Registration Number
0826U005220, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
11-09-2026
popup.evolution
o
Чому дисертація має статус "Запланована"?
Title
Methods and Tools for Building an Automated Educational Software System for Cybersecurity (Cyber Range)
Author
Trokhym Babych,
popup.head Andrii Glybovets
popup.opponent Volodymyr Pasichnyk
popup.opponent Hryhorii Zholtkevych
popup.review Oleg Franchuk
popup.review Oleksiy Oletsky
popup.rada
National University of Kyiv-Mohyla Academy
Description
Бабич Т. А. Методи та засоби побудови автоматизованої освітньої програмної системи для кібербезпеки (кіберполігону). – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 122 «Комп'ютерні науки» (12 – Інформаційні технології). – Національний університет «Києво-Могилянська академія», Київ, 2026.
У роботі розв'язано важливу наукову задачу побудови автоматизованих освітніх програмних систем для практико-орієнтованого навчання у предметних областях з підвищеними вимогами до ізоляції середовищ виконання; особливим випадком таких систем є кіберполігон. Актуальність зумовлена кадровим розривом у галузі кібербезпеки, зафіксованим ENISA і ISC2, який перевищує чотири мільйони фахівців у глобальному масштабі, і додатково загострена для України повномасштабним вторгненням Російської Федерації. Роботу присвячено розробленню моделей, методів і архітектурних рішень для побудови такого класу систем з гарантованими властивостями цілісності моделі знань, безпеки конкурентного розгортання, поліморфної оркестрації гетерогенних виконавчих середовищ і доведеної автоматизованої перевірки коректності виконання завдань. Проаналізовано архітектури академічних (DETER, CRATE, KYPO, CyRIS, SecGen) і комерційних (Hack The Box, TryHackMe, RangeForce) кіберполігонів; встановлено, що жодне з наявних рішень не поєднує формалізованої моделі каталога компетентностей з перевірюваними інваріантами, поліморфної агентської оркестрації і автоматизованої перевірки коректності виконання завдань.
Сформовано модель каталога компетентностей як типізований орієнтований граф з трьома інваріантами (повноти покриття, ациклічності та замикання передумов) над таксономіями NICE Workforce Framework і MITRE ATT&CK, з'єднаними через шар лабораторних завдань. Доведено теорему про властивості цільового профілю робочої ролі: непорожність, замкненість за транзитивним замиканням передумов і збереження порядку покриття. Задачу мінімального покриття бракуючих компетентностей (MCCP) сформульовано як варіант задачі покриття множин, доведено її NP-важкість і запропоновано жадібний алгоритм поліноміальної складності з доведеною межею якості наближення. Розроблено метод стисненого інверсного індексу на основі RoaringBitmap для масштабованого зіставлення профілів компетентностей.
Розроблено поліморфний агентський протокол для гетерогенних виконавчих середовищ - контейнерних Docker і віртуальних машинних QEMU/KVM - через єдиний REST API і спільний абстрактний інтерфейс драйвера з адаптивним автоматом станів IDLE/ACTIVE/FAST. Безпеку конкурентного розгортання забезпечено комбінацією сервісу блокувань на атомарній операції SET NX у Redis і ACID-транзакції з блокуванням рядка сесії розгортання; доведено теорему про збереження інваріанта квоти. Розроблено протокол поетапного оновлення зі збереженням стану (stateful canary deployment) і доведено теорему про збереження активних сесій під час оновлення без прив'язки маршрутизації до клієнтських cookie.
Розроблено архітектуру програмної платформи Colo як інтегрованої реалізації запропонованих моделей і методів: близько 70 тисяч рядків коду на мові Python (фреймворк Django), 26 тисяч рядків JavaScript, 13 тисяч рядків HTML-шаблонів, 106 шаблонів лабораторних завдань і сімейство протокольно повних файлів remote_solver.py. Створено формалізовану мову опису лабораторних завдань (DSL) з валідацією через JSON-схему і детермінованою генерацією ключів на основі HMAC-SHA256 з індивідуальним для пари (user, lab) початковим значенням без зберігання ключів у базі даних. Реалізовано SDK з п'ятьма категоріями генераторів (crypto, forensics, stego, binary, network) та інтеграцію з системами управління навчанням за стандартом LTI 1.3.
Експериментально перевірено коректність рішень: у режимі теплого кешу медіана розгортання контейнерних завдань - 4,2 секунди, віртуальних машинних швидким NBD-шляхом - 3,0 секунди; стрес-тест зі 100 паралельних запитів від користувача з квотою 1 підтвердив теоретичну гарантію (створено рівно одну сесію, 99 відхилено); у 47 операціях оновлення за лютий-травень 2026 року не втрачено жодної активної сесії.
Практичне значення одержаних результатів. Платформу Colo впроваджено у навчальний процес бакалаврської програми з кібербезпеки факультету інформатики НаУКМА і у програму перенавчання ветеранів компанії Sheriff Company; практичну підготовку пройшли 102 особи (66 здобувачів і 36 ветеранів), а у версії V2 платформи станом на 20.05.2026 зафіксовано 4 042 розгортання ізольованих середовищ. Впровадження підтверджено актами.
Ключові слова: автоматизована освітня програмна система; кіберполігон; кібербезпека; інформаційна безпека; вразливості; практико-орієнтоване навчання; онтологія каталога компетентностей; типізований орієнтований граф; метод аналізу ієрархій; автомат станів; розподілені обчислення; LTI інтеграція; TLS протокол; рекомендаційна система навчальної траєкторії; теорія складності.
Registration Date
2026-09-15
popup.nrat_date
2026-09-15 / 2026-09-15
