hybrid intelligent controllers, which make it possible to ensure the effectiveness of the technical object control, including one functioning under uncertainty. The article is devoted to the issues of compensation of various types of uncertainties in controlling a technical object using intelligent controllers. It also gives a generalized classification of uncertainties and proposes a new classification with the definition of its types that are compensated using the developed methods and algorithms. The uncertainty types are parametric uncertainty, uncertain-ties caused by external influences, linguistic uncertainty. The author highlights linguistic uncertainty and gives methods for its compensation based on a control approach based on a combination of a classical control theory, fuzzy logic, neural network technologies and genetic algorithms. As a part of the demonstration of the approach, the author presents a general description of the entire process of obtaining the desired control for a technical object, including the one operating under conditions of uncertainty. The paper demonstrates the results of the work of the developed methods for controlling technical objects using intelligent controllers based on self-organization of knowledge bases. The basis of the methods is a self-organization algorithm of robust knowledge bases without involving an expert and automating the process of generating control rules. The implementation of these algorithms in control models makes it possible to obtain the desired control for technical objects including those functioning under uncertainty represented by linear or nonlinear mathematical models of the first, second, third order, including the ones with a delay. The presented simulation results confirm that the implementation of the hybrid control approach allows obtaining the desired control of a technical object including the one functioning under uncertainty.
Ключевые слова: управление, технический объект, интеллектуальный регулятор, синтез, обучение, компенсация неопределенностиKeywords: control management, technical object, intelligent controller, synthesis, the training, uncertainty compensation
Просмотров: 1531
8. Контроль подключений USB-устройств в локальной вычислительной сети компьютеров под управлением Astra Linux SE [№3 за 2023 год]
Авторы: Баранов А.В. (antbar@mail.ru, abaranov@jscc.ru ) - Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН (доцент, ведущий научный сотрудник), кандидат технических наук; Корепанов П.М. (kpm@jscc.ru) - Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН (начальник сектора информационной безопасности); Лепешев И.А. (rin.l@yandex.ru) - Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН (стажер-исследователь);
Аннотация: Рост требований к информационной безопасности, а также тенденция к импортозамещению в области системного ПО обусловили широкое распространение инфраструктурных решений, построенных на базе отечественной операционной системы Astra Linux Special Edition (Astra Linux SE). Применение Astra Linux SE позволяет строить защищенные программно-аппаратные системы для обработки информации ограниченного доступа, в том числе в научных суперкомпьютерных центрах. При этом одним из важнейших аспектов обеспечения информационной безопасности является контроль подключения USB-устройств к компьютерам в локальной вычислительной сети. Анализ доступных современных источников показывает, что готовых комплексных решений, работающих в среде Astra Linux SE, в настоящее время не существует. В статье рассмотрен возможный технологический стек подобного решения, включающий, помимо Astra Linux SE, систему организации очередей сообщений RabbitMQ, микрофреймворк для разработки web-приложений Flask, СУБД PostgreSQL, а также средство выявления подключений USB-устройств USBRip. Рассмотрена предложенная на базе технологического стека модульная структура программной системы аудита подключений USB-устройств, включающая модули сбора информации о USB-подключениях на контролируемых компьютерах, модуль агрегации собранной информации на серверной стороне и модуль проверки легитимности выявленных подключений USB-устройств к контролируемым компьютерам под управлением Astra Linux SE. Предложенные структура и технологический стек реализованы в виде макета программной системы, получившей название ALUMNUS. Макет был развернут и прошел опытную эксплуатацию в защищенном сегменте суперкомпьютера МВС-10П ОП, установленном в Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН.
