ВОПРОСЫ ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

41

К оглавлению ↑

2. Обеспечение целостности и безопасности информации

Понятие информационной безопасности.

Под информационной безопасностью понимается защищенность информации от случайных или преднамеренных воздействий естественного или искусственного характера, чреватых нанесением ущерба владельцам или пользователям информации.

Основные понятия кодирования и шифрования.

Код – правило соответствия набора знаков одного множества Х знакам другого множества Y. Если каждому символу Х при кодировании соответствует отдельный знак Y, то это кодирование. Если для каждого символа из Y однозначно отыщется по некоторому правилу его прообраз в X, то это правило называется декодированием.

Кодирование – процесс преобразования букв (слов) алфавита Х в буквы (слова) алфавита Y.

Зашифрованное сообщение может быть построено над другим алфавитом. Назовем его закрытым сообщением. Процесс преобразования открытого сообщения в закрытое сообщение и есть шифрование.

Если k – ключ, то можно записать f(k(A)) = B. Для каждого ключа k, преобразование f(k) должно быть обратимым, то есть f(k(B)) = A. Совокупность преобразования f(k) и соответствия множества k называется шифром.

Под надежностью понимается способность противостоять взлому шифра. При дешифровке сообщения может быть известно все, кроме ключа, то есть надежность шифра определяется секретностью ключа, а также числом его ключей. Применяется даже открытая криптография, которая использует различные ключи для шифрования, а сам ключ может быть общедоступным, опубликованным. Число ключей при этом может достигать сотни триллионов.

Криптографическая система – семейство Х преобразований открытых текстов. Члены этого семейства индексируются, обозначаются символом k ; параметр k является ключом.

Множество ключей K – это набор возможных значений ключа k. Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита.

Электронной (цифровой) подписью (ЭЦП) называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения. К ЭЦП предъявляются два основных требования: легкость проверки подлинности подписи; высокая сложность подделки подписи.

Группы шифров.

Имеются две большие группы шифров: шифры перестановки и шифры замены.

Шифр перестановки изменяет только порядок следования символов исходного сообщения. Это такие шифры, преобразования которых приводят к изменению только следования символов открытого исходного сообщения.

42

К оглавлению ↑

Шифр замены заменяет каждый символ кодируемого сообщения на другой(ие) символ(ы), не изменяя порядок их следования. Это такие шифры, преобразования которых приводят к замене каждого символа открытого сообщения на другие символы, причем порядок следования символов закрытого сообщения совпадает с порядком следования соответствующих символов открытого сообщения.

Симметричное и несимметричное шифрование.

Симметричное шифрование

Симметричное шифрование это самый старый и известный прием. Секретный ключ, который может являть собой число, слово или последовательность случайных букв, применяется к тексту сообщения, чтобы изменить содержимое определенным образом. Это может быть так просто, как сдвиг каждой буквы, на число разрядов в алфавите. До тех пор, пока получатель и отправитель знают секретный ключ, они способны шифровать и расшифровывать все сообщения, которые используют этот ключ.

Асимметричное шифрование

Проблема с секретными ключами заключается в обмене ими через Интернет или по сети, избегая их попадания в плохие руки. Любой, кто знает секретный ключ, может расшифровать это сообщение. Ответ — асимметричное шифрование, в котором есть два связанных ключа – пара ключей. Открытый ключ становится свободным для всех, кто захочет отправить вам сообщение. Второй, закрытый ключ сохраняется в секрете, таким образом, чтобы только вы его знали.

Любое сообщение (текст, двоичные файлы или документы), зашифрованные с помощью открытого ключа, могут быть расшифрованы только с помощью того же алгоритма, но с помощью соответствующего закрытого ключа. Все сообщения, зашифрованные с помощью закрытого ключа можно расшифровать только с помощью соответствующего открытого ключа.

