Учебное пособие 1178
.pdfФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра систем информационной безопасности
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по дисциплине «Защита программ и данных»
для студентов специальности 090301 «Компьютерная безопасность» очной формы обучения
Воронеж 2014
Составитель канд. техн. наук Г.А. Кащенко
УДК 681.3
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Защита программ и данных» для студентов специальности 090301 «Компьютерная безопасность» очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», сост. Г.А. Кащенко, Воронеж, 2014. 39 с.
Рассматриваются методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Защита программ и данных». Содержащаяся информация является базовой для углубленного изучения средств и систем защиты программ и данных.
Методическое руководство подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2013 и содержится в файле Кащенко_ЛР_ЗПД.pdf.
Табл. 21. Ил. 2. Библиогр.: 5 назв.
Рецензент д-р техн. наук, проф. А.Г. Остапенко
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.Г. Остапенко
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014
1. ВЫБОР НАИЛУЧШЕГО ВАРИАНТА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ПРОГРАММ И ДАННЫХ НА ОСНОВЕ МЕТОДА АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ
1.1. Иерархическое представление проблемы
Метод анализа иерархий (МАИ) предполагает декомпозицию проблемы на все более простые составляющие части и обработку суждений лица, принимающего решение. В результате определяется относительная значимость исследуемых альтернатив для всех критериев, находящихся в иерархии. Относительная значимость выражается численно в виде векторов приоритетов. Полученные таким образом значения векторов являются оценками в шкале отношений и соответствуют так называемым жестким оценкам.
Можно выделить ряд модификаций МАИ, которые определяются характером связей между критериями и альтернативами, расположенными на самом нижнем уровне иерархии, а также методом сравнения альтернатив.
По характеру связей между критериями и альтернативами определяется два типа иерархий. К первому типу относятся такие, у которых каждый критерий, имеющий связь с альтернативами, связан со всеми рассматриваемыми альтернативами (тип иерархий с одинаковыми числом и функциональным составом альтернатив под критериями). Ко второму типу иерархий принадлежат такие, у которых каждый критерий, имеющий связь с альтернативами, связан не со всеми рассматриваемыми альтернативами (тип иерархий с различными числом и функциональным составом альтернатив под критериями).
ВМАИ имеется три метода сравнения альтернатив: попарное сравнение; сравнение альтернатив относительно стандартов и сравнение альтернатив копированием.
Впервой модификации метода рассмотрим иерархию с
одинаковыми числом и функциональным составом
альтернатив под критериями и метод попарного сравнения элементов иерархии.
Построение иерархии начинается с очерчивания проблемы исследования. Далее строится собственно иерархия, включающая цель, расположенную в ее вершине, промежуточные уровни (например, критерии) и альтернативы, формирующие самый нижний иерархический уровень. На рис. 1 приведены варианты отображения иерархий, где Elj - элементы иерархии, Af - альтернативы. Верхний индекс у элементов указывает уровень иерархии, а нижний индекс - их порядковый номер.
Рис. 1. Варианты отображения иерархий:
а - декомпозиция; б - синтез; в - упорядочение
2
1.2. Шкала отношений
Для установления относительной важности элементов иерархии используется шкала отношений (табл. 1). Данная шкала позволяет ЛПР ставить в соответствие степеням предпочтения одного сравниваемого объекта перед другим некоторые числа.
Правомочность этой шкалы доказана теоретически при сравнении со многими другими шкалами. При использовании указанной шкалы ЛПР, сравнивая два объекта в смысле достижения цели, расположенной на вышележащем уровне иерархии, должен поставить в соответствие этому сравнению число в интервале от 1 до 9 или обратное значение чисел. В тех случаях, когда трудно различить столько промежуточных градаций от абсолютного до слабого предпочтения или этого не требуется в конкретной задаче, может использоваться шкала с меньшим числом градаций. В пределе шкала имеет две оценки: 1 - объекты равнозначны; 2 - предпочтение одного объекта над другим.
