informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASB10.37661/1816-0301-2024-21-4-85-98inform-1307Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИINFORMATION TECHNOLOGYК вопросу проектирования компьютерных систем на основе архитектуры нулевого доверияTowards the computer systems design based on Zero Trust ArchitectureБражукА. И.BrazhukA. I.

Бражук Андрей Иосифович, магистр естественных наук, ведущий инженер-программист Информационно-аналитического центра

ул. Ожешко, 22, Гродно, 230023

Andrei I. Brazhuk, M. Sc., Lead Software Engineer at the Information and Analytical Center

st. Ozheshko, 22, Grodno, 230023

brazhuk@grsu.byОлизаровичЕ. В.OlizarovichE. V.

Олизарович Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент, начальник Информационно-аналитического центра

ул. Ожешко, 22, Гродно, 230023

Evgeny V. Olizarovich, Ph. D. (Eng.), Assoc. Prof., Head of the Information and Analytical Center

st. Ozheshko, 22, Grodno, 230023

e.olizarovich@grsu.byГродненский государственный университет имени Янки КупалыYanka Kupala State University of Grodno2024301220242148598Copyright © Бражук А.И., Олизарович Е.В., 20242024Бражук А.И., Олизарович Е.В.Brazhuk A.I., Olizarovich E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/1307

Работа посвящена теоретическим и практическим аспектам проектирования компьютерных систем, базирующихся на концепции нулевого доверия. На основе системного подхода к анализу существующих систем нулевого доверия и теоретических моделей, используемых при их проектировании, в работе сформулированы ключевые проблемы реализации систем нулевого доверия. Также в рамках дисциплины шаблонов проектирования и безопасности рассмотрены принципиальное представление концепции нулевого доверия и абстрактная модель (шаблон) контроля доступа архитектуры нулевого доверия. Принципиальное представление может быть использовано для формализации абстрактных шаблонов проектирования и безопасности, а шаблон контроля доступа – для создания производных шаблонов и архитектур компьютерных систем на основе концепции нулевого доверия. Важная особенность шаблона контроля доступа заключается в возможности полнее формулировать функциональные требования и представлять архитектуры проектируемых систем за счет описания уровней контроля доступа (сетевой путь, сессия, транзакция).

The work is devoted to theoretical and practical aspects of computer systems design based on the zero trust concept. Based on the system thinking of analyzing existing zero trust systems and theoretical models used in their design, the work describes key problems of implementing zero trust systems. Also, based on design and security patterns, the principles representation of the zero trust concept and the abstract access control model (pattern) of the Zero Trust Architecture are considered.

The principles representation can be used to mine abstract design and security patterns, and the access control pattern – to create derivative patterns and architectures of computer systems based on zero trust. An advance of the access control pattern is the capacity to more fully formulate functional requirements and represent the architectures of the designed systems due to the description of access control levels (network path, session, transaction).

