Использование защищенных компьютерных систем

Фундаментальные проблемы 
Политические вопросы 
Когда какая-то технология становится неотъемлемой частью жизни общества, то общество начинает принимать большее участие в ее развитии и управлении ею. Так было с железными дорогами, телеграфной и телефонной связью, телевидением, энергетикой и т. п. Сегодня общество только начинает уделять внимание тому факту, что оно в значительной степени зависит от компьютеров. 
Мы вступаем в эру конфликта между предпринимательской энергией, порождающей новшества, и потребностью общества осуществлять регулирование критического ресурса невзирая на риск подавления конкуренции и изобретательности. Это осложняется тем фактом, что социальные нормы и связанные с ними правовые модели меняются медленнее, чем технологии. ИТ-индустрия должна найти подходящее равновесие между потребностью в регулирующей системе и собственными стремлениями как отрасли, сформировавшейся без регулирования и опирающейся на стандарты де-факто. 
Многие современные проблемы надежности инфраструктуры — это на самом деле политический вопрос. Недавний энергетический кризис в штате Калифорния во многом был вызван плохо проведенной приватизацией. Малая зона покрытия и плохое обслуживание у операторов сотовой связи в США частично обусловлены директивой Федеральной комиссии США по связи (Federal Communications Commission, FCC) не предоставлять общефедеральных лицензий. Вопросы политики часто выходят за границы государств, как мы видим на примере борьбы за введение глобальных стандартов для технологий мобильной связи третьего поколения.  
Существующие пользователи эфира (часто это военные) в разных странах занимают разные полосы частот и отказываются их освобождать, затрудняя отыскание единого диапазона в мировом масштабе.

Сложность обработки данных 
Мы являемся свидетелями появления сверхкрупных компьютерных систем, построенных на основе слабых связей между службами, машинами и прикладными программами. Неожиданные (и самые разные) проявления в работе таких систем представляют собой все большую, долгосрочную угрозу. 
Архитектура, основанная на разнообразии, устойчива, но при этом функционирует на грани хаоса. Это справедливо для всех сверхкрупных систем, начиная от природных, например погодных условий, до созданных человеком, например рынков и единой энергосистемы. Все ранее созданные нами сверхкрупные системы — энергосистема, телефонные сети — проявляли внезапное непредсказуемое поведение.  
Вот почему в 1965 году отказала энергосистема, и было обесточено все восточное побережье Соединенных Штатов, и вот почему время от времени целые города отключаются от телефонной сети, стоит кому-нибудь установить программное исправление на единственном коммутаторе. Дело в том, что сложность системы превзошла способность любого отдельного человека — и любой отдельной организации — понимать все ее взаимосвязи. 
Сегодня существуют чрезвычайно защищенные и безопасные компьютерные системы, но по большей части это отдельные системы специального назначения, которые тщательно проектируются и затем работают изолированно. Мы на самом деле не знаем, что случится, если мы динамически свяжем друг с другом миллиарды — а возможно, и триллионы — интеллектуальных и зависящих друг от друга устройств, обладающих архитектурой и программным обеспечением множества разных типов и поколений. 
С ростом мощности компьютеров — как в отношении объема хранимых данных, так и в отношении скорости вычислений — соответственно возрастают абсолютный размер и сложность программного обеспечения. Это проявляется во многом, начиная от того, как вы администрируете эти машины, и заканчивая тем, как вы узнаете, что они сломались, как вы их ремонтируете и как вы расширяете их возможности. Все эти моменты в конечном итоге влияют на то, воспринимают ли люди такую систему как защищенную. 
Избыточность аппаратных средств 
У нас пока нет действительно хороших экономичных и широко используемых механизмов создания сверхнадежных аппаратных средств. Тем не менее, при сохранении существующих темпов развития, возможно, когда-нибудь самым обычным явлением станет кристалл, на котором будет находиться свыше 200 млн транзисторов. В какой-то момент окажется целесообразным организовать их в четыре параллельные системы, которые будут избыточны, а значит, более устойчивы к сбоям. Возможно, себестоимость подобной избыточности в отдельном компоненте окажется приемлемой. Подобным же образом производитель компьютеров или конечный пользователь могут решить, что необходимо установить два жестких диска меньшего объема для дублирования данных, значительно повысив тем самым стойкость системы на случай выхода диска из строя. 
Возможно, скоро у нас появятся новые архитектурные подходы к живучести компьютерных систем, но в ее основе всегда лежит избыточность. А значит, за эту избыточность придется платить. Поэтому людям фактически придется снова решать: сэкономить ли деньги, но потенциально столкнуться с большим числом отказов? Либо потратить больше денег, повысить сложность системы и ее администрирование, чтобы решить соответствующие вопросы безопасности, конфиденциальности и технологической достаточности, тем самым устранив проблемы?

