10.14489/vkit.2026.04.pp.031-036

DOI: 10.14489/vkit.2026.04.pp.031-036

Кунниев Х. М.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КИБЕРУСТОЙЧИВОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ NOSQL-КЛАСТЕРОВ С УЧЕТОМ ОТКАЗОВ И АТАК ОДНОВРЕМЕННО
(c. 31-36)

Аннотация. Проведено исследование киберустойчивости распределенных NoSQL-кластеров в условиях одновременного воздействия технических отказов и целенаправленных кибератак. Предложена оригинальная методика оценки, объединяющая метрики fault tolerance и cyber resilience на основе адаптированной модели R4 (Recognize–Resist–Recover–Restore). Рассмотрены особенности систем MongoDB, Cassandra и Redis: их отказоустойчивость (репликация, шардирование, кворумные протоколы), уязвимости (NoSQL-инъекции, обход Recovery Point Objective, атаки на координацию), а также механизмы криптографической защиты и восстановления. Описаны экспериментальный кластер и сценарии моделирования гибридных инцидентов. Проведено сравнение показателей времени восстановления (Recovery Time Objective), объема потерь данных (Recovery Point Objective) и уровня сохранения сервисности (Service Availability Index) для трех систем управления базами данных. Результаты подтверждают работоспособность методики и ее применимость для выбора архитектуры хранения в критически важных системах, включая интернет вещей и блокчейн-оракулы.

Ключевые слова: киберустойчивость; NoSQL; распределенные кластеры; гибридные инциденты; MongoDB; Cassandra; Redis; RTO/RPO; MITRE ATT&CK.

Kunniev H. M.
METHODOLOGY FOR ASSESSING CYBER-RESILIENCE OF DISTRIBUTED NOSQL CLUSTERS CONSIDERING SIMULTANEOUS FAILURES AND ATTACKS
(pp. 31-36)

Abstract. This paper introduces a novel methodology for evaluating the cyber resilience of distributed NoSQL clusters under simultaneous technical failures and adversarial cyberattacks – a hybrid threat scenario increasingly critical for modern infrastructure. Traditional metrics focused solely on fault tolerance or security are insufficient when attackers deliberately exploit system vulnerabilities to induce or exacerbate failures. We address this gap by extending the R4 cyber resilience framework (Recognize–Resist–Recover–Restore) with quantitative indicators derived from real-time system telemetry and security event logs. Three major NoSQL systems – MongoDB, Apache Cassandra, and Redis – were selected for analysis due to their architectural diversity and widespread adoption. Their native resilience mechanisms, including replication strategies, sharding models, and consensus protocols, were evaluated alongside known attack surfaces such as NoSQL injection, privilege escalation, and configuration tampering. A controlled testbed was constructed using Kubernetes-managed clusters. Hybrid incident scenarios were orchestrated by combining automated fault injection (node termination, network partitioning) with targeted security attacks mapped to MITRE ATT&CK tactics (T1190, T1078, T1548). Key performance indicators included Recovery Time Objective (RTO), Recovery Point Objective (RPO), Service Availability Index (SAI), and Attack-Induced Degradation Rate (AIDR). Empirical results demonstrate that Cassandra exhibits strong baseline fault tolerance but suffers significant performance degradation under coordinated quorum-based attacks. MongoDB's flexible schema increases vulnerability to injection attacks yet enables rapid recovery through schema-aware validation layers. Redis delivers the fastest recovery times but remains critically exposed to memory exhaustion and unauthorized persistence triggers without strict access controls. The proposed methodology provides a structured, measurable approach for architects to assess and compare NoSQL platforms in high-assurance environments such as IoT, financial services, and blockchain oracles. Practical recommendations include adaptive replication tuning, semantic query validation, and resilience-aware orchestration policies. This work contributes to the growing field of cyber-resilient system design by offering a unified evaluation model applicable beyond NoSQL databases to any distributed data layer facing hybrid threats.

Keywords: Cyber resilience; NoSQL; Distributed systems; Hybrid incidents; MongoDB; Cassandra; Redis; RTO/RPO; MITRE ATT&CK

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Х. М. Кунниев (Дагестанский государственный технический университет, Махачкала, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

