29、以流程为中心的弹性检测方法与安全导向流程规范模型

以流程为中心的弹性检测方法与安全导向流程规范模型

在当今数字化的商业环境中，业务流程的弹性和安全性至关重要。一方面，需要有效的方法来检测业务流程的弹性，以确保在面对各种干扰时能够迅速恢复稳定运行；另一方面，要对业务流程进行全面的安全建模，防止数据泄露和违规操作。

社会网络分析助力流程弹性检测

在弹性检测领域，网络分析技术的适用性已在社会生态系统和计算机网络等领域得到探讨，但社会结构对业务流程弹性的影响尚未得到充分研究。为了构建适用于以流程为中心的信息基础设施的弹性检测工具，社会网络分析技术需能够评估主体在社会网络中的位置，这与实际流程执行和弹性措施密切相关。

社会网络分析技术在弹性检测中具有重要作用，它基于中心性度量、共同工作关系和事件类型等指标。例如，通过计算容量度量或相互依赖度量等弹性指标，社会网络分析技术可以支持对业务流程弹性的评估。具体来说，社会网络的中介性分析有助于发现流程中的瓶颈，而从事件日志中提取的社会网络分析指标，如工作交接指标，则可用于计算相互依赖度量。此外，社会网络分析结果可以通过可视化工具直观呈现，为决策者提供对弹性指标的直观理解。

自动化流程弹性检测器（PREDEC）的设计与评估

当前的研究致力于设计自动化流程弹性检测器（PREDEC），作为事后检查模块，以补充和支持现有的风险感知业务流程管理（BPM）架构。与侧重于设计时分析、基于威胁概率计算运营风险的方法不同，PREDEC将重点放在业务流程的相互依赖关系和级联潜力上，即所谓的涟漪效应。

PREDEC的检测服务旨在解决一系列问题，包括实际流程模型是否与预期概念相符、观察到的系统行为是否符合合规或安全标准，以及能否获取有关动态系统行为的更多信息，如恢复时间和退化率。为了提取这些相互依赖关系和动态信息，将采用一致性检查和流程发现等挖掘技术。

为了评估PREDEC的有效性，将与从业者合作进行实例化评估。在实际应用中，需要校准测量指标以满足不同组织的特定需求和目标。此外，还将通过专家访谈、启发式评估和认知走查等方法，检查PREDEC的需求，以确定决策者对所提出方法的接受程度和适用性。为确保PREDEC能满足不同规模公司的需求，将在德国的一家小型公司和一家大型公司进行评估。

传统信任观念与PREDEC框架

传统的信任观念侧重于构建强大的信息系统，通过减轻业务流程执行中的风险来避免失败。而PREDEC框架的核心前提是将鲁棒性和弹性相结合，提供更可靠的信息系统。这样的系统不仅能预防事件发生，还能在发生事件、故障或攻击后迅速恢复到稳定状态，并改进设计。

目前的工作只是初步探索，未来还需考虑如何将弹性管理集成到业务流程管理中，以及研究其他事件处理方法，如复杂事件处理和事件预测，是否能为PREDEC提供更合适的基础。

现有业务流程安全建模方法的局限性

目前，超过70%的业务流程依赖工作流管理系统实现自动化执行。虽然自动化流程带来了经济优势，如高效的信息交换、更高的灵活性和更低的基础设施成本，但也伴随着安全、隐私和合规性方面的风险，尤其是数据保密性问题。

现有的业务流程安全属性建模方法包括形式化语言和工业规范语言，但缺乏全面的安全建模方法。例如，UMLsec和SecureBPMN等方法虽然在一定程度上考虑了安全因素，但仍无法满足对业务流程进行全面安全推理的需求。

IF - Net：基于Petri网的安全导向流程元模型

为了解决上述问题，提出了IF - Net，这是一种基于Petri网的元模型，用于对业务流程的安全方面进行建模。IF - Net不仅包含了基本的工作流属性，如执行主体和转换条件，还允许对网络部分进行安全级别注释，以便进行后续的信息流分析。通过引入可区分的令牌类型，IF - Net能够以直观的方式对流程的控制流和数据流进行建模。

IF - Net的主要贡献包括：
- 定义了一种新的元模型，用于正式规范考虑功能和安全需求的流程。
- 通过案例研究展示了IF - Net的使用方法。
- 实现了IF - Net的Java版本，并在开源平台Sourceforge上提供。

