Анализ и оценка доступной информации в области развития информационных технологий, а также технологий производства современных микропроцессоров и вычислительной техники в целом, позволяет сделать вывод о том, что в ближайшие три-пять лет возможен существенный, во многом революционный скачок в технологическом развитии ряда ведущих стран мира, обусловленный прорывом в повышении быстродействия вычислительных средств, а также фундаментальными изменениями в области создания программного обеспечения.
Реализация инновационных достижений в указанных областях позволит странам-лидерам научно-технической революции существенно увеличить технологический разрыв в отношении прочих стран мира, что в свою очередь повлечет дальнейшую эскалацию напряженности в поляризующемся глобальном мире нового информационного общества.
Так, исследовательскими подразделениями американской корпорации Intel (ведущего мирового производителя микропроцессоров) была подготовлена программа развития микроэлектронных приборов на период до 2015 годов. Программа получила название «Platform 2015» и отражает взгляды ведущих экспертов корпорации на проблему среднесрочного развития микропроцессоров и методов их программирования.
По мнению экспертов корпорации, микропроцессоры сейчас переживают важнейший этап своей эволюции. Грядущие перемены в области создания этих ключевых элементов современных компьютеров являются, по мнению специалистов Intel, станут самыми значительными с момента их появления.
Уже сейчас встает необходимость радикального пересмотра самих принципов создания микропроцессоров, без которого дальнейшее удвоение производительности микропроцессоров каждые 18 месяцев, определяющее развитие большинства высокотехнологичных направлений экономики и формирование информационного общества, становится невозможным.
Однако простое повышение уровня интегральности (количества транзисторных элементов на единицу площади кристалла) сегодня уже не позволяет достигать необходимых показателей. Для предстоящего качественного скачка необходим всесторонний пересмотр основ – технологических процессов, используемых в производстве микропроцессоров, их архитектуры и программного обеспечения.
В области технологии создания микропроцессоров сегодня достигнут практический потолок наращивания производительности кристаллов. Однако, существенного технологического прорыва в областях, способных заменить традиционные технологии (прежде всего в области оптоэлектроники, нанотехнологий и биотехнологий), за последние годы не произошло. В этой связи в среднесрочной перспективе, как полагают специалисты Intel, будет сохранено главенство кремниевой технологии в производстве микропроцессоров, однако будет существенно пересмотрена их архитектура.
По мнению специалистов Intel, анализ сегодняшних потребностей и тенденций в области информационных технологий и микроэлектроники свидетельствует о том, что процессоры и аппаратные платформы должны двигаться в направлении виртуализированной (непривязанной к конкретной аппаратной реализации), реконфигурируемой микропроцессорной архитектуры на уровне кристалла с большим количеством ядер, богатым набором встроенных вычислительных возможностей, подсистемой внутрикристальной памяти большого объема и с интеллектуальным микроядром.
Такое видение будущего подтверждается информацией о том, что руководство компании Intel сегодня крайне озабочено ситуацией, складывающейся на мировом рынке высоких технологий.
На протяжении многих лет Intel тесно сотрудничала с корпорацией Microsoft, однако в последнее время позиции этой компании и ее флагманского продукта — операционной системы Windows, на рынке заметно пошатнулись в связи с активным продвижением операционной системы Linux. Вместе с тем процессоры Intel оптимизированы именно под Windows и не выдерживают конкуренции при работе под Linux. Поэтому руководство Intel заинтересовано в том, чтобы последующие поколения микропроцессоров не были жестко привязаны к конкретной операционной системе. Кроме того, сегодня весьма остро стоит вопрос повышения защищенности ЭВМ, прежде всего от вирусных атак.
Решить эту задачу можно путем аппаратной и программной реализации, так называемой, «системы виртуализации ресурсов» или «системы виртуальных сред». Первые такие системы были созданы еще для больших ЭВМ, но на персональных ЭВМ такие системы существовали только в виде программных эмуляторов.
В этом направлении планы Intel предусматривают развитие ряда технологий, важнейшей из которых является многопроцессорная обработка на уровне кристалла. Такая архитектура способна обеспечить выполнение специализированных функций и высокий уровень адаптивности, необходимые для платформ будущего. Кроме ядер общего назначения, эти процессоры будут включать специализированные ядра для выполнения различных классов вычислений – таких, как графика, алгоритмы распознавания речи и обработка коммуникационных протоколов, безопасности (аппаратно реализующие функции шифрования, управления цифровыми сертификатами и др.).
