КИБЕРАТАКА

Ирония судьбы: Интернет, рожденный для обеспечения безопасности коммуникационных каналов страны при вражеской агрессии, представляет собой сейчас чрезвычайно уязвимый объект, от работы которого зависит безопасность и жизнедеятельность США. В 1996 году президент Билл Клинтон поручил Комиссии по защите особо важных инфраструктур разработать меры и составить план действий, предназначенных для защиты электрических, коммуникационных и информационных сетей от атаки возможного противника. Возможное нападение на Сеть сегодня может принять форму, отличную от той войны, к которой готовились создатели Сети. Для атаки вовсе не требуются ракеты, самолеты и пушки. Нападающие могут не покидать своих домов и не должны длительно готовиться к нападению, тайно наращивая мощь на границах. В современном мире сложилась ситуация, когда один человек, обладающий персональным компьютером и достаточными техническими навыками, может действительно поставить на колени целую страну. Современная система государственного и финансового управления настолько компьютеризована, что один удачливый кибертеррорист может обрушить американскую экономику. Страшно даже подумать о последствиях масштабных нарушений работы компьютерных систем, автоматически управляющих, например, системами электроснабжения, подачи газа и т.д.

ФБР (Федеральное бюро расследований США) определяет терроризм как «незаконное использование силы или угрозы против людей или имущества с целью запугать и заставить правительство и гражданское население действовать определенным образом для достижения поставленных террористами политических или социальных целей»⁹. Кибертерроризм означает именно такие действия, осуществляемые с помощью электронных информационных сетей. Эта угроза реальна, и многие политики опасаются кибертерроризма не меньше, чем атомной бомбы. Уже сейчас США уделяют этой проблеме огромное внимание: штаб Центра информационной войны в ЦРУ составляет более тысячи человек, а большинство крупных ведомств (ФБР, секретные службы, военно-воздушные силы и т.д.) уже завели собственные подразделения для борьбы с электронным терроризмом.

Образно говоря, в наши дни терроризм «призраком бродит по цивилизации», и страх перед ним вовсе не является свидетельством слабости или паранойи. Опасность кибертерроризма обусловлена многими факторами: это дешевое средство борьбы, его применение не подвергает непосредственной опасности жизнь исполнителей, и он может быть чрезвычайно эффективным. В свое время компьютерная система Пентагона уже была «атакована» во время военных учений Eligible Receiver, когда сотрудники Агентства национальной безопасности применили против Пентагона коммерчески доступные программы, что позволило им отключить Американскую систему электроснабжения и получить частичный контроль над Тихоокеанским флотом. Причем большинство этих «кракеров»[139] искусно замели следы, так что их не удалось идентифицировать.

На самом деле такие «умные» покушения на работу Сети составляют лишь часть проблемы, возможно, не самую значимую. Гораздо более простым и, вероятно, более эффективным является «тупой» подход — остановка работы Сети.

Безмасштабная топология Интернета гарантирует достаточную надежность работы системы при случайных поражениях отдельных узлов связи, поскольку структура сама обеспечивает достаточно быстрое формирование новых связей, позволяющих обходить поврежденный участок. Поэтому кибертеррористы скорее всего даже не будут пытаться пробовать разрушать участки Сети, а придумают новые методы, связанные, например, с особенностями Сети. Уже отмечалось, что в экспоненциальных сетях факт наличия некоторого значения для характеристической длины пути означает, что узлы такой сети равноценны. В то же время в безмасштабных сетях некоторые узлы «более равноценны», чем другие, причем именно наличие некоторого количества таких узлов высокой связности обеспечивает эффективность и надежность работы. Идентификация и повреждение таких важных узлов гораздо более эффективное средство террора, чем разрушение большого числа узлов случайным образом. Другими словами, при правильно выбранной стратегии нападения, учитывающей характерные особенности безмасштабных сетей, террористы могут нанести существенный вред немногочисленными, но направленными ударами. Интересно, что для экспоненциальных сетей обе стратегии — случайного или направленного поражения узлов — приводят приблизительно к идентичным результатам. Так что при направленных ударах экспоненциальные сети оказываются даже более устойчивыми, чем безмасштабные. В последних удаление каждого двадцатого узла высокой связности увеличивает характеристическую длину вдвое — очень резкое снижение эффективности передачи данных. Таким образом, кибертеррористам для эффективной атаки необходимо лишь идентифицировать небольшое количество узлов высокой связности. С другой стороны, эти же особенности Сети диктуют стратегию защиты — наиболее «высокие» барьеры необходимо возводить именно вокруг таких узлов.

