城市軌道交通信號系統的信息安全

王德文、葛健、費瑞東、劉遜逸、周天熠

（1.合肥市軌道交通集團有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽風雪網絡安全測評有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

軌道交通要發展、要壯大、要完善，需要有科學、合理的技術作為保障。當前，對于軌道交通控制來說，信號系統是支撐軌道交通運營控制的基礎和核心部分，很多城市軌道交通信號系統由于缺少高水平的信息安全防護技術，使得系統難以隨著需求的發展而進行拓展。在安全技術不夠強大的情況下，系統體量越大，相對來說信息就更加容易外泄。

交通的正常運行是在系統正常的基礎上開展的,而電腦病毒對系統影響非常大。例如，受病毒影響，信息提示中毒或錯誤顯示，可能對乘客的安全造成影響。有些城市軌道交通信號系統仍然存在信息泄露的風險。這不僅影響了系統的安全性，還有可能因為一些數據的泄露造成城市軌道交通信號系統服務質量下降，對我國城市軌道交通的發展也會產生負面的影響。

1 城市軌道交通系統信號系統及其發展

城市道路信號系統是一個復雜的計算機控制系統，主要對當前的時間、環境、線路和信號進行實時采集和控制，根據這些信息對列車運行進行控制，以保證列車運行的安全，提高列車運行的效率。這是一種典型的軟硬件結合的計算機技術，其目的是規劃列車在軌道上的運行，并分析運行中可能出現的沖突和潛在風險。信號系統在解決運行調度問題時，本質是一個全局的優化問題，要求信號系統實時監控列車運行的各種信息，并根據既定的運行計劃實現列車與運行道岔的切換，制定列車運行指南，并在列車運行決策過程中指導列車司機。

目前，城市軌道交通信號系統逐漸由集中式控制、人工駕駛階段向分散式控制、自動駕駛方向發展，控制和調度功能復雜，是一種軟硬件結合的結構。城市軌道交通的加速運營策略應從提高列車運行速度、增加列車運行密度、提高列車運行效率等方面考慮。提高軌道信號系統的可靠性是一項重要任務。

近年來，信號系統的逐步發展，為軌道交通的安全、高效、運營管理、節能減排和平穩運行提供了明確的功能保障。

安全功能：主要包括列車運行安全和乘客安全，為司機提供相應的信號和準確的道岔引導控制?；趥鹘y信號系統提供連續的速度保護，有效地避免了列車運行的沖突?？梢愿鶕@些控制信息合理控制換乘時間，在加速制動的同時保證旅客運輸的舒適性和安全性。

運輸效率和可靠性：城市軌道列車不僅要保證安全穩定，還要保證最大可能的經濟效益。

采用報警系統：一方面提高列車在同等條件下的運行速度，另一方面，列車運行密度的增加最終導致列車運行效率的明顯提高。它的發展大大縮短了列車的總運行間隔，使列車的運行間隔從最初的幾十分鐘縮短到了幾分鐘。城市軌道交通信號的應用極大地提高了軌道運輸的效率。

運營管理服務功能：軌道信號系統是由多個信號設備組成的復雜網絡結構，能夠收集、傳輸、存儲和管理列車運行的各個方面信息。根據實時收集的信息，管理人員可以輕松控制列車運行。并根據運營狀況制定相應的運營計劃，在保證安全、提高性能、節約成本的同時，隨著自動駕駛儀的逐步引入，列車運行的系統控制將提高運營管理水平。

節能減排能力：節能減排是當今的一個重要話題。軌道交通報警系統與自動駕駛相結合，將有效降低列車運行能耗。列車牽引控制將在線路上合理分配。一方面保證列車線路區段的安全，另一方面降低牽引能耗，對節能減排起到重要作用。