Abstract: The constant growth of information security requirements, as well as a major trend towards import replacement in the system software, have led to the widespread use of infrastructure solutions based on the domestic Astra Linux Special Edition (SE) operating system. Astra Linux makes it possible to build secure computing systems including supercomputers for processing confidentional information. At the same time, the audit of connecting USB devices to computers is one of the most important problems of ensuring information security. An analysis of the existing open access works shows the lack of turnkey solutions working in the Astra Linux SE environment. The article discusses a possible technological stack of such solution. The technological stack includes besides Astra Linux the RabbitMQ message-broker sofware, the Flask micro web framework, the PostgreSQL database, and the USBRip forensics tool for keeping track of USB event history on Linux machines. The proposed modular structure of the software USB connections audit system is considered. It includes the modules for collecting USB connections artifacts on controlled computers, the collected information aggregation module, and the module for checking the USB device connection permissions. The proposed structure and technological stack were implemented as a prototype of the software system called ALUMNUS. The prototype was deployed and tested in the secure segment of the MVS-10P OP supercomputer installed at the Joint Supercomputer Center of the Russian Academy of Sciences.
Ключевые слова: суперкомпьютерный центр, информационная безопасность, Astra Linux SE, контроль USB-подключенийKeywords: supercomputer center, infosecurity, Astra Linux SE, USB connection control
Просмотров: 1779
9. Организация адаптивной маршрутизации данных в электроэнергетических комплексах с использованием онтологических нечетких классификаторов [№3 за 2023 год]
Авторы: Федулов А.С. (director@sbmpei.ru) - Филиал Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске (директор, зав. кафедрой вычислительной техники), доктор технических наук; Лазарев А.И. (anonymous.prodject@gmail.com) - Филиал Национального исследовательского университета «МЭИ» в г. Смоленске (старший лаборант);
Аннотация: В работе рассматриваются теоретические аспекты применения методов машинного обучения, в частности, адаптация глубоких моделей к управлению сетевыми топологиями TCP/IP электроэнергетических комплексов. Предметом исследования является подход к организации централизованного управления сегментами сети в рассматриваемой сфере. Изучение процессов взаимодействия субъектов электроэнергетических подразделений на основе разработанных онтологических моделей позволило выявить основные свойства полиформатных данных, которые могут быть уязвимыми при эксплуатации. Практическая значимость исследования заключается в создании многомодульной структуры отслеживания, классификации и прогнозировании изменений в потребляемом трафике, за счет которой возможно повышение эффективности функционирования сложных сетевых корпоративных структур. Проведено тестирование существующих алгоритмов получения хеш-функций. Его результаты позволили сделать вывод о целесообразности применения базового алгоритма шифрования BLAKE3 в качестве основного механизма верификации подлинности клиентов в сравнении с алгоритмами SHA-384, SHA-512, SHA-224, MD5. Показана реализация алгоритма нечеткого посимвольного сравнения в качестве модуля принятия решений, что подтверждает актуальность предлагаемого подхода при работе с нечеткими структурами данных. В качестве основного решения указанных проблем предложен подход к гибкому управлению сегментом электроэнергетических установок, представляемых комплексом генерирующих, электросетевых, энергосбытовых и других компаний. Основным результатом предлагаемого решения является централизованный анализ возможных изменений с учетом адаптации к сетевым нагрузкам на основе выделенных онтологических переменных. При реализации данного подхода возможна совместимость с существующими аппаратными сетевыми устройствами за счет уникальной архитектуры построенной топологии.
Abstract: The paper discusses the theoretical aspects of the machine learning application methods, in particular, the adaptation of deep models to the TCP/IP network topologies management in electric power complexes. The subject of the research in the paper is the author's approach to the organization of centralized network segments management in the field under consideration. The study of the interaction subjects in electric power units processes on the basis of the developed ontological models allowed to identify the main properties of multiformat data that may represent vulnerabilities for exploiting vulnerabilities. The practical significance of the research is represented by the development of a multi-module structure for tracking, classifying and predicting changes in consumed traffic, due to which it is possible to increase the efficiency of complex corporate network structures. Practical testing of existing algorithms for obtaining hash functions was carried out - the results allowed to conclude that it is advisable to use the basic BLAKE3 encryption algorithm as the main mechanism for verifying the authenticity of clients in comparison with the SHA-384, SHA-512, SHA-224, MD5 algorithms. The analytical implementation of the fuzzy character-by-character comparison algorithm as a decision-making module is given - this also allowed to confirm the relevance of the proposed approach when working with fuzzy data structures. As the main solution to these problems, an implemented approach to flexible management of the electric power plants segment represented by a complex of generating, electric grid, power supply and other companies is proposed. The main result of the proposed solution is the possible changes centralized analysis approach, taking into account adaptation to network loads based on selected ontological variables. Additional features in the implementation of this approach are compatibility with existing hardware network devices due to the unique architecture of the topology built.