компьютерные системышаблоны проектированияшаблоны безопасностинулевое довериеархитектура нулевого доверияинформационная безопасностьcomputer systemsdesign patternssecurity patternszero trustZero Trust Architectureinformation securityReferencesZero Trust Architecture. Special Publication (NIST SP-800-207) / S. Rose, O. Borchert, S. Mitchell, S. Connelly. – Gaithersburg : National Institute of Standards and Technology, 2020. – 59 р.Rose S., Borchert O., Mitchell S., Connelly S. Zero Trust Architecture. Special Publication (NIST SP-800-207). Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology, 2020, 59 р.Kindervag, J. Build security into your network’s DNA: The zero trust network architecture / J. Kindervag // Forrester Research Inc. – 2010. – 27 р. – URL: https://www.virtualstarmedia.com/downloads/Forrester_zero_trust_DNA.pdf (date of access: 14.05.2024).Kindervag J. Build security into your network’s DNA: The zero trust network architecture. Forrester Research Inc., 2010, 27 р. Available at: chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/ https://www.virtualstarmedia.com/downloads/Forrester_zero_trust_DNA.pdf (accessed 14.05.2024).Riley, S. Market guide for ZTNA / S. Riley, N. MacDonald // Gartner. – 2020. – URL: https://www.gartner.com/en/documents/3986053 (date of access: 14.05.2024).Riley S., MacDonald N. Market guide for ZTNA. Gartner, 2020. Available at: https://www.gartner.com/en/documents/3986053 (accessed 14.05.2024).Cunningham, C. The zero trust eXtended (ZTX) ecosystem / C. Cunningham // Forrester. – Cambridge, MA, 2018. – 15 р. – URL: https://www.cisco.com/c/dam/m/en_sg/solutions/security/pdfs/forrester-ztx.pdf (date of access: 14.05.2024).Cunningham C. The zero trust eXtended (ZTX) ecosystem. Forrester, Cambridge, MA, 2018, 15 р. Available at: chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/ https://www.cisco.com/c/dam/m/en_sg/solutions/security/pdfs/forrester-ztx.pdf (accessed 14.05.2024).Кучер, В. А. Микросегментация в информационной безопасности / В. А. Кучер // Молодой исследователь Дона. – 2021. – № 3. – С. 54–56.Kucher V. A. Microsegmentation in information security. Molodoj issledovatel' Dona [Young Explorer of the Don], 2021, no. 3, pp. 54–56 (In Russ).Мурадова, А. А. Надежность и безопасность интернета вещей / А. А. Мурадова // SCHOLAR. – 2023. – Т. 1, № 27. – С. 109–117.Muradova A. A. Reliability and security of the internet of things. SCHOLAR, 2023, vol. 1, no. 27, рр. 109–117 (In Russ).Использование методов искусственного интеллекта для обеспечения кибербезопасности сотовых сетей связи / Е. Сейткулов, Д. Сатыбалдина, Н. Бисенбаева [и др.] // Вестник КазАТК. – 2024. – Т. 132, № 3. – С. 319–328.Sejtkulov E., Satybaldina D., Bisenbaeva N., Kasenova M., Zhүzbaev S. Using artificial intelligence methods to ensure cybersecurity of cellular networks. Vestnik KazATK [Bulletin of KazATC], 2024, vol. 132, no. 3, рр. 319–328 (In Russ).Набиев, Б. Р. Интеллектуальный анализ киберугроз: проблемы и перспективы / Б. Р. Набиев, К. Г. Дашдамирова // Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов и обработки изображений : сб. материалов XVII Междунар. науч.-техн. конф., Курск, 12–15 сент. 2023 г. – Курск, 2023. – С. 166–168.Nabiev B. R., Dashdamirova K. G. Intelligent analysis of cyber threats: problems and prospects. Optikojelektronnye pribory i ustrojstva v sistemah raspoznavanija obrazov i obrabotki izobrazhenij : sbornik materialov XVII Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii, Kursk, 12–15 sentjabrja 2023 g. [Optical-electronic Devices and Apparatuses in Pattern Recognition and Image Processing Systems : Collection of Materials of the XVII International Scientific and Technical Conference, Kursk, 12–15 September 2023]. Kursk, 2023, рр. 166–168 (In Russ).Assunção, P. A zero trust approach to network security / P. Assunção // Proc. of the Digital Privacy and Security Conf., Porto, Protugal, 16 Jan. 2019. – Porto, Protugal, 2019. – P. 65–72.Assunção P. A zero trust approach to network security. Proceedings of the Digital Privacy and Security Conference, Porto, Protugal, 16 January 2019. Porto Protugal, 2019, pp. 65–72.