Специалисты Intel отмечают, что традиционный настольный компьютер, реализующий основные элементы программы «Platform 2015», будет содержать от 8 до 16 процессорных ядер, а традиционный сервер – от 32 до 96 таких ядер, что позволит обеспечить необходимый уровень обработки возрастающих потоков информации.
Кроме того, экспертами Intel сегодня практически решены вопросы по использованию оптоволоконных и оптоэлектронных технологий для устранения узких мест в архитектуре компьютеров, связанных с низкой пропускной способностью системной шины и интерфейсов устройств ввода/вывода и оперативной памяти компьютера.
Созданные технологии позволяют существенно повысить пропускную способность системной шины, что даст возможность полнее использовать ресурс многоядерных процессоров, а вместе с тем снизить суммарное побочное электромагнитное излучение всей системы.
Вместе с осмыслением проблемных вопросов формирования новых взглядов на архитектуру микропроцессоров будущего, эксперты Intel отмечают и необходимость изменения подходов к разработке программного обеспечения для новой процессорной архитектуры. В работах Intel указывается на то, что существующая ситуация с созданием программного обеспечения исчерпала свои возможности.
Сегодняшняя сложность программных продуктов требует принципиального изменения и подходов к разработке программного обеспечения. Существующая концепция по-прежнему требует наличие системного аналитики или руководителя проекта, способного осмыслить и удержать в памяти все особенности разрабатываемого проекта, что с каждым годом становится все менее возможным. Кроме того, существующие приемы программирования не позволяют создавать надежное программное обеспечение, способное адаптироваться к изменению ситуации в процессе обработки информации. Использование человека-программиста вносит существенный вклад в низкую надежность создаваемого программного кода.
Все это, а также предстоящие изменения в архитектуре микропроцессоров, заставляет специалистов искать новые подходы к разработке программного обеспечения. Так, в последнее время в зарубежной литературе появилось значительное число публикаций по так называемым ДНК-компьютерам и ДНК-программированию. Основная идея работ – использование аналогии репликации белковых последовательностей в живых клетках для создания заданного программного кода. Кроме того анализ показывает, что последние достижения в области программирования уже находят применение при создании компьютерных вирусов.
Так, еще в конце 90-х годов в результате исследований научного центра компании IBM установлено, что существуют вирусы, для которых нельзя написать про]грамму, обнаруживающую их со 100%-ной вероятностью даже при наличии сигнатуры и проведе]нии его всестороннего анализа.
В дополнение к этому исследованию работы, проведенные в Университете Беркли (США), показали, что возможно создание интернет-червей в десятки раз более опас]ных, чем широко известные черви Nimda и Red Code. Отмечается, что такие активные интернет-черви, в отличие от упомянутых Nimda и Red Code, чей период распростране]ния длится от нескольких часов до нескольких дней, могут заразить все компью]теры в Интернете за 15 минут.
По мнению ряда аналитиков, это действи]тельно серьезная угроза, осо]бенно в совокупности с ин]формацией исследовательского центра IBM. Своевре]менно противопоставить ему антивирус просто невозможно. Практически все антивирусные компании, включая и россий]ские, обещают создать вакцину против нового вируса в течение 24 часов — для активных интернет-червей это слишком долго.
Кроме этого, на хакерских сайтах в последнее время появилось достаточно много информации о создании так называемых «метаморфных вирусов», а также об использовании при их разработке генетических алгоритмов и нейронных сетей.
В ме]таморфных вирусах, в отличие от обычных, полиморфных, в каждой новой копии изменяет]ся не отдельный фрагмент, а все тело, что существенно затрудня]ет их обнаружение. Применение технологии нейросетей поз]воляют создавать вирусы, эле]менты которых распределяются по сети и модифицируются ис]ходя из окружающих условий.
Сегодня уже разработан ряд алгоритмов, позволяющих писать вирусы, которые принципиально нельзя будет обнаружить ни одним из существующих способов ни сегодня, ни в ближайшем будущем.