Ключевые слова: электроэнергетические комплексы, онтологические модели, классификация данных, принятие решений, нечеткая логика, обеспечение безопасности, глубокое обучениеKeywords: electric power systems, ontological models, data classification, decision making, fuzzy logic, security, deep learning
Просмотров: 1505
10. Архитектура системы поддержки принятия решений в процессе мониторинга технического состояния критического оборудования [№3 за 2023 год]
Авторы: Емельянов В.А. (v.yemelyanov@gmail.com) - Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации (профессор), доктор технических наук; Черный С.Г. (sergiiblack@gmail.com) - Керченский государственный морской технологический университет (доцент), кандидат технических наук; Емельянова Н.Ю. (n.yemelianova@gmail.com) - Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: В работе решается прикладная задача совершенствования существующей системы диагностики критического футерованного оборудования без его вывода из эксплуатации. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения уровня автоматизации и объективности принятия решений при эксплуатации этого оборудования для предотвращения аварийных ситуаций на производстве. Целью являются проектирование архитектуры и разработка системы поддержки принятия решений в процессе мониторинга технического состояния критического футерованного оборудования. Для высокоуровневого проектирования архитектуры данной системы использован язык моделирования архитектуры ArchiMate. Для проектирования статической структуры системы в виде основных сущностей, реализующих функционал системы по поддержке принятия решений о допустимости использования критического футерованного оборудования, применены объектно-ориентированный подход (включая объектно-ориентированный анализ, объектно-ориентированное проектирование и программирование) и унифицированный язык моделирования UML. В ходе работы построена модель верхнеуровневой архитектуры системы поддержки принятия решений при мониторинге технического состояния критического футерованного оборудования. Выполнен анализ функционала, проведено объектно-ориентированное проектирование статической структуры системы поддержки принятия решений. Разработано ПО системы поддержки принятия решений в процессе мониторинга технического состояния критического футерованного оборудования, позволяющее генерировать рекомендации относительно режимов его эксплуатации и осуществлять профилактическую диагностику данного оборудования. Разработанное ПО протестировано в условиях металлургического производства в технологическом процессе диагностики передвижных миксеров ПМ350 на Алчевском металлургическом комбинате.
Abstract: The paper solves an applied problem of improving the existing system for diagnosing critical lined equipment without its decommissioning. The relevance of the work is due to the need to increase the level of automation and objectivity of decision-making during operation of critical lined equipment to prevent accidents in production. The purpose of the study is designing the architecture of a decision support system for monitoring the technical condition of critical lined equipment. As for research methods, for high-level architecture design of the decision support system in the process of monitoring the technical condition of critical lined equipment, we used the architecture modeling language ArchiMate. An object-oriented approach (including object-oriented analysis, object-oriented design and programming) and the unified modelling language UML were used to design the static system structure in the form of the main entities that are responsible for implementing the system functionality to support decision making on the admissibility of using critical lined equipment. As a result, there is a developed model of the top-level architecture of the decision support system for monitoring the technical condition of critical lined equipment. The developed software for a decision support system for monitoring the technical condition of critical lined equipment makes it possible to generate recommendations regarding the operating modes of critical lined equipment. The developed software was tested in the conditions of metallurgical production in the technological process of diagnosing mobile mixers PM350 at the Alchevsk Iron and Steel Works.
Ключевые слова: система поддержки принятия решений, архитектура, объектная модель, по, футерованное оборудованиеKeywords: decision support system, architecture, object model, software, lined equipment
Просмотров: 1394
| 1 | 2 | Следующая → ►