Карелова, О. Л. Сравнительный анализ межсетевых экранов нового поколения / О. Л. Карелова, Г. А. Лисин // Вестник УрФО. Безопасность в информационной сфере. – 2024. – Т. 1, № 51. – С. 22–29.Karelova O. L., Lisin G. A. Comparative analysis of new generation firewalls. Vestnik UrFO. Bezopasnost' v informacionnoj sfere [Bulletin of the Ural Federal District. Security in the Information Sphere], 2024, vol. 1, no. 51, рр. 22–29 (In Russ).Глухова, Т. В. Актуальность использования SECURITY AS A SERVICE в современных реалиях / Т. В. Глухова, Е. В. Горина, О. М. Ручина // Инновации в науке. – 2015. – № 11(48). – С. 115–120.Gluhova T. V., Gorina E. V., Ruchina O. M. The relevance of using SECURITY AS A SERVICE in modern realities. Innovacii v nauke [Innovations in Science], 2015, no. 11(48), рр. 115–120 (In Russ).Transparent microsegmentation in smart home {IoT} networks / A. Osman, A. Wasicek, S. Köpsell, T. Strufe // 3rd USENIX Workshop on Hot Topics in Edge Computing (HotEdge 20), Online, 25–26 June 2020. – USENIX Association, 2020. – URL: https://www.usenix.org/conference/hotedge20/presentation/osman (date of access: 14.05.2024).Osman A., Wasicek A., Köpsell S., Strufe T. Transparent microsegmentation in smart home {IoT} networks. 3rd USENIX Workshop on Hot Topics in Edge Computing (HotEdge 20), Online, 25–26 June 2020. USENIX Association, 2020. Available at: https://www.usenix.org/conference/hotedge20/presentation/osman (accessed 14.05.2024).Урбанович, П. П. Элементы современных компьютерных сетей и сетевых технологий / П. П. Урбанович, М. Д. Плонковски // Передовые технологии и материалы будущего : сб. ст. IV Междунар. науч.-техн. конф. «Минские научные чтения-2021», Минск, 9 дек. 2021 г. : в 3 т. – Минск : БГТУ, 2021. – Т. 3. – С. 240–246.Urbanovich P. P., Plonkovski M. D. Elements of modern computer networks and network technologies. Peredovye tehnologii i materialy budushhego : sbornik statej IV Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Minskie nauchnye chtenija-2021», Minsk, 9 dekabrja 2021 g. : v 3 tomah [Advanced Technologies and Materials of the Future : Collection of Articles of the IV International Scientific and Technical Conference "Minsk Scientific Readings-2021", Minsk, 9 December 2021 : in 3 Volumes]. Minsk, Belorusskij gosudarstvennyj tehnologicheskij universitet, 2021, vol. 3, рр. 240–246 (In Russ).Нурудинов, Г. М. Адаптивное управление трафиком в SDN-сетях с применением машинного обучения / Г. М. Нурудинов // Экономика и качество систем связи. – 2024. – № 1(31). – С. 114–122.Nurudinov G. M. Adaptive traffic management in sdn networks using machine learning. Ekonomika i kachestvo sistem svyazi [Economy and Quality of Communication Systems], 2024, no. 1(31), рр. 114–122 (In Russ).Предложение стратегии новой реальности: методология нулевого доверия / А. Нурушева, Р. Сафин, А. Амренов, Д. Сатыбалдина // Вестник КазАТК. – 2023. – Т. 127, № 4. – С. 140–147.Nurusheva A., Safin R., Amrenov A., Satybaldina D. Proposing a strategy for a new reality: zero trust methodology. Vestnik KazATK [Bulletin of KazATC], 2023, vol. 127, no. 4, рр. 140–147 (In Russ).Ward, R. Beyondcorp: A new approach to enterprise security / R. Ward, B. Beyer // Login: the Magazine of USENIX & SAGE. – 2014. – Vol. 39, no. 6. – P. 6–11.Ward R., Beyer B. Beyondcorp: A new approach to enterprise security. Login: the magazine of USENIX & SAGE, 2014, vol. 39, no. 6, рр. 6–11.Sallam, A. On the security of SDN: A completed secure and scalable framework using the softwaredefined perimeter / A. Sallam, A. Refaey, A. Shami // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – Р. 146577–146587.Sallam A., Refaey A., Shami A. On the security of SDN: A completed secure