H. M. Kunniev (Dagestan State Technical University, Makhachkala, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Язов Ю. К., Соловьев С. В. Методология оценки эффективности защиты информации. СПб.: Политехника, 2023. 258 с.
2. NIST SP 800-160 V. 2. Developing Cyber Resilient Systems: an application of systems security engineering principles [Электронный ресурс]. 2018. URL: https://csrc.nist.gov/publications/detail/sp/800-160/vol-2/final (дата обращения: 15.12.2025).
3. ISO/IEC 27000:2018. Information technology – Security techniques – Information security management systems – Overview and vocabulary. Geneva: International Organization for Standardization, 2018. 32 p.
4. Linkov I., Kott A. Fundamental Concepts of Cyber Resilience // Cyber Resilience of Systems and Networks / I. Linkov, A. Kott (eds.). Cham: Springer, 2019. P. 1–10. DOI: 10.1007/978-3-319-77492-3_1
5. Хамидуллин И. Р., Петров А. В., Иванов С. М. Анализ уязвимостей NoSQL-СУБД // Безопасность информационных технологий. 2024. № 2. С. 45–59.
6. Zhang Y., Zheng M., Lu Q. Cyber Resilience Metrics for Cloud Systems // IEEE Transactions on Cloud Computing. 2021. V. 9, no. 3. P. 1125–1138.
7. MITRE ATT&CK® Framework. Version 18 (October 2025) [Электронный ресурс]. URL: https://attack.mitre.org/ (дата обращения: 15.12.2025).
8. Гусляев Г. А. Кибербезопасность, цифровые риски и угрозы [Электронный ресурс] // Материалы конференции «Кибербезопасность цифрового предприятия». Москва, Россия, 4 декабря 2020 г. URL: https://cyberconf.ru/2020 (дата обращения: 15.12.2025).
9. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 10.03.01 «Информационная безопасность» (уровень бакалавриата): утвержден приказом Министерства науки и высшего образования Российской Федерации от 12 августа 2021 г. № 715 // Собрание законодательства Российской Федерации. 2021. № 8. Ст. 1234. Зарегистрирован в Минюсте России 18 февраля 2021 г. № 62548.
10. Lakshman A., Malik P. Cassandra: a decentralized structured storage system // ACM SIGOPS Operating Systems Review. 2010. V. 44, no. 2. P. 35–44.
11. OWASP Top 10 for API Security [Электронный ресурс]. 2023. URL: https://owasp.org/www-project-api-security/ (дата обращения: 15.12.2025).
12. Redis Security Model [Электронный ресурс]. URL: https://redis.io/docs/management/security/ (дата обращения: 15.12.2025).

Eng

1. Yakov, Yu. K., & Solovyov, S. V. (2023). Methodology for assessing the effectiveness of information security. Politekhnika. [in Russian language]
2. National Institute of Standards and Technology. (2018). NIST SP 800-160, Vol. 2: Developing cyber resilient systems: An application of systems security engineering principles. Retrieved December 15, 2025, from https://csrc.nist.gov/publications/detail/sp/800-160/vol-2/final
3. ISO/IEC 27000:2018. (2018). Information technology – Security techniques – Information security management systems – Overview and vocabulary. International Organization for Standardization.
4. Linkov, I., & Kott, A. (2019). Fundamental concepts of cyber resilience. In I. Linkov & A. Kott (Eds.), Cyber resilience of systems and networks (pp. 1–10). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-77492-3_1
5. Khamidullin, I. R., Petrov, A. V., & Ivanov, S. M. (2024). Vulnerability analysis of NoSQL DBMS. Bezopasnost' informatsionnykh tekhnologii, (2), 45–59. [in Russian language]
6. Zhang, Y., Zheng, M., & Lu, Q. (2021). Cyber resilience metrics for cloud systems. IEEE Transactions on Cloud Computing, 9(3), 1125–1138.
7. MITRE Corporation. (2025). MITRE ATT&CK® framework (Version 18). Retrieved December 15, 2025, from https://attack.mitre.org/
8. Guslyaev, G. A. (2020, December 4). Cybersecurity, digital risks and threats [Conference presentation]. Proceedings of the Conference "Cybersecurity of the Digital Enterprise", Moscow, Russia. Retrieved December 15, 2025, from https://cyberconf.ru/2020 [in Russian language].
9. Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation. (2021). Federal state educational standard of higher education in the field of training 10.03.01 "Information Security" (Bachelor's degree) (Order No. 715, August 12, 2021). Collected Legislation of the Russian Federation, No. 8, Art. 1234. Registered in the Ministry of Justice of the Russian Federation on February 18, 2021, Registration No. 62548. [in Russian language].
10. Lakshman, A., & Malik, P. (2010). Cassandra: A decentralized structured storage system. ACM SIGOPS Operating Systems Review, 44(2), 35–44.
11. OWASP Foundation. (2023). OWASP Top 10 for API security. Retrieved December 15, 2025, from https://owasp.org/www-project-api-security/
12. Redis. (n.d.). Redis security model. Retrieved December 15, 2025, from https://redis.io/docs/management/security/

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2026.04.pp.031-036

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2026.04.pp.031-036

and fill out the form