tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2023-9-2-95-111tuzsut-466Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND TELECOMMUNICATIONМоделирование программы с уязвимостями с позиции эволюции ее представлений. Часть 2. Аналитическая модель и экспериментModeling a Program with Vulnerabilities in the Terms of Its Representations Evolution. Part 2. Analytical Model and Experimenthttps://orcid.org/0000-0002-9412-5693ИзраиловК. Е.IzrailovK.

кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник

Санкт-Петербург, 199178, Российская Федерация

St. Petersburg, 199178, Russian Federation

konstantin.izrailov@mail.ruСанкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наукРоссияSaint-Petersburg Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2023300520239295111Copyright © Израилов К.Е., 20232023Израилов К.Е.Izrailov K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/466

Изложены результаты исследования процесса создания программ и возникающих при этом уязвимостей. Во второй части цикла статей предлагается обобщенная аналитическая модель жизненного цикла программы на базе ее представлений, учитывающая способы прямого и обратного преобразования последних. Также в модели отражается возникновение и обнаружения уязвимостей и их классификация. Из нее синтезируется частная модель, отражающая текущее состояние эволюции программных представлений, и исходя из которой был выведен ряд основополагающих утверждений, записанных в аналитическом виде. Для основания работоспособности моделей в части отражения уязвимостей проводятся два следующих эксперимента: ретроспективно-фактологический, сопоставляющий реально существующие уязвимости с частной моделью; и практический, демонстрирующий эволюцию уязвимости в представлениях в процессе эволюции простейшей программы. В результате второго эксперимента наглядно показан рост охвата уязвимостью представлений в процессе разработки.

The investigation results of the creating programs process and the resulting vulnerabilities are presented. In the second part of the articles series, a program life cycle generalized analytical model of the based on its representations is proposed, taking into account the direct and reverse transformation methods. Also, the model reflects the occurrence and detection of vulnerabilities and their classification. A particularly model is synthesized from it, reflecting the current state of the program representations evolution, and on the basis of which a number of fundamental statements were derived, written in an analytical form. To base the performance of models in reflecting vulnerabilities terms, the following two experiments are carried out: retrospective-factual, comparing real-life vulnerabilities with a particularly model; and practical demonstration the evolution of vulnerability in representations in the process of the simplest program evolution. As a result of the second experiment, the increase in coverage by the vulnerability of representations in the development process is clearly shown.