and scalable framework using the software-defined perimeter. IEEE Access, 2019, vol. 7, рр. 146577–146587.Fernandez, E. B. A critical analysis of Zero Trust Architecture (ZTA) / E. B. Fernandez, A. Brazhuk // Computer Standards & Interfaces. – 2024. – Vol. 89. – Р. 103832.Fernandez E. B., Brazhuk A. A critical analysis of Zero Trust Architecture (ZTA). Computer Standards & Interfaces, 2024, vol. 89, р. 103832Shitov, A. Software complex for risk-oriented attribute-based access control mechanism / A. Shitov, N. Stelmakh, S. Magomedov // International Journal of Open Information Technologies. – 2024. – Vol. 12, no. 6. – Р. 133–142.Shitov A., Stelmakh N., Magomedov S. Software complex for risk-oriented attribute-based access control mechanism. International Journal of Open Information Technologies, 2024, vol. 12, no. 6, рр. 133–142.Park, J. The UCONABC usage control model / J. Park, R. Sandhu // ACM Transactions on Information and System Security (TISSEC). – 2004. – Vol. 7, no. 1. – Р. 128–174.Park J., Sandhu R. The UCONABC usage control model. ACM Transactions on Information and System Security (TISSEC), 2004, vol. 7, no. 1, рр. 128–174.Fernandez-Buglioni, E. Security Patterns in Practice: Designing Secure Architectures Using Software Patterns / E. Fernandez-Buglioni. – John Wiley & Sons, 2013. – 582 р.Fernandez-Buglioni E. Security Patterns in Practice: Designing Secure Architectures Using Software Patterns. John Wiley & Sons, 2013, 582 р.Иванов, П. А. Модель реализации управления доступом к информационным активам в концепции нулевого доверия / П. А. Иванов, И. В. Капгер, А. С. Шабуров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2023. – № 45. – С. 147–163.Ivanov P. A., Kapger I. V., Shaburov A. S. Model for implementing access control to information assets in the zero trust concept. Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Elektrotekhnika, informacionnye tekhnologii, sistemy upravleniya [Perm National Research Polytechnic University Bulletin. Electrotechnics, Information Technologies, Control Systems], 2023, no. 45, рр. 147–163 (In Russ).Михневич, С. Ю. Эволюция понятия интероперабельности открытых информационных систем / С. Ю. Михневич, А. А. Тежар // Цифровая трансформация. – 2023. – Т. 29, № 2. – С. 60–66.Mihnevich S. Yu., Tezhar A. A. Evolution of the concept of interoperability of open information systems. Cifrovaya transformaciya [Digital Transformation], 2023, vol. 29, no. 2, рр. 60–66 (In Russ).Дулин, С. К. Алгоритм улучшения согласованности структурной интероперабельности / С. К. Дулин, А. Б. Рябцев // Надежность. – 2024. – Т. 24, № 2. – С. 8–15.Dulin S. K., Ryabcev A. B. Algorithm for improving structural interoperability consistency. Nadezhnost' [Reliability], 2024, vol. 24, no. 2, рр. 8–15 (In Russ).Dang, T. K. XACs-DyPol: Towards an XACML-based Access Control Model for Dynamic Security Policy / T. K. Dang, X. S. Ha, L. K. Tran. – 2020. – URL: https://arxiv.org/abs/2005.07160 (date of access: 14.05.2024).Dang T. K., Ha X. S., Tran L. K. XACs-DyPol: Towards an XACML-based Access Control Model for Dynamic Security Policy, 2020. Available at: https://arxiv.org/abs/2005.07160 (accessed 14.05.2024).Артамонов, В. А. Искусственный интеллект и безопасность: проблемы, заблуждения, реальность и будущее / В. А. Артамонов, Е. В. Артамонова // Россия: тенденции и перспективы развития. – 2022. – Вып. 17, ч. 1. – С. 585–594.Artamonov V. A., Artamonova E. V. Artificial intelligence and security: problems, misconceptions, reality and future. Rossiya: tendencii i perspektivy razvitiya [Russia: Development Trends and Prospects], 2022, iss. 17, part 1, рр. 585–594 (In Russ).Saltzer, J. H. The protection of information in computer systems / J. H. Saltzer, M. D. Schroeder // Proceedings of the IEEE. – 1975. – Vol. 63, no. 9. – P. 1278–1308.Saltzer J. H., Schroeder M. D. The protection of information in computer systems. Proceedings of the IEEE, 1975, vol. 63, no. 9, рр. 1278–1308.