Межмашинные процессы 
Отличительная черта использования веб-сервисов — вычисления на периферии сети. Приложения peer-to-peer станут правилом, и данные будут обрабатываться и храниться распределенным образом. Администрирование подобной системы потребует сложных межмашинных процессов. Данные будут содержать собственное описание. Машины будут слабосвязанными, самонастраивающимися и самоорганизующимися. Они будут сами себя администрировать, чтобы соответствовать централизованно заданным политикам. 
Веб-приложения предстоит проектировать с учетом работы в асинхронном мире. Персональный компьютер знает, где находятся его периферийные устройства, поскольку необходимые связи уже заданы (пользователем или программным обеспечением) в какой-то момент в прошлом. Если что-то нарушает эту синхронность, программы иногда просто зависают. Улучшенная поддержка устройств plug-and-play в Windows XP, а также архитектуры «горячего подключения» типа USB и IEEE 1394 прокладывают путь к подлинно «асинхронному» ПК, но такого рода зависимости временами еще встречаются. 
В интернете, однако, устройства появляются и исчезают, и время отклика меняется в широких пределах. Устойчивым веб-системам требуется динамическое обнаружение и автоматическая настройка. Если вы принимаете идею о том, что все является асинхронным и слабосвязанным, вы получаете еще больше возможностей для отказов. Для каждого потенциального взаимодействия вы должны держать в уме возможность, что на самом деле его не произойдет, поскольку интернет — это всего лишь система с «максимальными усилиями»: если вы щелкаете ссылку и ничего не получаете, то вы щелкаете снова. Поэтому все компьютерные системы необходимо перепроектировать с учетом восстановления при сбоях в ходе взаимодействий.

Идентификация личности пользователя 
В связи с проблемой создания защищенных информационных систем иногда поднимаются вопросы, касающиеся идентификации личности пользователя. Идентификация личности не фигурирует в модели в явном виде, поскольку пользователь не ожидает, что компьютерная система будет ее определять. Тем не менее, личность пользователя — это ключевое понятие, в соответствии с которым предоставляются те или иные услуги. Идентификация личности (проверка подлинности клиента, аутентификация) должна быть устойчива к взлому, чтобы можно было с большей надежностью предпринимать действия на основе полученной информации о пользователе (проверка полномочий, авторизация). Поэтому пользователи ожидают, что их персональные данные будут защищены от нежелательного использования. 
Описать, что такое личность, сложно в принципе, но это особенно сложно в электронной среде. Мы используем рабочее определение, что личность представляет собой совокупность неизменных составляющих из числа отличительных характеристик, по которым человек (или предмет) может быть узнан или которыми он известен. Личность — понятие расплывчатое и контекстно-зависимое, поскольку эти «обрывки»-составляющие находятся в самых разных местах в электронной, физической и эмоциональной форме. Какая-то часть личности «принадлежит» пользователю, но в значительной степени личность «определяется» другими людьми, будь то юридически (государством или компаниями) или в порядке неформального узнавания в обществе. 
В проблему идентификации личности упираются многие элементы защищенности информационных систем. Пользователи беспокоятся о компьютерной конфиденциальности частично из-за того, что они понимают, что казалось бы несвязанные составляющие их личности могут легче быть собраны в одно целое, когда фрагменты находятся в электронном виде. Лучшее свидетельство тому — растущая в обществе боязнь мошенничества с кредитными картами и «кражи личностей», поскольку операции в Интернете более прозрачны и анонимны по сравнению с офлайновыми операциями, хотя оба эти преступления столь же возможны в физическом мире. Пользователи ожидают, что их персональная информация, включая составляющие их личности, не будет раскрываться без особого на то разрешения.