Легко заметить, что топологическая структура Интернета делает его похожим на природные, естественные объекты. Чаще всего переработку информации в Интернете уподобляют работе мозга, и это сравнение вовсе не метафора, так как Строгац и Ватте показали, что характерные особенности обнаруженных ими «сетей малых миров» действительно имеют аналогии в живой природе. В частности, им удалось доказать, что нейронная сеть нервной системы червя Caenorhabditis elegans (паразитная нематода) имеет именно такую топологию и отличается высокой степенью кластеризации при малых значениях характеристической длины пути между нейронами. Гипотеза о некоторой «естественности» Интернета подтверждается и результатами исследований группы Альберт—Барабаши, продемонстрировавших удивительные аналогии между безмасштабной сетью Интернета и реальными сетями жизнеобеспечения в клетках многих организмов.

Возможно, важнейшей основой жизни является метаболизм, т. е. способность организмов превращать вещества, поступающие из окружающей среды, в энергию и молекулы, необходимые для жизнедеятельности клеток. Например, клеткам человеческого организма необходимы аминокислоты, жиры и сахара, которые мы получаем из продуктов питания, а также витамины, микроэлементы, вода, кислород и многие другие вещества. С помощью ферментов они превращают поступающие извне вещества в новые ферменты, нуклеиновые кислоты, гормоны, высокоэнергетические молекулы и т. п. Последовательности реакций, преобразующих поступающие извне вещества в требуемые организму молекулярные формы, биохимики называют метаболическими цепочками.

Все без исключения такие цепочки являются не линейными, а разветвленными и взаимосвязанными. Поступающее в организм «сырье», например, глюкоза, может быть переработано и использовано во множестве метаболических реакций и процессов, причем высокоэнергетические молекулы, созданные в результате расщепления этого сахара, сами затем используются в качестве источника энергии в других метаболических цепочках. Процессы метаболизма в организме объединяются в сеть химических превращений, где конкретное химическое соединение соответствует вершине графа, а реакции (протекающие в основном с участием ферментов) — ребрам графа, связывающим его вершины друг с другом (рис. 16.6).

Группа Барабаши изучила такие сети метаболизма для 43 самых различных типов живых организмов, от бактерий через растения к высшим формам типа червей, и обнаружила, что во всех случаях функция распределения числа связей является безмасштабной, т. е. вероятность обнаружения узлов с заданным числом связей описывается степенным законом. Это означает, что в сети метаболизма существуют особые центры повышенной связности, играющие принципиальную роль в организации процессов в целом. Молекулы, связанные с такими центрами, и их относительная важность в сети метаболизма оказались одними и теми же для всех живых организмов, что является отражением единства всего процесса эволюции.

Безмасштабная структура метаболических сетей имеет вполне разумное объяснение в рамках эволюционной теории, так как она делает метаболизм относительно нечувствительным к небольшим нарушениям или случайным флуктуациям. Предположим, что в организме произошел сбой в работе одного или двух ферментов, вызванный, например, генетическими дефектами, в результате чего затрудняются или становятся невозможными некоторые важные реакции в сети метаболизма и возникает угроза существованию всего организма в целом. Наличие безмасштабной структуры в такой ситуации позволяет обойти эту сложность и выработать требуемые организму вещества в другой последовательности реакций, что можно считать очень удачным «инженерным» решением природы проблемы «проб и ошибок» в естественном отборе.

С другой стороны, слабость безмасштабных сетей состоит в их чувствительности к хорошо «спланированным» нападениям, целью которых являются узлы сети с высокой связностью, чья гибель приводит к распаду сети. Именно на этом основано действие большинства бактерий. Но это же свойство может быть использовано при разработке лекарств для отражения бактериальной инфекции. Определив «слабые места» бактерий, мы можем направить на них атаку лекарств. Понимание структуры сети метаболизма бактерий станет первым шагом к определению подходящих целей. В этом сценарии мы выступаем в роли цитотеррористов (цито — клетка) и наши намерения, конечно, с нашей, человеческой точки зрения, совершенно оправданны и благи.

В связи со сказанным возникает еще один вопрос: а не являлись ли массовые отключения энергетических сетей, например, в США и Италии в 2003 году следствием топологических неувязок в этих весьма сложных структурах? Хотя, строго говоря, пока никто не задавался вопросом, имеют ли сети электроэнергетики безмасштабную топологию. Барабаши считает, что это предположение имеет право на существование, и пишет по этому поводу: «[Августовские] отключения энергии нельзя объяснить просто сбоями в работе оборудования, небрежностью персонала или ошибками проектирования. Возможно, такие сбои энергетической системы можно связать лишь с тем, что мы не понимаем последствий объединения и глобализации энергосистем в мировом масштабе, то есть игнорируем возможные последствия развития внутренней связности в столь сложных системах»¹⁰. Барабаши отмечает, что энергетические сети подвержены каскадным процессам, когда нарушение в одном месте направляет электроэнергию на другие линии, приводя к усилению перегрузки и новым отключениям. «Каскадные отключения характерны для большинства сложных систем».¹¹