программная инженерияинформационная безопасностьуязвимостипредставления программыжизненный циклмоделированиеsoftware engineeringinformation securityvulnerabilitiesprogram representationslife cyclemodelingReferencesKotenko I., Izrailov K., Buinevich M. Static Analysis of Information Systems for IoT Cyber Security: A Survey of Machine Learning Approaches // Sensors. 2022. Vol. 22. Iss. 4. P. 1335. DOI:10.3390/s22041335Kotenko I., Izrailov K., Buinevich M. Static Analysis of Information Systems for IoT Cyber Security: A Survey of Machine Learning Approaches. Sensors. 2022;22(4):1335. DOI:10.3390/s22041335 (in Russ.)Trevizan R.D., Obert J., De Angelis V., Nguyen Tu.A., Rao V.S., Chalamala B.R. Cyberphysical Security of Grid Battery Energy Storage Systems // IEEE Access. 2022. Vol. 10. PP. 59675‒59722. DOI:10.1109/ACCESS.2022.3178987Trevizan R.D., Obert J., De Angelis V., Nguyen Tu.A., Rao V.S., Chalamala B.R. Cyberphysical Security of Grid Battery Energy Storage Systems. IEEE Access. 2022;(10):59675‒59722. DOI:10.1109/ACCESS.2022.3178987Cho C.-S., Chung W.-H., Kuo S.-Y. Cyberphysical Security and Dependability Analysis of Digital Control Systems in Nuclear Power Plants // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems. 2016. Vol. 46. Iss. 3. PP. 356‒369. DOI:10.1109/TSMC.2015.2452897Cho C.-S., Chung W.-H., Kuo S.-Y. Cyberphysical Security and Dependability Analysis of Digital Control Systems in Nuclear Power Plants. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems. 2016;46(3):356‒369. DOI:10.1109/TSMC.2015.2452897Израилов К.Е. Моделирование программы с уязвимостями с позиции эволюции ее представлений. Часть 1. Схема жизненного цикла // Труды учебных заведений связи. 2023. Т. 9. № 1. С. 75‒93. DOI:10.31854/1813-324X-2023-9-1-75-93Izrailov K. Modeling a Program with Vulnerabilities in the Terms of Its Representations Evolution. Part 1. Life Cycle Scheme. Proc. of Telecom. Universities. 2023;9(1):75‒93. (In Russ.) DOI:10.31854/1813-324X-2023-9-1-75-93Монастырная В.С., Фролов В.В. Визуальный язык дракон и его применение // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 2. № 12. С. 78‒79.Monastyrnaya V.S., Frolov V.V. Visual language dragon and it is application. Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki. 2016;2(12):78‒79. (in Russ.)Паронджанов В.Д. Алгоритмические языки и программирование: ДРАКОН: учебное пособие для среднего профессионального образования. М.: Издательство Юрайт, 2023. 436 с.Parondzhanov V.D. Algorithmic Languages and Programming: DRAGON. Moscow: Yurajt Publ.; 2023. 436 p. (in Russ.)Долидзе А.Н. Обзор специфических функций языка FBD на примере программируемых реле Logo! // Инженерный вестник Дона. 2022. № 11(95). С. 1‒10.Dolidze A.N. Overview of specific functions of the FBD language using the example of Logo! Engineering journal of Don. 2022;11(95):1‒10. (in Russ.)Pardo M.X.C., Ferreiro G.R. SFC++: A Tool for Developing Distributed Real-Time Control Software // Microprocessors and Microsystems. 1999. Vol. 23. Iss. 2. PP. 75‒84. DOI:10.1016/S0141-9331(99)00015-0Pardo M.X.C., Ferreiro G.R. SFC++: A Tool for Developing Distributed Real-Time Control Software. Microprocessors and Microsystems. 1999;23(2):75‒84. DOI:10.1016/S0141-9331(99)00015-0Ахмерова А.Н. Языки программирования контроллеров. Особенности применения языков FBD, LD // Научный аспект. 2019. Т. 3. № 3. С. 340‒345.Akhmerova A.N. Controller programming languages. Features of the application of the languages. Nauchnyj aspekt. 2019;3(3):340‒345. (in Russ.)Nassi I., Shneiderman B. Flowchart techniques for structured programming // SIGPLAN Notices. Vol. 8. Iss. 8. PP. 12–26. DOI:10.1145/953349.953350Nassi I., Shneiderman B. Flowchart techniques for structured programming. SIGPLAN Notices. 8(8):12–26. DOI:10.1145/953349.953350Басов А.С. Классификация языков программирования и их особенности // Вестник науки. 2020. Т. 2. № 8(29). С. 95‒101.Basov A.S. Classification of Programming Languages and their Features. Vestnik nauki. 2020;2(8):95‒101. (in Russ.)Морозов Д.П., Слепнев А.В. Разработка анализатора кода C, C++ на языке Python с использованием Lex, Yacc // 74-я региональная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Студенческая весна ‒ 2020 (Санкт-Петербург, Россия, 26–27 мая 2020). СПб.: СПбГУТ, 2020. С. 28‒32.Morozov D.P., Slepnev A.V. Development of C, C++ code analyzer in Python using Lex, Yacc. Proceedings of the 74th Regional Scientific and Technical Conference of Students, Graduate Students and Young Scientists “Student Spring ‒ 2020”, 26‒27 May 2020, St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications Publ.; 2020. p.28‒32. (in Russ.)Lee W.I., Lee G. From natural language to Shell Script: A case-based reasoning system for automatic UNIX programming // Expert Systems with Applications. 1995. Vol. 9. Iss. 1. PP. 71‒79. DOI:10.1016/0957-4174(94)00050-6Lee W.I., Lee G. From natural language to Shell Script: A case-based reasoning system for automatic UNIX programming. Expert Systems with Applications. 1995;9(1):71‒79. DOI:10.1016/0957-4174(94)00050-6Пирогов В. Ассемблер для Windows. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2012. 896 с.Pirogov V. Assembler for Windows. BHV-Petersburg Publ.; 2012. 896 p. (in Russ.)Капустин Д.А., Швыров В.В., Шулика Т.И. Статический анализ корпуса исходных кодов Python-приложений // Программная инженерия. 2022. Т. 13. № 8. С. 394‒403. DOI:10.17587/prin.13.394-403Kapustin D.A., Shvyrov V.V., Shulika T.I. Static analysis of the source code of python applications. Software Engineering. 2022;13(8):394‒403. (in Russ.) DOI:10.17587/prin.13.394-403Кричанов М.Ю., Чепцов В.