Добрышин, М. М. Тенденции развития теории информационной безопасности в условиях динамического изменения парадигмы применения информационно-технических воздействий / М. М. Добрышин // Экономика и качество систем связи. – 2022. – № 1(23). – С. 37–43.Dobryshin M. M. Trends in the development of information security theory in the context of dynamic change in the paradigm of the use of information technology impacts. Ekonomika i kachestvo sistem svyazi [Economy and Quality of Communication Systems], 2022, no. 1(23), рр. 37–43 (In Russ).Способ создания доверенной аппаратно-программной платформы для применения в информационных системах специального назначения / А. Ю. Боровиков, О. А. Маслов, С. А. Мордвинов, А. А. Есафьев // Безопасность информационных технологий. – 2021. – Т. 28, № 4. – С. 104–117.Borovikov A. Yu., Maslov O. A., Mordvinov S. A., Esaf'ev A. A. Method for creating a trusted hardware and software platform for use in special-purpose information systems. Bezopasnost' informacionnyh tekhnologij [Information Technology Security], 2021, vol. 28, no. 4, рр. 104–117 (In Russ).Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software / E. Gamma, R. Helm, R. Johnson, J. Vlissides. – Addison-Wesley Professional, 1994. – 416 р.Gamma E., Helm R., Johnson R., Vlissides J. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley Professional, 1994, 416 р.Валеев, С. С. Паттерны проектирования архитектуры нулевого доверия / С. С. Валеев, Н. В. Конд ратьева // Инженерный вестник Дона. – 2023. – № 9. – С. 105.Valeev S. S., Kondrat'eva N. V. Zero trust architecture design patterns. Inzhenernyj vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don], 2023, no. 9, р. 105 (In Russ).Чернышев, С. А. Классификация общих шаблонов проектирования мультиагентных систем / С. А. Чернышев // Программные продукты и системы. – 2022. – Т. 35, № 4. – С. 670–679.Chernyshev S. A. Classification of common design patterns for multi-agent systems. Programmnye produkty i sistemy [Software Products and Systems], 2022, vol. 35, no. 4, рр. 670–679 (In Russ).Ермоченко, С. А. Проектирование программного обеспечения / С. А. Ермоченко, Е. А. Корчевская. – Витебск : ВГУ имени П. М. Машерова, 2023. – 51 с.Ermochenko S. A., Korchevskaya E. A. Proektirovanie programmnogo obespecheniya. Software Design. Vitebsk, Vitebskij gosudarstvennyj universitet imeni P. M. Masherova, 2023, 51 р. (In Russ).Бражук, А. И. Онтологический анализ в задачах моделирования угроз системам на основе контейнерных приложений / А. И. Бражук, Е. В. Олизарович // Информатика. – 2023. – Т. 20, № 4. – С. 69–86.Brazhuk A. I., Olizarovich E. V. Ontological analysis in the problems of container applications threat modelling. Informatika [Informatics], 2023, vol. 20, no. 4, pp. 69−86 (In Russ.).Пасынкова, А. А. Проектирование архитектуры системы мониторинга на основе паттернов проектирования / А. А. Пасынкова, О. Л. Викентьева // Труды Института системного программирования РАН. – 2023. – Т. 35, № 3. – С. 137–150.Pasynkova A. A., Vikent'eva O. L. Designing a monitoring system architecture based on design patterns. Trudy Instituta sistemnogo programmirovaniya RAN [Proceedings of the Institute of System Programming of the Russian Academy of Sciences], 2023, vol. 35, no. 3, рр. 137–150 (In Russ).Brazhuk, A. An abstract security pattern for Zero Trust Access Control / A. Brazhuk, E. B. Fernandez // Proc. of the 29th Intern. Conf. on Pattern Languages of Programs (PLoP '22), Virtual Event, 17–24 Oct. 2022. – The Hillside Group, United States, 2022. – Article 2. – Р. 1–5.Brazhuk A., Fernandez E. B. An abstract security pattern for Zero Trust Access Control. Proceedings of the 29th International Conference on Pattern Languages of Programs (PLoP '22), Virtual Event, 17–24 October 2022. The Hillside Group, United States, 2022, article 2, рр. 1–5.

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