Это означает, что нет необходимости беспокоиться о передачи открытых ключей через Интернет (ключи должны быть публичными). Проблемой с асимметричным шифрованием, однако, является скорость его работы. Оно медленнее, чем симметричное шифрование. Для этого требуется гораздо больше вычислительной мощности, для обеих операций: шифрования и расшифрования содержимого сообщения.

Криптология.

Криптология – наука, занимающаяся методами шифрования и дешифрования. Криптология состоит из двух частей – криптографии и криптоанализа. Криптография занимается разработкой методов шифрования данных, в то время как криптоанализ занимается оценкой сильных и слабых сторон методов шифрования, а также разработкой методов, позволяющих взламывать криптосистемы.

Компьютерные вирусы.

Компьютерный вирус — разновидность компьютерных программ или вредоносный код, отличительной особенностью которых является способность к размножению (саморепликация). В

43

К оглавлению ↑

дополнение к этому вирусы могут без ведома пользователя выполнять прочие произвольные действия, в том числе наносящие вред пользователю и/или компьютеру.

Признаки заражения компьютерными вирусами.

Существует ряд признаков, свидетельствующих о заражении компьютера:

на экран выводятся непредусмотренные сообщения, изображения и звуковые сигналы;

неожиданно открывается и закрывается лоток CD-ROM-устройства;

произвольно, без Вашего участия, на вашем компьютере запускаются какие-либо программы;

на экран выводятся предупреждения о попытке какой-либо из программ вашего компьютера выйти в интернет, хотя Вы никак не инициировали такое ее поведение,

Кроме того, есть некоторые характерные признаки поражения вирусом через почту:

друзья или знакомые говорят вам о сообщениях от вас, которые вы не отправляли;

в вашем почтовом ящике находится большое количество сообщений без обратного адреса и заголовка.

Существуют также косвенные признаки заражения компьютера:

частые зависания и сбои в работе компьютера;

медленная работа компьютера при запуске программ;

невозможность загрузки операционной системы;

исчезновение файлов и каталогов или искажение их содержимого;

частое обращение к жесткому диску (часто мигает лампочка на системном блоке); Microsoft Internet Explorer "зависает" или ведет себя неожиданным образом (например, окно

программы невозможно закрыть).

Источники распространения компьютерных вирусов.

Дискеты. Самый распространённый канал заражения в 1980—1990-е годы. Сейчас практически отсутствует из-за появления более распространённых и эффективных каналов и отсутствия флоппи-дисководов на многих современных компьютерах.

Флеш-накопители (флешки). В настоящее время USB-флешки заменяют дискеты и повторяют их судьбу — большое количество вирусов распространяется через съёмные накопители, включая цифровые фотоаппараты, цифровые видеокамеры, портативные цифровые плееры, а с 2000-х годов всё большую роль играют мобильные телефоны, особенно смартфоны (появились мобильные вирусы). Использование этого канала ранее было преимущественно обусловлено возможностью создания на накопителе специального файла autorun.inf, в котором можно указать программу, запускаемую Проводником Windows при открытии такого накопителя. В Windows 7 возможность автозапуска файлов с переносных носителей была отключена.

Электронная почта. Обычно вирусы в письмах электронной почты маскируются под безобидные вложения: картинки, документы, музыку, ссылки на сайты. В некоторых письмах могут содержаться действительно только ссылки, то есть в самих письмах может и не быть вредоносного кода, но если открыть такую ссылку, то можно попасть на специально созданный веб-сайт, содержащий вирусный код. Многие почтовые вирусы, попав на компьютер пользователя, затем используют адресную книгу из установленных почтовых клиентов типа Outlook для рассылки самого себя дальше.

Системы обмена мгновенными сообщениями. Здесь также распространена рассылка ссылок на якобы фото, музыку либо программы, в действительности являющиеся вирусами, по ICQ и через другие программы мгновенного обмена сообщениями.

