3345
.pdfколлективов) и использованием разнородных средств, ресурс которых ограничен. То есть цель является той «точкой вмешательства» в сложившуюся предметную деятельность, реализация которой приведет к повышению качества этой деятельности.
Тем самым формулируется наметка целенаправленности системы в виде макроописания, то есть предположения о пути реализации намеченной цели. На его основе определяется предметная граница системы. В содержание границы системы должны войти три составляющие (см рис.4.1): вид используемых элементов (объектов); их оцениваемые (рассматриваемые) свойства; критериальные положения достаточности, сигнализирующие о выполнимости (достижимости) цели.
Все эти составляющие проверяются на принадлежность к системе по критерию существенности (то есть силы) взаимосвязи с содержанием выполняемой цели, ибо вся система, все ее элементы работают на единую цель. Что на цель оказывает слабое (несущественное) влияние – в состав системы не входит.
Указанные составляющие детализируются по дополнительным свойствам, определяя тем самым три связанных описания системы: описание состава – морфологическое; описание функционирования – функциональное; описание (систематизация) приближений, допущений и ошибок.
На основе этих описаний разрабатывается математическая модель системы, используемая для оценивания ее эффективности – уровня приближения полученного результата и поставленной цели и оптимизации свойств системы и ее элементов.
Однако, не все так просто. Сложность определяется тем, что каждая вновь создаваемая система – вытягиваемая из реальности или проектируемая вновь, является уникальной, то есть системному аналитику «встречается» впервые. Не имея вначале ясного представления о сущности системы аналитик начинает «путаться», ибо в рассматриваемой предметной области располагается множество систем.
Это множество включает следующие «элементы»: цель формулируется расплывчато и соответствует нескольким системам (человек неточно знает, что он хочет); система «двоится» ибо со-
231
стоит из реальности и представлений человека о ней; определяющие систему описания четко не разделяются; оптимизируемая по качеству система выбирается из множества сходных, составляющих определяющий системный комплекс, включающий «все системы». Не имеющий четкого представления разум системного аналитика «мечется» среди этих «систем», определяя мучительную трудность процедуры синтеза истинной системы. Нейтрализуется эта проектная сложность многоходовой итеративной процедурой возвращения «от конца к началу».
Сущность неопределенности, преодолеваемой системным аналитиком, хорошо показал Э.Квейд из фирмы РЭНД: «можно сравнить с проблемой хозяина скаковой конюшни, который хочет выиграть скачки через несколько лет на еще не построенном ипподроме и с помощью еще не родившихся лошадей. Положение ухудшается тем, что правила испытания будут заменены другими, длина дорожки изменится, а вместо лошадей побегут гончие соба-
ки» (с.461).
Но отображение в облике системы требований к системе не является столь простым. «Если бы желания (то есть цели) были конями, то каждый бедняк скакал бы верхом». Если бы нам всегда удавалось найти такую внутреннюю систему, которая принимала бы форму, соответствующую поставленной задаче (цели – Ю.Б.), тогда понятия «создавать» и «хотеть» были бы синонимами. Чаще всего поведение системы лишь частично отвечает поставленной цели. Основная причина – незнание всей сущности путей достижения целей и неумение их конкретно и адекватно обосновывать. Для исключения этого строят математические модели систем и, используя их (то есть, получая по ним результаты) как инструмент приобретения недостающего знания, постепенно уменьшают неопределенность, доводя облик системы до нужного (приемлемого) качества. Поэтому математическое моделирование в системном синтезе играет исключительную роль, с которой следует ознакомиться.
Примененные для достижения цели системы средства должны быть оценены по результативности. Категория, которая определяет результат применения средств, называется эффективностью
232
применения этих средств. Для определения эффективности должны использоваться определенные инструменты, составляющие:
физический эксперимент;
вычислительный эксперимент.
О значении эффективности при этом судят по значению некоторой выбранной количественной величины – показателю эффективности, значения которой измеряют в ходе указанных экспериментов.
Физический эксперимент, как наиболее объективный, в большинстве случаев в жизни из-за сложности оцениваемых ситуаций и опасных побочных эффектов не может быть основным методом оценивания эффективности. Следовательно, используют другую разновидность – вычислительный эксперимент. Сущность вычислительного эксперимента состоит в следующем: исследуемые закономерности по эффективности оцениваемых ситуаций представляются в виде математических зависимостей (в виде так называемых математических моделей). На их основе разрабатывается алгоритм работы компьютера, на основании алгоритма с использованием выбранного языка программирования высокого уровня разрабатывается программа, которая вводится в компьютер, который выдает результаты оценки эффективности при исходных данных, заданных оценщиком. Это не всѐ так просто.
Поэтому рассмотрим сущность математического моделирования при решении задач защиты информации чуть подробнее. Математическое моделирование – метод исследования неизвестных явлений путем разработки математической модели изучаемого явления. Под математической моделью понимается основная сущность явления, записанная математическими зависимостями. Под основной сущностью изучаемого явления понимается тот основной вопрос, который вытекает из поставленной цели исследования.