1.3. Матрицы парных сравнений
После построения иерархии устанавливается метод сравнения ее элементов. Если принимается метод попарного сравнения, то строится множество матриц парных сравнений. Для этого в иерархии выделяют элементы двух типов: элементы-«родители» и элементы-«потомки». Элементы- «потомки» воздействуют на соответствующие элементы вышестоящего уровня иерархии, являющиеся по отношению к первым элементами-«родителями». Матрицы парных сравнений строятся для всех элементов-«потомков», относящихся к соответствующему элементу-«родителю». Элементами-«родителями» могут являться элементы, принадлежащие любому иерархическому уровню, кроме последнего, на котором расположены, как правило, альтернативы. Парные сравнения проводятся в терминах
3
доминирования одного элемента над другим. Полученные суждения выражаются в целых числах с учетом девятибалльной шкалы.
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Шкала отношений |
|
№ |
Степень |
Определение |
Пояснения |
п/п |
важности |
|
|
1 |
0 |
Объекты |
Сравнение двух |
|
|
несравнимы |
объектов |
|
|
|
бессмысленно |
2 |
1 |
Объекты |
Оба объекта вносят |
|
|
одинаково |
одинаковый вклад в |
|
|
важны |
достижение |
|
|
|
поставленной цели |
3 |
3 |
Один немного |
Есть некоторые |
|
|
важнее другого |
основания предпочесть |
|
|
(слабое |
один объект другому, |
|
|
превосходство) |
но их нельзя считать |
|
|
|
неопровержимыми |
4 |
5 |
Один |
Существуют веские |
|
|
существенно |
свидетельства того, что |
|
|
важнее другого |
один из объектов более |
|
|
(сильное |
важен |
|
|
превосходство) |
|
5 |
7 |
Один явно |
Имеются |
|
|
важнее другого |
неопровержимые |
|
|
|
основания, чтобы |
|
|
|
предпочесть один |
|
|
|
другому |
6 |
9 |
Один абсолютно |
Превосходство одного |
|
|
важнее другого |
из объектов столь |
|
|
|
очевидно, что не может |
|
|
|
вызвать ни малейшего |
|
|
|
сомнения |
4
|
|
|
Окончание табл. 1 |
№ |
Степень |
Определение |
Пояснения |
п/п |
важности |
|
|
7 |
2, 4, 6, 8 |
Значения, |
Используются, когда |
|
|
предписываемые |
выбор между двумя |
|
|
промежуточным |
соседними нечетными |
|
|
суждениям |
числами вызывает |
|
|
|
затруднение |
8 |
Числа, |
Если при |
Комментарий будет |
|
обратные к |
сравнении с |
дан ниже |
|
вышепереч |
объектом j |
|
|
исленным |
объект i получил |
|
|
|
один из |
|
|
|
вышеуказанных |
|
|
|
рангов |
|
|
|
важности, то j |
|
|
|
при сравнении с |
|
|
|
i полу |
|
|
|
чает обратное |
|
|
|
значение |
|
9 |
Рациональ |
Получаются при |
См. ниже обсуждение |
|
ные числа |
арифметических |
случая согласованной |
|
|
операциях с |
матрицы сравнений |
|
|
числами данной |
|
|
|
шкалы |
|
Заполнение квадратных матриц парных сравнений осуществляется по следующему правилу. Если элемент Е1 доминирует над элементом Е2, то клетка матрицы, соответствующая строке Е1 и столбцу Е2, заполняется целым числом, а клетка, соответствующая строке E2 и столбцу Е1, заполняется обратным к нему числом. Если элемент Е2 доминирует над Е1, то целое число ставится в клетку, соответствующую строке Е2 и столбцу Е1, а дробь проставляется в клетку, соответствующую строке Е1 и столбцу
5
Е2. Если элементы Е1 и Е2 равнопредпочтительны, то в обе позиции матрицы ставятся единицы.
Для получения каждой матрицы эксперт или ЛПР выносит n(n-1)/2 суждений (здесь п - порядок матрицы парных сравнений).