Веб-страницы. Возможно также заражение через страницы Интернета ввиду наличия на страницах всемирной паутины различного «активного» содержимого: скриптов, ActiveX-

44

К оглавлению ↑

компонент. В этом случае используются уязвимости программного обеспечения, установленного на компьютере пользователя, либо уязвимости в ПО владельца сайта (что опаснее, так как заражению подвергаются добропорядочные сайты с большим потоком посетителей), а ничего не подозревающие пользователи, зайдя на такой сайт, рискуют заразить свой компьютер.

Интернет и локальные сети (черви). Черви — вид вирусов, которые проникают на компьютер-жертву без участия пользователя. Черви используют так называемые «дыры» (уязвимости) в программном обеспечении операционных систем, чтобы проникнуть на компьютер. Уязвимости — это ошибки и недоработки в программном обеспечении, которые позволяют удаленно загрузить и выполнить машинный код, в результате чего вирус-червь попадает в операционную систему и, как правило, начинает действия по заражению других компьютеров через локальную сеть или Интернет. Злоумышленники используют заражённые компьютеры пользователей для рассылки спама или для DDoS-атак.

Классификация компьютерных вирусов.

Среде обитания

Способу заражения среды обитания

Воздействию

Особенностям алгоритма

Взависимости от среды обитания вирусы можно разделить:

Сетевые

Файловые

Загрузочные

Файлово-загрузочные

История компьютерной вирусологии

История компьютерной вирусологии представляется сегодня постоянной «гонкой за лидером», причем, не смотря на всю мощь современных антивирусных программ, лидерами являются именно вирусы. Среди тысяч вирусов лишь несколько десятков являются оригинальными разработками, использующими действительно принципиально новые идеи. Все остальные - «вариации на тему». Но каждая оригинальная разработка заставляет создателей антивирусов приспосабливаться к новым условиям, догонять вирусную технологию. Последнее можно оспорить. Например, в 1989 году американский студент сумел создать вирус, который вывел из строя около 6000 компьютеров Министерства обороны США. Или эпидемия известного вируса Dir-II, разразившаяся в 1991 году. Вирус использовал действительно оригинальную, принципиально новую технологию и на первых порах сумел широко распространиться за счет несовершенства традиционных антивирусных средств.

Или всплеск компьютерных вирусов в Великобритании : Кристоферу Пайну удалось создать вирусы Pathogen и Queeq, а также вирус Smeg. Именно последний был самым опасным, его можно

было накладывать на первые два вируса, и из-за этого после каждого прогона программы они меняли конфигурацию. Поэтому их было невозможно уничтожить. Чтобы распространить вирусы, Пайн скопировал компьютерные игры и программы, заразил их, а затем отправил обратно в сеть. Пользователи загружали в свои компьютеры зараженные программы и инфицировали диски. Ситуация усугубилась тем, что Пайн умудрился занести вирусы и в программу, которая с ними борется. Запустив ее, пользователи вместо уничтожения вирусов получали еще один. В результате этого были уничтожены файлы множества фирм, убытки составили миллионы фунтов стерлингов.

46

К оглавлению ↑

Пакеет прикладных программ (ППП) – набор взаимосвязанных модулей, предназначенных для решения задач определённого класса некоторой предметной области. По смыслу ППП было бы правильнее назвать пакетом модулей вместо устоявшегося термина пакет программ. Отличается от библиотеки тем, что создание библиотеки не ставит целью полностью покрыть нужды предметной области, так как приложение может использовать модули нескольких библиотек. Требования же к пакету программ жёстче: приложение для решения задачи должно использовать только модули пакета, а создание конкретного приложения может быть доступно непрограммистам.

Пакетному подходу можно противопоставить создание «универсальной» программы. Такая программа может участвовать в решении различных задач, тогда как в пакетном подходе несколько модулей пакета объединяются для решения одной задачи. Разница может показаться небольшой (из пакета программ можно, добавив управляющую надстройку, сделать «универсальную» программу, или наоборот, использовать некоторые модули «универсальной» программы в качестве ППП). Тем не менее с точки зрения архитектуры ППП более удобен для расширения и модификации, так как развитие ППП может происходить за счёт добавления новых модулей, не затрагивающих работоспособность ранее отлаженных модулей.