Математическая модель исследования ситуации создается в следующей последовательности: разрабатывается содержательное описание ситуации, создается формализованная схема ситуации, она записывается на языке математических формул, следовательно, создается математическая модель. Они бывают аналитические,
233
численные и имитационные.
Применительно к защите информации и оцениванию ее эффективности создаются в первую очередь математические модели тракта утечки информации. То есть создаѐтся модель той среды, через устройство которой происходит утечка информации от источника к злоумышленнику. Величиной, определяющей количество утраченной (через тракт) информации, и является показатель эффективности системы защиты информации.
4.2. Понятие системы, классификация систем
«Занимаюсь электричеством всю жизнь, но что это такое – поостерегусь определять».
Академик Вологдин В.П.
Термин «система» используется для обозначения обширного класса явлений. Мы говорим, например, о философских системах, системах чисел, системах связи, системах управления, системах образования, системах оружия. Некоторые из них являются концептуальными (понятийными) конструкциями, другие – физическими сущностями.
Широта использования термина не позволяет дать точного определения системы. Первоначально, в широком смысле и не очень точно, систему можно определить как любую сущность, концептуальную или физическую, которая состоит из взаимозависимых частей. В этом определении нет главного, что система обладает поведением – стремлением к достижению цели, являющимся предметом управления со стороны людей. Почему именно управлением?
Согласованное движение «многих» к единой цели может быть только упорядоченным. А это и есть управление, ибо упорядоченность движения всех можно обеспечить, только зная состояние всех и зная направление (цель), к чему необходимо стремиться.
234
Указанное упорядочение в системе реализуется распределенным по многим ее свойствам. То есть там нет чѐткой грани «управляемое – не управляемое». В системе в той или иной степени все управляемо: по составу элементов, по их свойствам, по функционированию элементов и по их поведению, то есть по изменению свойств в ходе функционирования.
Однако существуют вещи, которые не подвластны системному управлению. Их, как правило, выводят в состав внешней среды системы, то есть в совокупность характеристик, которые оказывают влияние на эффективность (управляемость) системы, но управлению (изменению, выбору) не подвластны. К ним относятся, например, географические и метеорологические условия, действия соперников и т.д.
В итоге систему формально можно представить функцией двух векторов переменных
ЭфS = F(X,Y),
где Х – вектор управляемых переменных; Y – вектор неуправляемых переменных;
ЭфS – показатель эффективности системы S, фиксирующий степень приближения результата функционирования системы к поставленной цели;
F – функционал, связывающий указанные переменные по объективным (или дозированно-приближенным) закономерностям. Указанный функционал, являясь математической моделью системы, полностью определяет состояния и поведение системы, то есть изменение ее состояний.
Для создания математической модели системы необходимы следующие ее более детальные описания: описание способа достижения цели системы имеющимися средствами (макроописание); описание состава системы (морфологическое); описание функционирования (функциональное); описание (систематизация) приближений, допущений и ошибок.
На основе этих описаний составляются математические модели трех видов:
общесистемная модель М1, определяющая роль и место системы в надсистеме;
235
системная модель М2, определяющая особенности системы (статическая, динамическая, конфликтная, неконфликтная);
конструктивная модель М3 – модель оценивания эффективности системы по совокупности показателей, позволяющих оценить степень приближения результата функционирования системы к поставленной цели. Взаимосвязь перечисленных элементов системного представления реальности показана на рис. 4.2.
Указанные описания применительно к сложным и большим системам являются очень сложными. Их «в упор» не рассмотришь (студ.). Чтобы сделать их операционными и наглядными, используют два основных приема.
1.Разбивают систему на совокупность более мелких частей – подсистем. Каждая подсистема в свою очередь разделяется на совокупность неделимых (далее) элементов.
2.Вводят иерархию - уровни описания системы, в которых их общность и детальность постепенно изменяются от уровня к уровню: на верхнем – самом общем (наименее детальном), на нижнем – самом детальном. Иерархия – это очень важная и сложная категория представления систем и более подробно будет рассмотрена ниже.
В зависимости от строения и свойств системы подразделяются на: технические, организационно-технические и организационные; открытые и закрытые. Открытые системы получают ресурсы извне, а закрытые – нет, полностью обходятся своими возможностями (своим потенциалом). В организационно-технических и организационных системах большую роль играют люди.
Кроме того, есть системы и надсистемы. Надсистема определяет цель системы; система обеспечивает ее интересы. В этом отношении заложен принцип бесконечности природы и жизни общества, что является объектом системных исследований. Их предметом, то есть результатом является методология, определяющая функционал эффективности, правила его построения и вычисления.
236
237
4.3.Методы конструктивного представления систем
Из предыдущих лекций надо уяснить следующее: нечто многомерное и состоящее из многих фрагментов, требующих совместного рассмотрения, «обзывается» системой. Исходя из целенаправленности системы формулируется ее предметная граница, так называемая определяющая система, закладывающая предметный контур (абрис*) системы. Однако проектирование системы требует более точного представления о ней. Оно начинается с составления описаний системы, которые должны быть связанными, т.е. последовательно вытекающими из общего к более частному (детальному).