IF - Net的最终目标是提供一种表达性强的形式化方法和自动化工具支持，用于在设计阶段识别与安全、隐私和监管要求的不兼容性。目前，正在进行将BPMN规范自动转换为IF - Net模型的工作，并使用概率模型检查工具PRISM对IF - Net模型进行检查。

相关工作对比

在业务流程建模和分析领域，有多种方法可供选择。传统的过程演算，如CSP、CCS和ACP，常用于形式化定义网络系统的行为，但在工作流建模方面存在一定局限性。例如，π - 演算虽然能够捕捉工作流的大部分控制流方面，但对于某些简单构造，难以提供正确的公式。

Petri网是一种常用的工作流建模方法，其中WF - net和WFD - net是早期的尝试。WF - net对Petri网的形状进行了限制，以确保模型具有业务意义；WFD - net则在WF - net的基础上考虑了数据元素和使用模式。然而，这些方法主要关注流程模型的一致性，未充分考虑安全属性。

其他应用Petri网理论进行工作流安全属性建模和分析的方法，可根据所考虑的安全属性进行分类。例如，Jian等人使用有色Petri网方言验证强制访问控制约束，Rakkay等人基于有色Petri网分析基于角色的访问控制要求，Zhang等人使用Petri网验证严格完整性策略，Atluri等人使用Petri网建模中国墙安全政策。此外，在信息流控制领域，也有一些相关的研究工作。

综上所述，社会网络分析技术为业务流程弹性检测提供了新的视角，PREDEC的设计和评估有助于提高业务流程的弹性，而IF - Net则为业务流程的安全建模提供了一种有效的方法。这些研究成果将有助于构建更可靠、更安全的业务流程管理体系。

以下是一个简单的mermaid流程图，展示PREDEC的工作流程：

graph LR
    A[业务流程执行] --> B[事件日志记录]
    B --> C[社会网络分析]
    C --> D[弹性指标计算]
    D --> E[PREDEC检测]
    E --> F{是否符合标准?}
    F -- 是 --> G[正常运行]
    F -- 否 --> H[采取改进措施]
    H --> A

下面是一个表格，对比不同业务流程建模方法的特点：
| 建模方法 | 关注重点 | 安全属性考虑 | 局限性 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| π - 演算 | 控制流 | 较少 | 部分构造难以建模 |
| WF - net | 流程一致性 | 无 | 未考虑数据元素 |
| WFD - net | 流程一致性和数据元素 | 无 | 特殊情况处理不佳 |
| IF - Net | 功能和安全需求 | 全面 | 处于发展阶段 |

以流程为中心的弹性检测方法与安全导向流程规范模型

不同安全属性建模方法的具体分析

在业务流程安全属性建模中，不同方法针对不同的安全属性有着各自的特点和应用场景。

对于强制访问控制约束的验证，Jian等人采用的有色Petri网方言，通过定义安全类和访问约束来对安全模型进行规范。这种方法能够精确地对强制访问规则进行建模，确保系统中的资源访问符合既定的安全策略。例如，在一个多用户的系统中，不同用户具有不同的安全级别，通过有色Petri网可以清晰地定义每个用户对不同资源的访问权限，防止非法访问。

Rakkay等人基于有色Petri网对基于角色的访问控制要求进行分析。在企业环境中，员工根据其角色具有不同的操作权限。这种方法可以根据员工的角色来分配相应的权限，并且通过Petri网的分析能力，验证权限分配的合理性和一致性。比如，在一个公司的财务系统中，会计角色和审计角色的权限是不同的，通过该方法可以确保角色权限的正确设置。

Zhang等人使用Petri网验证严格完整性策略。该策略基于一组完整性级别，通过分析Petri网的可达性图来发现策略违规。在一些对数据完整性要求极高的系统中，如医疗信息系统，数据的任何篡改都可能导致严重的后果。这种方法可以有效地检测数据在处理过程中是否保持了完整性。

Atluri等人使用Petri网建模中国墙安全政策，该政策主要涉及保密性和完整性，用于解决利益冲突问题。在金融行业，不同部门之间可能存在利益冲突，如投资部门和研究部门，通过中国墙安全政策可以防止信息的不当流动，保护客户的利益。

在信息流控制领域，Knorr的方法用于规范和验证多级安全要求，而Frau等人的工作则展示了结构非干扰的能力。这些方法可以帮助检测业务流程中潜在的信息泄露风险，确保敏感信息不会通过隐藏的信息流被泄露。