Ряд специалистов отмечает, что вирус, написанный на виртуальной машине, требует много времени для анализа традиционными методами. Если такие вирусы распространяться, то вряд ли существующая антивирусная промышленность сможет с ними эффективно бороться. Это вполне закономерно. Вирусы рано или поздно должны были усложниться до той степени, когда несколько специалистов при помощи “ручного” анализа уже ничего не смогут сделать.
Наряду с проблемой массированных атак с использованием макровирусов и систем электронной почты, в последнее время получила огласку информация о работах в области создания «кибернетических организмов». Это небольшие (от 50 до 100 строк кода) программы, которые автоматически генерируются специальными пакетами программ с использованием алгоритмов генетической оптимизации, для минимизации длины кода. По некоторым данным, внедрение такой программы, к примеру, в автоматизированную систему управления воздушным движением позволит нарушителю парализовать работу крупного авиационного узла всего за несколько десятков минут. Программа по разработке этого вида средств программно-математичсекого воздействия в иностранной литературе получила название CVCM (Computer Virus Countermeasures).
Эксперты отмечают, что наиболее перспективным способом внедрения таких программ является способ дистанционного внедрения. При реализации этого способа используется дистанционное поражение автоматизированной системы путем наведения на нее вируса с помощью направленного электромагнитного поля, модулированного кодом вируса. Так, в частности в ряде информационных источников, связанных с перспективной американской системой космической связи Teledesic, встречается термин «пакет вложения», который может рассматриваться именно как подобного рода «кибернетический организм».
Еще одним направлением в совершенствовании информационного оружия является создание сети интеллектуальных программ-агентов, на которые обычно возлагаются функции обеспечивающего информационного оружия. Одной из таких разработок является программа GenPage и Genetix. Системы таких программ-агентов положены в основу формирования виртуальной архитектуры объединенной разведывательной информации (Joint Intelligence Virtual Architecture, JIVA).
Все вышесказанное говорит о том, что разрушительный потенциал компьютерных вирусов значительно усилился за последние годы. Совмещение новейших методов создания вирусного программного кода с новейшими аппаратными архитектурами даст новый качественный скачек в средствах информационного воздействия на ресурсы информационных систем. Сегодня необходимо искать принципиально новые пути противодействия этому виду информационного воздействия.
К сожалению, последние изменения, а особенно прогноз развития микропроцессорных технологий и программирования в России сегодня не получает необходимого осмысления и оценки в среде специалистов. Вместе с тем, Россия по-прежнему остается страной, полностью зависящей от поставок импортного оборудования и программного обеспечения. Такая тенденция сохранится и в ближайшей перспективе.
Однако, как показывает проведенный анализ, существующие наработки российской научной школы в области обеспечения защиты информации в вычислительных системах сегодня во многом базируются на традиционных и теперь уже устаревших подходах к программированию.
Во многих случаях используемые подходы к созданию систем защиты базируются на уникальных особенностях программной и аппаратной архитектуры.
Существующие методики анализа и верификации программного кода, а также методики выявления недекларированных возможностей программного обеспечения, как правило, базируются на классической архитектуре фон Неймана и машины Тьюринга, что практически не позволяет использовать их для решения подобных задач на базе новой многоядерной процессорной архитектуры с элементами виртуализации.
Это справедливо и для существующих методик проведения специальных проверок вычислительной техники на предмет выявления закладных устройств.
По мнению ряда российских экспертов, существующие сегодня в России методические подходы к проведению специсследований и спецпроверок не в полной мере соответствуют достигнутому уровню развития технологий.
Таким образом, сегодня крайне важно правильно оценивать направления и возможные последствия в развитии вычислительной техники, как основы формирования современного информационного общества. Недооценка темпов развития приведет к практически полному отставанию в этой области от развитых стран в области защиты информации.
Указанные выше тенденции в развитии работ, связанных с кардинальным изменением архитектуры микропроцессоров будущего и методов программирования подобных систем сегодня представляют серьезную угрозу национальной безопасности страны, и требуют активного изучения вопроса адаптации существующих подходов к оценке безопасности информационных технологий и аппаратного обеспечения к предстоящим изменениям.
Сергей Гриняев