Рассмотрим в общем виде пример формирования матрицы парных сравнений.
Пусть Е1, Е2, ..., Еn - множество из п элементов (альтернатив) и v1, v2, ...vn - соответственно их веса, или интенсивности. Сравним попарно вес, или интенсивность, каждого элемента с весом, или интенсивностью, любого другого элемента множества по отношению к общему для них свойству или цели (по отношению к элементу-«родителю»). В этом случае матрица парных сравнений [Е] имеет следующий вид:
|
|
|
Е1 |
Е2 |
|
… |
En |
|
|
|
|
E1 |
1/ 1 |
1/ 2 |
|
… |
1/ n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[Е] = |
|
Е2 |
2/ 1 |
2/ 2 |
|
… |
v2/vn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
… |
… |
|
… |
|
… |
|
|
|
Еп |
vn/v1 |
vn/v2 |
|
… |
vn/vn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Матрица парных сравнений обладает свойством |
||||||||
обратной симметрии, т. е. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
аij= 1/аji , |
где аij = vi/vj. |
|
|
|
|
При проведении попарных сравнений следует отвечать на следующие вопросы: какой из двух сравниваемых элементов важнее или имеет большее воздействие, какой более вероятен и какой предпочтительнее. При сравнении критериев обычно спрашивают, какой из критериев более важен; при сравнении альтернатив по отношению к критерию – какая из альтернатив более предпочтительна или более вероятна.
6
1.3.1. Собственные векторы и собственные значения матриц
Ранжирование элементов, анализируемых с использованием матрицы парных сравнений [Е], осуществляется на основании главных собственных векторов, получаемых в результате обработки матриц.
Вычисление главного собственного вектора W положительной квадратной матрицы [Е] проводится на основании равенства
EW= max W, |
(1) |
где max - максимальное собственное значение матрицы [E]. Для положительной квадратной матрицы [Е] правый
собственный вектор W, соответствующий максимальному собственному значению max, с точностью до постоянного сомножителя С можно вычислить по формуле
lim |
E k e |
CW , |
(2) |
|
|||
k eT E k e |
|
|
где еT - единичный вектор-строка = (1,1,…,1);
11
e - единичный вектор-столбец = . ;
:1
k = 1, 2, 3, ... - показатель степени; С - константа. Вычисления собственного вектора W по выражению производятся до достижения заданной точности:
eT|W(l)-W(l+1)|<=, |
(3) |
7
где l - номер итерации, такой, что l = 1 соответствует k= 1; l = 2, k = 2; - допустимая погрешность. С достаточной для практики точностью можно принять = 0,01 независимо от порядка матрицы. Умножение eTW - можно производить сложением всех элементов W.
Максимальное собственное значение вычисляется по формуле:
max = еT [Е] W. |
(4) |
1.3.2. Оценка согласованности матриц
Если все экспертные оценки точны, т. е. aij=wi/wj, то матрица сравнений согласованна. Под согласованностью матрицы понимается выполнение соотношений aijajk=aik и, в частности, aii=1 и aji=1/aij. Очевидно, что при согласованности матрица А имеет единичный ранг, и поэтому достаточно знать одну ее строку, чтобы вычислить все остальные элементы. Если известна, скажем, первая строка, то aij=a1j/a1i, при условии a1i≠0 для всех i (нулевой результат парного сравнения означает, что два объекта вообще несравнимы).
Кроме того, согласованность матрицы А должна удовлетворять следующим условию
n |
wj |
|
|
|
ij |
n , |
(5) |
||
|
||||
j 1 |
w |
|
||
i |
|
где п - это максимальное собственное значение А, а остальные ее собственные значения равны нулю.
Поскольку А имеет единичный ранг и сумма всех собственных значений равна следу матрицы ∑aii=n.
В общем случае можно считать, что искомый набор значений (w1, ..., wn) должен удовлетворять уравнению Aw=λmaxw, где λmax - наибольшее из собственных значений А.
8