網絡安全

蘇洲

摘要：隨著移動通信和智能設備的迅速發展，5G通信網絡以其高速率、廣連接、低時延引發了新一代的信息網絡變革。如何建立可信、可靠、可管的5G通信網絡面臨一系列網絡安全挑戰。網絡空間安全已成為5G通信網絡發展的基石所在。在回顧網絡安全技術發展的基礎上，探討了5G通信網絡面臨的新型安全問題，并結合用戶隱私保護、信任管理和數據存儲3個方面研討了相應的網絡安全保護策略。

關鍵詞：5G通信網絡;網絡安全;用戶隱私保護;信任管理;數據存儲

Abstract： With the rapid development of mobile communication and intelligent devices， the 5G network has emerged as a new revolution for information networks， which can provide high speed， wide connection and low delay to improve the quality of service for mobile users. How to establish the credible， reliable and manageable 5G communication network faces a series of network security challenges， which are keystones for 5G communication. In this paper， the security problems in the 5G communication network are discussed， and the corresponding network security solutions including privacy protection， trust management and data storage are studied.

Key words： 5G communication network; network security; user privacy protection; trust management; data storage

1 移動網絡安全發展

從古代的飛鴿傳書到今日的第5代通信技術（5G），通信與人類歷史的發展緊密相關。尤其是近幾十年來，隨著無線通信技術的快速發展和不斷變革，移動網絡從基于模擬信號的第1代通信技術（1G）逐漸發展到基于數字信息的5G，業務類型也從單一的語音通話轉變到語音、數據、多媒體等綜合業務并行發展。與此同時，通信網絡安全問題也逐漸地引起了人們的廣泛關注和討論。

1G作為第1代的移動通信技術，其網絡安全也處于起步階段。1G移動通信系統的語音業務基于模擬信號，每一個語音通話都會在無線電發射塔中回放，使得語音通話有可能受到第三方的竊聽、劫持或篡改[1]。第2代通信技術（2G）主要是基于全球移動通信系統（GSM）的語音業務，其網絡安全主要面向語音通話應用[2]。2G通信網絡利用GSM數字信息進行信息交換和數據傳輸。GSM可實現基于共享秘鑰的用戶認證、基于A5/1和A5/2流秘密無線通信加密、基于用戶身份識別卡（SIM）安全模塊的用戶身份保密等網絡初步安全[1]。

第3代通信技術（3G）除了提供語音業務外，還支持多媒體業務、數據業務等多種信息業務，從而提供了支持語音和數據并重的業務環境。該業務環境給通信網絡系統提出了新的安全特性需求。3G通信網絡安全措施主要有用戶身份認證、消息認證和機密、無線借口存取控制等[2]。第4代通信技術（4G）網絡與2G、3G網絡相比，在傳輸速率、通信質量及穩定效果等多個關鍵點都獲得了突破性進展。與傳統網絡相比，4G出現了多項新技術來提升網絡服務的安全性：在無線接入網方面，4G網絡通過安全傳輸、安全接入、身份認證、安全信息數據過濾、訪問控制等方式提升了接入網安全性能;在移動智能終端方面，4G網絡利用物理硬件防護、強化操作系統等方式在保護網絡設備安全上取得了一定進展[3]。

2 5G通信網絡安全挑戰

5G網絡的服務多樣性使其不再局限于個人用戶，它不僅能為智能終端提供更快的通信速率或更豐富的功能，還將服務于移動物聯網等垂直行業，并衍生出多種新服務和新應用。由于不同垂直行業的業務目標不同，5G網絡服務之間的安全需求也有較大差異。例如，移動物聯網設備要求輕量級網絡安全，而高速移動服務要求高效移動安全，因此，基于網絡的逐跳安全的保護方法無法為多樣化的服務構建差異化的端到端通信安全。隨著物聯網的蓬勃發展，越來越多的人能夠遠程操作聯網設備或與聯網設備“交談”。例如，指示智能家居的啟動和關閉。因此，在5G網絡中，需要更嚴格的網絡安全維護方法來有效應對諸如物聯網設備未經授權的訪問等帶來的網絡安全課題[4]。

虛擬與現實是5G的另一熱點。以網絡功能虛擬化（NFV）/軟件定義網絡（SDN）為代表的相關技術被廣泛應用于5G網絡中來提供更靈活、更高效、更低成本的相關網絡服務。雖然NFV與SDN提高了5G網絡的效率和性能，但新的安全問題也隨之產生。傳統網絡中，網絡節點的安全性很大程度上取決于它們物理實體間的隔離程度。然而，在5G網絡中，NFV技術使得部分網絡節點以虛擬網絡節點的形式部署在基于云處理器的基礎設施上。因此，為了保證5G業務在VNF環境中的安全運行，需要開發出更可靠的隔離方法和技術。SDN技術的應用可以提高5G網絡數據傳輸速率，優化資源配置。但在5G環境中，也需要考慮SDN控制虛擬網絡節點和轉發節點的安全隔離策略和可信管理方案，并保證SDN流表的可靠性和執行的準確性。

異構性是5G網絡的另一主要技術特征。異構性不僅體現在諸如WiFi和長期演進（LTE）等接入技術的不同，還體現在接入網絡架構的差異化和多樣化;因此，5G網絡需要構建綜合安全機制，在多樣化的接入技術和接入網絡架構上建立安全的服務網絡。物聯網設備在5G網絡接入方式上有多種選擇，如設備直接連接網絡，通過接入點匯聚后連接到網絡，或通過設備到設備（D2D）、中繼等方式連接到網絡;因此，5G物聯網設備和網絡之間需建立準確的信任關系，需要高效、輕量級的安全管理方式。

