МЕТОД ОПТИМІЗАЦІЇ ПРОДУКТИВНОСТІ ТА ЗАХИЩЕНОСТІ КІБЕРФІЗИЧНИХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ НА ОСНОВІ БАЛАНСУВАННЯ ЗАВДАНЬ І РЕСУРСІВ

Анотація

У статті досліджується проблема забезпечення безпеки кіберфізичних систем реального часу (КФС РЧ), що функціонують у середовищах із жорсткими часовими обмеженнями та часто реалізуються мовами програмування без вбудованого захисту пам’яті, такими як C/C++. Традиційні механізми безпеки, призначені для універсальних обчислювальних систем, створюють значні додаткові витрати й обмежують продуктивність, що робить їх застосування у КФС РЧ проблематичним. Основною метою роботи є підвищення рівня захищеності цих систем при мінімальному впливі на часові характеристики виконання завдань. Для досягнення цієї мети запропоновано адаптивні механізми забезпечення цілісності потоків даних, керуючого потоку та вказівників із використанням консервативних оцінок найгіршого часу виконання (WCET) та резервного часу (slack time). Резервний час використовується для динамічного виконання додаткових перевірок без порушення дедлайнів, що дозволяє формально гарантувати своєчасність роботи системи. Потоки даних та керуючий потік формалізовано у вигляді графів із матрицями суміжності та досяжності, що забезпечує точну оцінку відповідності фактичних операцій заздалегідь визначеним політикам безпеки. Для вказівників застосовується контекстно-залежна вибіркова перевірка, що зменшує витрати часу на контроль. Розроблено узагальнену оптимізаційну модель, яка дозволяє балансувати між рівнем безпеки та продуктивністю шляхом використання доступного резерву часу та адаптивного планування завдань. Запропонований покроковий метод включає моделювання системи, аналіз механізмів захисту, оцінку та використання slack time, адаптивне планування завдань, інтеграцію просторової та часової ізоляції, динамічне управління безпекою та тестування із валідацією. Емпіричні дослідження підтверджують ефективність підходу: забезпечується своєчасне виконання критичних завдань, мінімізуються додаткові витрати на перевірки, підвищується рівень захищеності без шкоди продуктивності. Отримані моделі та методи створюють наукову основу для подальшого розвитку адаптивних механізмів безпеки КФС РЧ і їх інтеграції в ресурсоефективні системи реального часу.