Особенности Интегрированных пакетов.

Отличительными особенностями данного класса программных средств являются:

полнота информационных технологий для конечных пользователей;

однотипный интерфейс конечного пользователя для всех программ, входящих в состав интегрированного пакета – общие команды в меню, стандартные пиктограммы одних и тех же функций (сохранение на диске, печать, проверка орфографии, шрифтовые оформления и т. п.), стандартное построение и работа с диалоговыми окнами и др.;

общий сервис для программ интегрированного пакета (например, словарь и средства орфографии для проверки правописания, построитель диаграмм, конвертер данных и др.);

легкость обмена и ссылок на объекты, созданные программами интегрированного пакета (применяется два метода: DDE – динамический обмен данными и OLE – динамическая компоновка объектами), единообразный перенос объектов (метод drag-and-drop);

наличие единой языковой платформы для разбора макрокоманд, пользовательских программ;

возможность создания документов, интегрирующих в себе возможности различных программ, входящих в состав интегрированного пакета.

Основные возможности компонентов Microsoft Office.

Предполагается что это общеизвестно?

Технологии обмена данными (буфер обмена, динамический обмен данными, технология OLE)

Буфер обмена

Буфер обмена – промежуточное хранилище данных, предоставляемое программным обеспечением и предназначенное для переноса или копирования между приложениями или частями одного приложения через операции вырезать, скопировать, вставить.

Как правило, приложения используют буфер обмена, предоставляемый операционной системой или другой средой через определённый интерфейс. Некоторые приложения могут использовать свой собственный буфер обмена, доступный только в них.

Динамический обмен данными

47

К оглавлению ↑

Dynamic Data Exchange (DDE) — механизм взаимодействия приложений в операционных системах Microsoft Windows и OS/2. Хотя этот механизм до сих пор поддерживается в последних версиях Windows, в основном он заменён на более мощные механизмы — OLE, COM и Microsoft OLE Automation. Однако, DDE по прежнему используется в некоторых местах внутри самой Windows, в частности, в механизме ассоциации расширения имени файла с приложениями. Это является следствием модели разработки, в которой Microsoft в новых версиях ОС Windows следит за обеспечением совместимости со всеми её предыдущими версиями. Возможно использование для извлечения данных из сторонних приложений.

Технология OLE

OLE – технология связывания и внедрения объектов в другие документы и объекты, разработанная корпорацией Майкрософт.

OLE позволяет передавать часть работы от одной программы редактирования к другой и возвращать результаты назад. Например, установленная на персональном компьютере издательская система может послать некий текст на обработку в текстовый редактор, либо некоторое изображение в редактор изображений с помощью OLE-технологии.

Основное преимущество использования OLE (кроме уменьшения размера файла) в том, что она позволяет создать главный файл, картотеку функций, к которой обращается программа. Этот файл может оперировать данными из исходной программы, которые после обработки возвращаются

висходный документ.

В1996 году Microsoft переименовала технологию в ActiveX.

Литература: [1], [3], [5].

48

К оглавлению ↑

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

1. Назначение и функции OC

Ресурсы вычислительной системы, управление ресурсами.

Операционная система (ОС) – комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые обеспечивают возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом.

Операционная система как виртуальная машина

В этом смысле ОС представляет собой интерфейс между пользователем и компьютером. При разработке ОС широко применяется абстрагирование (позволяет сконцентрироваться на

взаимодействии высокоуровневых компонентов системы, игнорируя детали их реализации). Архитектура большинства компьютеров на уровне машинных команд очень неудобна для использования прикладными программами. Например, работа с диском предполагает знание внутреннего устройства его электронного компонента – контроллера для ввода команд вращения диска, поиска и форматирования дорожек, чтения и записи секторов и т. д. Ясно, что средний программист не в состоянии учитывать все особенности работы оборудования (в современной терминологии – заниматься разработкой драйверов устройств), а должен представлять информационное пространство диска как набор файлов. Таким образом, операционная система представляется пользователю виртуальной машиной, с которой проще иметь дело, чем непосредственно с оборудованием компьютера.