5G網絡還具有深度推廣性，包括遠程醫療、智能家居、智能交通在內的越來越多的垂直產業將采用5G網絡。作為開放的平臺，5G網絡引起了人們對隱私泄露的密切關注。移動通信網絡作為網絡訪問的主要方式，承載著大量的個人隱私信息（如身份、位置和隱私內容）的數據和信令。為了提供差異化的服務質量，網絡可能需要感知用戶使用的服務類型，而服務類型往往涉及用戶隱私，有產生用戶隱私泄露風險。因此，為了保護用戶隱私，5G網絡需要提供更加嚴密和廣泛的保護技術。

3 5G通信網絡安全舉措

3.1 隱私保護機制

以5G通信網絡內容分發為例，例如在微信好友間的圖片、視頻的分享和傳遞過程中，移動用戶在本地生成內容，然后將內容上傳到內容分享服務器，最后內容請求用戶可以從內容分享服務器中獲取所需的內容。然而，由于用戶產生的內容往往包含用戶位置隱私信息，內容分享后易造成隱私泄露。若惡意用戶或者不可信服務器泄露這些位置隱私信息，會造成用戶人身和財產的損失和危害。因此，在5G網絡中需要建立合理的隱私保護機制來避免用戶隱私信息的泄露。

假名變換策略和匿名算法有助于保護5G通信網絡中的用戶隱私。在5G網絡中，移動用戶通過不定期變換通信使用的假名，隱藏自己的位置信息與真實身份之間的映射關系，從而防止位置隱私的泄露。在匿名算法中，針對一般用戶對不可信內容分享服務商的位置隱私泄露問題，通過將移動用戶的真實位置泛化為[k]個在概率上不可區分的位置，使得攻擊者獲得用戶真實位置的概率最高為[1k]，從而確保移動用戶位置的隱私性。

3.2 信任管理機制

5G通信網絡中，移動用戶可以作為感知節點來感知環境信息。例如，在群智感知中，感知服務請求者向感知服務平臺發布感知任務，感知服務平臺根據感知任務請求移動用戶完成感知任務，移動用戶將感知結果返回給感知服務平臺，最后感知服務平臺將感知結果發送給感知服務請求者。然而，移動用戶為了節省資源，獲取利益，有可能向感知服務平臺注入虛假或者惡意的感知數據，造成感知結果不準確甚至破壞網絡的正常運行。因此，在信息感知服務過程中，需要對參與感知任務的移動用戶進行信任分析，選取可信用戶的感知數據。

面向5G通信網絡，對用戶進行信任評估的方法可大致分為以下的2類：

（1）集中式信任管理機制。該機制利用集中式處理器獲取信任信息，并實時管理和實現全局的用戶信任評估。集中式處理器可以通過統計感知用戶任務完成情況來實現信任評估，也可以根據感知服務平臺對感知用戶的評價來評估用戶的信任值。

（2）分布式信任管理機制。該通過模擬現實社會的用戶社交關系來建立和維護用戶信任信息，將移動用戶信任的評估分散到多個不同的實體，并通過實體之間的通信和信任推薦來實現各個實體自主地對移動用戶的信任評估。

3.3 災備緩存機制

無線終端的迅速普及和無線通信技術的快速發展也帶來了不容忽視的帶寬壓力和服務延遲。5G網絡通過將內容存放在離用戶較近的邊緣緩存設備上，降低服務延遲，緩解骨干網絡帶寬壓力。然而，由于網絡組網模式異構性和緩存設備可靠性的不一致性，較低可靠性的節點易遭到攻擊，緩存內容易遭到篡改和丟失。因此，在5G網絡中需要合理的內容緩存機制來確保緩存內容的安全性和緩存服務的可靠性。

基于云服務器的內容災備機制利用多個云服務器作為邊緣緩存設備的災備服務器，為緩存內容提供協作災備服務，從而防止緩存內容在邊緣緩存服務器上丟失、損壞和篡改。在基于邊緣緩存服務器協作的內容災備機制中，由于邊緣緩存服務器的異構性和差異性，多個邊緣緩存服務器具有不同的安全性能和緩存性能;因此，多個邊緣緩存服務器能夠相互協作災備緩存內容，從而提高單個邊緣緩存服務器緩存服務的可靠性，提高緩存內容的安全性。

4 結束語

5G通信網絡在新一代通信網絡的布局和規劃中起著戰略性的關鍵作用。網絡安全是保障5G進一步推進、普及和應用的關鍵所在，用戶隱私、信任管理、災備存儲等方面已成為5G網絡安全的關鍵課題和挑戰，其核心技術勢必會促使相關產業的變革和發展，為人們帶來安全、迅速、綠色的5G通信網絡體驗。

參考文獻

[1] PAVIA J， LOPES D， CRISTOVAO P， et al. The Evolution and Future Perspective of Security in Mobile Communications Networks [C]// International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems. Germany： ICUMT. 2017：267-276.DOI：20.1109/ICUMT.2017.8255180

[2] 曹鵬， 文灝， 黃載祿. 第三代移動通信系統安全[J]. 移動通信， 2001， 1（1）： 20. DOI：10.3969/j.issn.1006-1010.2001.01.004

[3] 李煒鍵， 孫飛. 基于4G通信技術的無線網絡安全通信分析[J]. 電力信息與通信技術， 2014， 12（1）： 127. DOI：10.3969/j.issn.1672-4844.2014.01.028

[4] IMT-2020（5G）推進組. 5G網絡安全需求與架構白皮書[R]. 2017