Ю. Защищенная UEFI-прошивка для виртуальных машин // Системный администратор. 2021. № 11(228). С. 75‒81.Krichanov M.Y., Cheptsov V.Y. Secure UEFI firmware for virtual machines. Sistemnyj administrator. 2021;11(228): 75‒81. (in Russ.)Макаров А.В., Скоробогатов С.Ю., Чеповский А.М. Common Intermediate Language и системное программирование в Microsoft.NET: учебное пособие. Москва, Саратов: Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), Ай Пи Ар Медиа, 2020. 397 с.Makarov A.V., Skorobogatov S.Y., Chepovskii A.M. Common Intermediate Language and system programming in Microsoft. NET. Moscow, Saratov: Internet University of Information Technologies Publ.; Ai Pi Ar Media Publ.; 2020. 397 p. (in Russ.)Красов А.В., Шариков П.И. Методика защиты байт-кода Java-программы от декомпиляции и хищения исходного кода злоумышленником // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1: Естественные и технические науки. 2017. № 1. С. 47‒50.Krasov A.V., Sharikov P.I. Methods of protection byte code java-programs from decompilation and theft of source code by an attacker. Vestnik of St. Petersburg State University of Technology and Design. Series 1: Natural and technical Sciences. 2017;(1):47‒50. (in Russ.)Израилов К.Е., Татарникова И.М. Подход к анализу безопасности программного кода с позиции его формы и содержания // VIII Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Россия, 27‒28 февраля 2019). СПб: СПбГУТ, 2019. С. 462−467.Izrailov K., Tatarnikova I. An Approach to Analyzing the Security of a Software Code from the Standpoint of Its Form and Content. Proceedings of the VIIth International Conference on Infotelecommunications in Science and Education, 27‒28 February 2019, St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications Publ.; 2019. p.462‒467. (in Russ.)Eunkyoung J., Seungjae J., Hojung B., Sungdeok C., Junbeom Y., Geeyong P., et al. Testing of Timer Function Blocks in FBD // Proceedings of 13th Asia Pacific Software Engineering Conference (APSEC'06, Bangalore, India, 06‒08 December 2006). IEEE, 2006. PP. 243‒250. DOI:10.1109/APSEC.2006.55Eunkyoung J., Seungjae J., Hojung B., Sungdeok C., Junbeom Y., Geeyong P., et al. Testing of Timer Function Blocks in FBD. Proceedings of 13th Asia Pacific Software Engineering Conference, APSEC'06, 06‒08 December 2006, Bangalore, India. IEEE; 2006. p.243‒250. DOI:10.1109/APSEC.2006.55McCanne S., Jacobson V. The BSD Packet Filter: A New Architecture for User-Level Packet Capture // Proceedings of the Winter USENIX Technical Conference, San Diego, USA, 25–29 January 1993. USENIX Association, 1993.McCanne S., Jacobson V. The BSD Packet Filter: A New Architecture for User-Level Packet Capture. Proceedings of the Winter USENIX Technical Conference, 25–29 January 1993, San Diego, USA. USENIX Association; 1993.Kim M., Jang H., Shin Y. Avengers, Assemble! Survey of WebAssembly Security Solutions // Proceedings of 15th International Conference on Cloud Computing (CLOUD, Barcelona, Spain, 10‒16 July 2022). IEEE, 2022. PP. 543‒553. DOI:10.1109/CLOUD55607.2022.00077Kim M., Jang H., Shin Y. Avengers, Assemble! Survey of WebAssembly Security Solutions. Proceedings of 15th International Conference on Cloud Computing, CLOUD, 10‒16 July 2022, Barcelona, Spain. IEEE; 2022. p.543‒553. DOI:10.1109/CLOUD55607.2022.00077Чувилин К.В. Параметрический подход к построению синтаксических деревьев для частично формализованных текстовых документов // Машинное обучение и анализ данных. 2016. Т. 2. № 2. С. 201‒217.Chuvilin К.V. Parametric Approach to the Construction of Syntax Trees for Partially Formalized Text Documents. Machine Learning and Data Analysis. 2016;2(2):201‒217. (in Russ.)Буйневич М.В., Израилов К.Е. Антропоморфический подход к описанию взаимодействия уязвимостей в программном коде. Часть 1. Типы взаимодействий // Защита информации. Инсайд. 2019. № 5(89). С. 78‒85.Buinevich M.V., Izrailov K.E. Anthropomorphic approach to describing the interaction of vulnerabilities in program code. Part 1. Types of interactions. Zaŝita informacii. Inside. 2019;5(89):78‒85. (in Russ.)Буйневич М.В., Израилов К.Е. Антропоморфический подход к описанию взаимодействия уязвимостей в программном коде. Часть 2. Метрика уязвимостей // Защита информации. Инсайд. 2019. № 6(90). С. 61‒65.Buinevich M.V., Izrailov K.E. Anthropomorphic approach to describing the interaction of vulnerabilities in program code. Part 2. Vulnerability metric. Zaŝita informacii. Inside. 2019;6(90):61‒65. (in Russ.)Израилов К.Е. Концепция генетической декомпиляции машинного кода телекоммуникационных устройств // Труды учебных заведений связи. 2021. Т. 7. № 4. С. 10‒17. DOI:10.31854/1813-324X-2021-7-4-95-109Izrailov K. The Genetic Decompilation Concept of the Telecommunication Devices Machine Code. Proc. of Telecom. Universities. 2021;7(4):10‒17. DOI:10.31854/1813-324X-2021-7-4-95-109 (in Russ.)Израилов К.Е. Применение генетических алгоритмов для декомпиляции машинного кода // Защита информации. Инсайд. 2020. № 3(93). С. 24‒30.Izrailov K.E. Applying of genetic algorithms to decompile machine code. Zaŝita informacii. Inside. 2020;3(93):24‒30. (in Russ.)Израилов К.Е., Романов Н.Е. Применение генетического алгоритма для реверс-инжиниринга машинного кода //XI Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Россия, 15‒16 февраля 2022). СПб: СПбГУТ, 2022. С. 239−243.Izrailov K.E., Romanov N.Е. Application of genetic algorithm for reverse engineering of machine code. Proceedings of the XIth International Conference on Infotelecommunications in Science and Education, 15‒16 February 2022, St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications Publ.; 2022. p. 239‒243. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.