Люди 
Управлять очень крупными компьютерными сетями уже непросто и со временем становится лишь сложнее. Масштабность трудностей маскируется тем, что пока мы, как правило, нанимаем для этого специалистов. Недостатки машин, сетей, методов управления, инструментов и самих приложений часто смягчаются талантливыми системными администраторами, напряженная работа которых в какой-то степени компенсирует тот факт, что компоненты систем не всегда функционируют так, как ожидается или как хотелось бы. 
Многие системные сбои, привлекающие много внимания, происходят из-за сложности систем. Люди допускают ошибку в администрировании, не устанавливают пакет исправлений или неправильно настраивают брандмауэр, и простой сбой превращается в катастрофу. Существует очень сильная зависимость от операторов-людей, которые должны делать то, что нужно, изо дня в день. 
Знающих администраторов уже не хватает, и мы продолжаем сдавать позиции. Хуже того, потребности в администрировании выходят за рамки сферы деятельности профессиональных ИТ-менеджеров. С одной стороны, мы пришли к ситуации, когда даже лучшим операторам приходится трудно: системы меняются слишком быстро, чтобы люди успевали с этим разобраться. С другой стороны, массовое распространение компьютеров в конце концов породит необслуживаемые системы, которые люди будут носить с собой или держать в машине или дома. 
Поэтому нам нужно предоставить людям более простые возможности, которые обеспечат надлежащее функционирование системы при минимальном вмешательстве человека. Мы должны стремиться к ситуации, когда люди, принимающие решения, смогут задать политику и распространить ее на тысячи машин, не прилагая при этом существенных усилий по написанию программ, переключению рычагов или нажатию кнопок на администраторских пультах. 
ИТ-индустрия может подойти к проблеме различными путями. Может быть, на самом деле следует совершенно иначе писать программы? Необходимы ли в принципе системные администраторы? Или нам следует разрабатывать машины, которые смогут администрировать другие машины без постоянного вмешательства человека?

Средства программирования 
При каждом из этих подходов требуются новые виды программного обеспечения. По мере того, как абсолютное число машин и их сложность растет, процесс администрирования начинает сталкиваться с проблемой нехватки обученных людей и их возможностей. 
Поэтому сообществу разработчиков средств программирования необходимо задуматься о создании более подходящих способов написания программ. Людям, традиционно размышляющим над тем, как управлять компьютерами, предстоит подумать о том, как расширить возможности компьютеров по самоорганизации и самоуправлению. 
Нам нужно продолжать совершенствование средств программирования, потому что сегодня программирование слишком подвержено ошибкам. Однако существующие средства не обеспечивают адекватной поддержки, поскольку остается ряд уровней абстракции, требующих непосредственного управления. Другими словами, проектировщику приходится не только учитывать архитектуру системы и вопросы платформ и библиотек, но также и все остальное — от производительности, локализации и удобства сопровождения до структур данных, многопоточности и управления памятью. Слабо поддерживается параллельное программирование: большинство управляющих конструкций строятся последовательно, и весь процесс также носит последовательный характер.  
И это только на стадии разработки; на этапе развертывания становится все труднее проверять сложные взаимодействия систем, версий и широкого спектра операционных сред. Кроме того, все большее распространение получают инструменты, предлагающие усовершенствованные функции разработки более широким слоям пользователей, но не помогающие новичкам и неопытным пользователям писать хороший код.  
Есть также вопросы из области долгосрочного функционирования: например, инструменты не поддерживают выход технологий из употребления или изменение тенденций, касающихся возможностей устройств, объемов хранения, скорости и т. п. Подумайте о колоссальных усилиях, затраченных на Проблему-2000 из-за того, что программисты 60-х и 70-х годов не ожидали, что их код все еще будет использоваться на машинах, намного превосходящих возможности машин того времени.