Операционная система как менеджер ресурсов

Операционная система предназначена для управления всеми частями весьма сложной архитектуры компьютера.

Представим, к примеру, что произойдет, если несколько программ, работающих на одном компьютере, будут пытаться одновременно осуществлять вывод на принтер. Мы получили бы мешанину строчек и страниц, выведенных различными программами. Операционная система предотвращает такого рода хаос за счет буферизации информации на диске и организации очереди на печать. Следовательно, операционная система, как менеджер ресурсов, осуществляет упорядоченное

иконтролируемое распределение процессоров, памяти и других ресурсов между различными программами.

Операционная система как защитник пользователей и программ

Если вычислительная система допускает совместную работу нескольких пользователей, то возникает проблема организации их безопасной деятельности. Необходимо обеспечить сохранность информации на диске, чтобы никто не мог удалить или повредить чужие файлы. Всю эту деятельность осуществляет операционная система как организатор безопасной работы пользователей

иих программ.

Операционная система как постоянно функционирующее ядро

Операционная система – это программа, постоянно работающая на компьютере и взаимодействующая со всеми прикладными программами. Казалось бы, это абсолютно правильное определение, но, как мы увидим дальше, во многих современных операционных системах постоянно работает на компьютере лишь часть операционной системы, которую принято называть ее ядром.

Основные функции ОС:

управление устройствами компьютера (ресурсами), т.е. согласованная работа всех аппаратных средств ПК: стандартизованный доступ к периферийным устройствам, управление оперативной памятью и др.

управление процессами, т.е. выполнение программ и их взаимодействие с устройствами компьютера.

управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жесткий диск, компакт-диск и т.д.), как правило, с помощью файловой системы.

ведение файловой структуры.

49

К оглавлению ↑

пользовательский интерфейс, т.е. диалог с пользователем.

Дополнительные функции:

параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений.

разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).

Поколения ОС, современные тенденции развития ОС.

1. Первый период (1945–1955 гг.). Ламповые машины.

Программирование осуществлялось на машинном языке. Операционных систем нет. Много времени уходило на подготовку запуска программы, а сами программы выполнялись строго последовательно. Такой режим работы называется последовательной обработкой данных.

2. Второй период (1955 г.– начало 60-х). ЭВМ на основе транзисторов.

Появление новой элементной базы – полупроводниковых элементов - привело к повышению надежности компьютеров, резко снижается энергопотребление, уменьшаются габариты. Появились первые системы пакетной обработки, которые автоматизировали запуск программ из пакета, тем самым увеличили коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки стали прообразом современных операционных систем, они были первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом.

3. Третий период (начало 60-х – 1980 г.). ЭВМ на основе интегральных микросхем.

Появление и широкое использование интегральных микросхем привело к повышению надежности и снижению стоимости ЭВМ. Повышается производительность процессоров, растет сложность и увеличивается количество решаемых задач. Разрабатываются первые многозадачные ОС с применением аппарата прерываний.

Сцелью дальнейшего повышения эффективности использования процессора было предложено мультипрограммирование. Мультипрограммирование требует наличия в памяти нескольких программ одновременно. При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом, и не должна влиять на выполнение другой программы. Поэтому данный механизм существенно повлиял на развитие аппаратной поддержки вычислительных систем:

• Реализация защитных механизмов. Программы не должны иметь самостоятельного доступа к распределению ресурсов, что приводит к появлению привилегированных и непривилегированных команд. Привилегированные команды, например команды ввода-вывода, могут исполняться только операционной системой (т.е. она работает в привилегированном режиме). Переход управления от прикладной программы к ОС сопровождается контролируемой сменой режима. Кроме того, это защита памяти, что позволяет изолировать конкурирующие пользовательские программы друг от друга, а ОС – от программ пользователей.