Система на начальном этапе своего «существования» является не метрическим объектом, а топологическим, то есть закрепленным в начале и конце, а не по всему «телу», в котором промежуток может изменяться «резиновым» способом. Топологию из-за этого и называют резиновой геометрией. То есть у нас закреплены цель (начало) и имеющиеся средства ее достижения (ее конец), а способы применения средств достижения цели – плавают.
Однако системный анализ, чтобы быть конструктивным, должен иметь и метрические черты. Для этого между началом и концом должны быть установлены квазифункциональные зависимости, чтобы «резиновое болтание» не было совершенно произвольным. Это обеспечивается разработкой упомянутой выше связанной совокупности описаний, что составляет сущность развиваемого в настоящее время континуального метода исследования сложных явлений, предполагающего совместное рассмотрение всей необходимой совокупности членений (фрагментов) исследуемой ситуации по отдаленной аналогии со свойствами числового континуума (непрерывность в общем, а локальная дискретная точность по потребности). Это обеспечивается использованием при оперировании «превращаемых форм», то есть агентов, могущих быть «тем и другим», например, как роль иррациональных чисел в непрерывном числовом ряду.
* АБРИС – очертание предмета, контур (С.И.Ожегов).
238
Естественно, первым стержневым описанием в топологической ситуации (то есть в проектируемой системе) является описание, устанавливающее связь начала и конца, то есть макроописание системы («кол», вбитый в предметную трясину), см. рис 4.2.
4.3.1. Макроописание системы – содержание и способ по-
строения (и так для всех описаний)
Макроописание является дисциплинирующей категорией, которая связывает и упорядочивает в единую цепь предметные сущности, расположенные в интервале «цель – средство». «По теории» оно является первым шагом в проектировании системы, но учитывая итеративный характер проектирования сложного, осуществляемого при неопределенности, нужно признать, что содержание макроописания формулируется вместе с формулированием облика системы, то есть результата проектирования в целом.
По охвату предметных сущностей макроописание является самым «длинным», ибо, начавшись с субъективной категории цели, оно доводит ее требования до объективных условий ее выполнения реальными средствами. Поэтому оно членится на промежуточные «ступеньки» - «задачи» и «потенциальные способы решения задач». Рассмотрим составляющие макроописаний более подробно.
Цель. Эта категория не относится непосредственно к системе; она задается надсистемой, то есть «сверху». Это очень важно понять, ибо в этом заложен фундаментальный принцип развития. У Гегеля записано: «Всеобщее имеет особенность, которая находит свое разрешение в более высоком всеобщем». В этом состоит сущность системного интегрирования, при котором эффекты накапливаются (укрупняются) «снизу вверх» клином, то есть «внизу» самое детальное, а «вверху» - самое общее (наименее детальное).
Однако цель и «сверху», то есть с позиций надсистемы, определить непросто. Чтобы цель была научно обоснованной, проводят специальное исследование, которое называется концептуальным проектированием. То есть проводят системные исследования в надсистеме с более высоких позиций (представлений).
Цель, как субъективное (выдуманное) желание, должна реализовываться в объективной (реальной) среде. Ввод в содержание
239
требований цели объективных условий еѐ реализации осуществляется формулированием задач. То есть формулировка задачи включает две составляющие: «частичку» полного требования (объѐма) цели; совокупность объективных характеристик, определяющих условия выполнения цели. В качестве таковых характеристик выступают: пространственно – временные характеристики, оргштатные характеристики участвующих сил и пути их использования.
Совокупность средств и порядок их использования составляют третью градацию макроописания – способ решения задачи. Способ является потенциальным, то есть возможным при условии выделения на него запрашиваемого ресурса (совокупности) средств. Он превратится в реальный после решения оптимизационной задачи по наилучшему распределению имеющегося ресурса средств на все задачи. Задача решается позже – после оценивания эффективности всех используемых средств. До формулирования же способов их применения точно оценить эффективность нельзя. Получившийся замкнутый круг разрывается итеративно, то есть последовательным приближением.
Формально макроописание никак не оформляется. Его влияние является косвенным и заключается в обеспечении непротиворечивости и согласованности детализирующих его описаний – морфологического и функционального. Для этого они формируются более формализованным способом, используя в качестве исходных данных фрагменты макроописания.
Но макроописание по сравнению с ними является более компактным. Поэтому, если создать его формальную операционную модель, а более детальные описания "держать в уме", то есть в памяти компьютера в качестве объекта-суфлера (см. технологию ООП), то технология системного проектирования стала бы более совершенной! Дерзайте.
4.3.2. Морфологическое описание системы
Морфологическое описание детализирует макроописание по составу элементов системы, точнее – доводит макроописание системы по детализации до ее элементов, являющихся далее неделимыми. Так как таких элементов в большой и сложной системе будет бесчисленное множество, то для обеспечения полного и непро-
240