社会网络分析在弹性检测中的具体操作

社会网络分析技术在业务流程弹性检测中具有重要作用，其具体操作步骤如下：
1. 数据收集 ：收集业务流程执行过程中的事件日志，这些日志记录了各个主体之间的交互信息，如任务分配、工作交接等。
2. 网络构建 ：根据事件日志构建社会网络，将主体作为节点，主体之间的交互关系作为边。例如，在一个项目团队中，成员之间的沟通、协作等关系可以构成一个社会网络。
3. 指标计算 ：使用中心性度量、共同工作关系和事件类型等指标对网络进行分析。中心性度量可以评估节点在网络中的重要性，如中介中心性可以发现网络中的瓶颈节点；共同工作关系指标可以反映节点之间的协作紧密程度；事件类型指标可以根据不同的事件对网络进行分类和分析。
4. 弹性评估 ：根据计算得到的指标，评估业务流程的弹性。例如，通过计算容量度量和相互依赖度量等弹性指标，判断业务流程在面对干扰时的恢复能力和稳定性。
5. 结果可视化 ：使用可视化工具将社会网络分析结果直观地呈现出来，为决策者提供对弹性指标的直观理解。决策者可以根据可视化结果，快速发现业务流程中的问题，并采取相应的措施。

PREDEC的评估流程

为了确保PREDEC能够满足不同组织的需求，需要进行全面的评估，其评估流程如下：
1. 指标校准 ：根据不同组织的特定需求和目标，校准PREDEC的测量指标。不同组织的业务流程和安全要求可能存在差异，因此需要对指标进行调整，以确保评估的准确性。
2. 需求检查 ：通过专家访谈、启发式评估和认知走查等方法，检查PREDEC的需求。专家访谈可以获取专业的意见和建议；启发式评估可以根据既定的规则和经验对系统进行评估；认知走查则通过模拟用户的操作过程，发现系统中可能存在的问题。
3. 案例评估 ：在德国的一家小型公司和一家大型公司进行案例评估。小型公司和大型公司的业务规模、组织结构和业务复杂度不同，通过在这两类公司进行评估，可以验证PREDEC在不同场景下的适用性和有效性。
4. 反馈改进 ：根据评估结果，收集决策者和用户的反馈意见，对PREDEC进行改进和优化。不断改进系统，以提高其性能和用户满意度。

IF - Net的应用案例分析

为了更好地理解IF - Net的实际应用，下面通过一个简单的案例进行分析。假设一个公司的采购流程包括以下步骤：采购申请、审批、订单生成、供应商发货和收货确认。

在IF - Net中，可以对这个流程进行如下建模：
- 定义节点 ：将每个步骤作为一个节点，如采购申请节点、审批节点等。
- 定义边 ：根据流程的顺序，定义节点之间的边，表示流程的控制流。例如，采购申请节点到审批节点的边表示采购申请完成后进入审批流程。
- 安全级别注释 ：对每个节点和边进行安全级别注释，以确保数据在流程中的安全性。例如，采购申请节点可能包含敏感的采购信息，需要设置较高的安全级别。
- 令牌类型 ：引入可区分的令牌类型，分别表示控制流和数据流。例如，一个令牌表示采购申请的控制信息，另一个令牌表示采购申请的具体数据信息。

通过IF - Net的建模，可以对采购流程进行全面的安全分析，检测是否存在安全漏洞和违规操作。例如，通过信息流分析，可以检查数据是否在安全级别允许的范围内流动；通过对转换条件的验证，可以确保每个步骤的执行符合业务规则。

以下是一个mermaid流程图，展示IF - Net在采购流程中的应用：

graph LR
    A[采购申请] --> B[审批]
    B --> C[订单生成]
    C --> D[供应商发货]
    D --> E[收货确认]
    A -.-> F(数据信息)
    B -.-> F
    C -.-> F
    D -.-> F
    E -.-> F

下面是一个表格，总结IF - Net在业务流程安全建模中的优势：
| 优势 | 说明 |
| ---- | ---- |
| 全面性 | 同时考虑功能和安全需求，对业务流程进行全面建模 |
| 直观性 | 通过引入可区分的令牌类型，直观地表示控制流和数据流 |
| 可分析性 | 支持信息流分析和安全属性验证，便于发现安全问题 |
| 扩展性 | 可以根据不同的业务需求进行扩展和定制 |

综上所述，业务流程的弹性检测和安全建模是保障业务稳定运行和数据安全的重要方面。社会网络分析技术和PREDEC为弹性检测提供了有效的方法，而IF - Net则为安全建模提供了强大的工具。通过不断的研究和实践，这些方法和工具将不断完善，为构建更安全、更可靠的业务流程管理体系提供有力支持。