• Наличие прерываний. Внешние прерывания оповещают ОС о том, что произошло асинхронное событие, например завершилась операция ввода-вывода. Внутренние прерывания (или исключительные ситуации) возникают, когда выполнение программы привело к ситуации, требующей вмешательства ОС, например деление на ноль или попытка нарушения защиты.

• Развитие параллелизма в архитектуре. Прямой доступ к памяти и организация каналов ввода-вывода позволили освободить центральный процессор от рутинных операций.

4. Четвертый период (с 1980 г. по настоящее время). Персональные компьютеры. Классические, сетевые и распределенные системы

Споявление больших интегральных схем (БИС) произошло резкое возрастание степени интеграции и существенное снижение стоимости микросхем. Наступила эра персональных компьютеров. Компьютеры стали использоваться не только специалистами, но и людьми, весьма

50

К оглавлению ↑

«далекими» от информатики и программирования, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения.

Современные тенденции развития ОС

На основе опыта использования многих современных ОС, можно выделить следующие основные тенденции в их развитии.

Графические оболочки. Любая современная ОС имеет графический пользовательский интерфейс.

Поддержка новых сетевых технологий и Web-технологий. Сети и Интернет активно развиваются. Появляются новые стандарты и протоколы – IPv6, HTML 5 (для облачных вычислений) и т.д. Современные ОС развиваются в направлении поддержки всех новых сетевых технологий.

Усиленное внимание к механизмам безопасности и защиты. Все современные ОС уделяют повышенное внимание безопасности: при просмотре веб-страниц браузеры выполняют их проверку; загрузки и инсталляции программ из сети выполняются только с явного согласия пользователя и т.д.

Поддержка многопоточности и многоядерных процессоров. Ввиду широкого распространения многоядерных процессоров, все современные ОС имеют библиотеки программ, поддерживающие эту возможность аппаратуры. Именно благодаря многоядерной архитектуре, становится реально возможным параллельное выполнение потоков (threads).

Поддержка распределенных и параллельных вычислений. Современные ОС имеют в своем составе высокоуровневые библиотеки, позволяющие разрабатывать параллельные алгоритмы решения задач – например, поддерживающие стандарты параллелизма OpenMP

и MPI.

Виртуализация ресурсов и аппаратуры. Современные ОС имеют в своем составе средства виртуализации, позволяющие выполнять приложения для других платформ в изолированных виртуальных машинах, в которые могут быть инсталлированы другие операционные системы.

Развитие файловых систем с целью защиты информации и значительного увеличения размера файлов (для мультимедиа). Современные требования обработки мультимедийной информации приводят к тому, что старые файловые системы (например, FAT) оказываются недостаточными для хранения мультимедийных файлов. Например, максимальный размер файла в системе FAT – 4 гигабайта – легко может быть превышен при переписи на компьютер цифровой видеопленки длительностью 10-15 минут. Поэтому разрабатываются новые файловые системы, допускающие хранение очень больших файлов, например, система ZFS в ОС Solaris. Другим требованием является обеспечение конфиденциальности информации, которое приводит к необходимости реализации в файловых системах возможности криптования (которая реализована, например, в файловой системе ZFS).

Поддержка облачных вычислений – совсем новая тенденция в развитии ОС, начало которой положила "облачная" ОС Windows Azure фирмы Microsoft.

Типы ОС: однопрограммные и мультипрограммные; ОС пакетной обработки и системы с разделением времени; системы реального времени; сетевые ОС, многопроцессорные системы.

По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на 2 класса: однопрограммные (однозадачные) – например, MS-DOS, MSX, и многопрограммные (многозадачные) – например, ОС ЕС ЭВМ, OS/360, OS/2, UNIX, Windows разных версий.

Однопрограммный режим - режим работы ЭВМ, при котором выполняется не более одной программы пользователя. Решение задачи начинается с ввода программы в память машины. Процесс вычислений производится по окончании ввода информации. При однопрограммном режиме работы