Функциональная совместимость 
Рост интернета продемонстрировал, что стандартные технологии — от TCP/IP до HTTP — необходимый элемент для создания крупномасштабных, многоцелевых компьютерных систем, способных приносить людям пользу и завоевывать их внимание. (Подобные же стандарты, введенные техническими средствами или посредством регулирования, или тем и другим способом одновременно, принесли успех и многим другим технологиям — от железных дорог до телевидения.) Очевидно и неизбежно, что функционально совместимые системы еще долгое время будут направлять развитие индустрии высоких технологий. 
Однако функциональная совместимость ставит перед ИТ-индустрией уникальный ряд проблем с точки зрения технологий, регулирующих норм и практики бизнеса. Существующие «защищенные» информационные системы, например, сеть управления воздушным движением, очень сложны и в большой степени зависят друг от друга, но в то же время они разработаны для специальных задач, редко модифицируются и строго контролируются из единого центра. Остается открытым вопрос, может ли распределенная, гибкая и динамическая компьютерная система с нефиксированной организацией — построенная на функционально совместимых технологиях — когда-либо достичь такого же уровня безотказности и защищенности. 
Функциональная совместимость также ставит определенную проблему с точки зрения ответственности и доверия, поскольку все труднее найти того, кто отвечает за недостатки. Если в сегодняшнем Интернете — построенном на принципах децентрализации и коллективного управления — произойдет какой-то массированный сбой, кто будет нести ответственность за это? Одна из важных причин, по которым люди не склонны доверять интернету, состоит в том, что они не могут с легкостью определить, кто отвечает за его недостатки: кого вы будете винить за катастрофическое нарушение работы сети или за крах системы доменных имен? Если мы хотим создать и использовать полностью функционально совместимую (и взаимозависимую) систему, которой люди смогут доверять, мы должны ясно определиться, кто за что отвечает.

Концептуальные модели 
Что касается защищенных информационных систем, мы сталкиваемся с фундаментальной проблемой: информатике недостает теоретических основ. Компьютерная безопасность — сама по себе лишь один из компонентов защищенной информационной системы — как правило, рассматривается как подраздел безопасности коммуникаций, которая основана на криптографии. Криптография имеет прочную математическую основу, но явно не подходит для решения проблем защищенных информационных систем. Как заметил один из разработчиков корпорации Microsoft Джим Каджийя (Jim Kajiya): «Это все равно, как если бы мы строили паровые двигатели, не понимая основ термодинамики».  
Компьютерное научное сообщество пока не нашло альтернативного подхода; мы застряли на криптографии. Возможно, исследования в области вычислительной комбинаторики или какой-то другой информационной теории, изучающей фундаментальную природу передачи информации, или исследования в области компьютерных взаимодействий могли бы в конечном итоге частично предоставить нам такую альтернативу. Но сегодня это всего лишь предположения. 
Компьютерная система защищена лишь настолько, насколько защищено ее самое слабое звено. И слишком часто слабым звеном оказывается человек: проектировщик, создающий плохое решение под напором сложности, администратор, неправильно настроивший систему, бизнесмен, предпочитающий предложить новые функции в ущерб надежности, или техник службы сопровождения, ставший жертвой мошенников, использующих «социальную инженерию». Взаимосвязь информационных технологий и социологии станет важной сферой для исследований в области защищенных информационных систем. До сих пор взаимообмен между этими областями едва ли имел место.

Итоги 
- Реализация концепции «Защищенных информационных систем» необходима не только для благополучия ИТ-индустрии, но и для нашей экономики и общества в целом. 
- Защищенные информационные системы — это многосторонний комплекс вопросов. Все вместе они подчинены трем целям: безопасности, безотказности и деловой добросовестности. Каждая из этих целей заслуживает внимания. 
- Хотя существует работа, которую важно выполнить в короткие сроки, остаются и сложные проблемы, требующие фундаментальных исследований и сдвигов в области высоких технологий. 
- Производители оборудования и программного обеспечения, а также учебные и государственные исследовательские институты должны совместно взяться за решение этих проблем