2 城市軌道交通信號控制系統的優點

城市軌道交通信號控制系統是一個能夠維持交通安全、具有科學性的控制系統，它含有許多的優點：

第一，城市軌道交通信號控制系統是一個完全獨立的系統，不需要與其他設備相連接，能夠很好實現單獨的操作，正是由于它的獨立性使得它能夠很方便的進行安裝和調試操作。

第二，城市軌道交通信號控制系統和其他系統不同的是其含有雙向傳導，而且還能夠實現對大量信息的傳導工作。

第三，城市軌道交通信號控制系統含有一個十分有趣的構造——閉塞，可以通過移動閉塞來實現兩列車之間距離的縮小，既有助于行車安全性的增加，還能夠提高行車的速度。

第四，該系統能夠隔空對列車運行起到控制與指揮的作用，自動化水平高，不需要依靠諸多人力資源也能夠實現服務質量的提升。

第五，該系統還有一個十分優質的點，就是每輛列車之間的行車控制，保障行車的安全性，提高列車的運行效率。

3 信息安全技術在軌道交通信號系統中的應用

3.1 通信網絡安全

數據傳統除了在可靠網絡間傳播時，有時也會在一些并不可靠的網絡中進行傳播。這兩者有什么區別？實際上，前者的信息系統在設計時，處在一個網絡閉環狀態下，因此網絡是可靠的。而后者則包括了集成接收網、無線傳輸系統等。在與低可靠性網絡中的信號系統的安全相關聯的數據傳輸中，使用數據加密方法和量子攻擊動態認證方法確保了數據傳輸的機密性和會話的有效性。加密算法包括aescbc 和aessccm。此時，密鑰長度可以從緩沖加密算法中選擇。加密的安全性不僅取決于加密算法本身，還取決于密鑰管理的可靠性。用技術手段參與密鑰的開發、分發、更新和銷毀受密鑰交換協議（如ikve2 或srp6）的約束。通過檢查網絡設備、主要設備和安全設施，檢查信號系統的安全性。定期收集和檢查網絡設備的運行信息，如交換機、數據流和運行狀態信息，控制管理員登錄、事件列表和更改硬件配置，檢查處理器、內存利用率和端口狀態等硬件資源，見表1。

表1 檢查內容

同時，安全設備檢查主要涉及工業防火墻的系統運行和狀態、非法端口接入、惡意掃描和其他安全事故信息。信息和通信技術在軌道信號系統中的應用不斷完善警報和網絡安全系統。該系統分為網絡結構的安全性、通信的完整性、安全性三類。

上述這些系統的作用在于對一些不合法的用戶，他們在局部網絡時，受到加密系統的影響，無法直接訪問。在網絡系統中數據信息在傳輸時，一定要保障其安全性。因此安全協議需要添加至傳輸協議內。

安全連接、傳送數據以及連接釋放都屬于安全功能。建立安全連接，最主要的目的在于防止一些不合法用戶出現連接的行為。一般來說，當安全層收到一條用于連接請示后會進行認證工作，只有登錄者身份是合法的情況下才能建立起連接的關系，反之拒絕連接。

數據的安全傳輸需要在安全層做好信息來源的認證工作，這樣才能保障所使用的信息是安全且完整的。這樣才能保證信息的完整性，同時不會出現隨機錯誤的問題。

釋放安全連接說明這一個層級是可以隨時做好安全連接釋放工作的，但無需特殊保護處理。在系統處理中，最常用且可靠性高的一種方法是采用故障分析。這種方法是一旦發生了故障之后，一級一級找可能出現故障的原因，同時對此開展分析，并且明確故障和事件間的關系。故障診斷系統不僅能完成故障檢測、故障分析、故障原因分析并提出故障排除方案，還能對故障排除后的所有信號設備進行監測和診斷，防止同一故障再次發生。及時確定信號設備的運行狀態，進行表述，根據信號設備的故障概率修正健康指標，評估和計算未來信號設備事故，確定信號設備故障的嚴重程度，模擬風險監控。通過對信號設備運行狀態的評估，及時發現缺陷并進行風險評估，根據評估結果確定風險因素。評估系統的管理層必須提交驗證報告，其中必須包括系統審查、技術規范、安全證書等。

3.2 ATS 中的網絡安全

列車在運行、控制時，需要依靠ATS 系統進行。該系統覆蓋軌道，但有兩個較為危險的因素。維護、改造在執行中需要優化和改善。如果員工誤連接或違反設備，系統感染病毒的可能性高，而導致系統無法運行。一旦系統無法運行，列車正常行駛以及調試，都會面臨著危險。這種系統是相對封閉的，且是一種專業的網絡結構，但由于此技術面對的是每一個網絡用戶，且可用來一起享受資源。所以為了可以減少危險因素對系統影響，需要在車站以及調試器等場所，使用入侵檢測系統和防火墻來處理。系統內，添加子系統認證工作，并阻止病毒入侵，系統的安全也可得到保障。

4 信息安全技術的管理措施

對擔任相關工作的員工開展培訓十分重要。培訓的目的在于提升員工的安全意識、技能、法律素質等等。培訓結束進行考核，考核合格的員工可以擔任重要職位。

同時，設備管理時，有關部門需要使用現代技術、系統監控等方式，對運行日志進行監控，加強系統安全運行的監測工作，這樣系統在運行時才會更穩定、安全。

應急對策方面需要以科學合理的信號操作手冊為基礎，建立應急響應對策，并對有關人員做好應急訓練工作，由此提升員工的響應水平及能力，這樣才能更好地提升工作效率、質量。而安全評價方面需要負責信號系統設備機構，定期做好安全評估的工作，但在評估時，不能影響信號系統的運行。

在管理制度方面，根據組織的實際情況，制定科學有效的信息安全管理系統。

5 軌道交通信息化建設的發展前景

針對網絡病毒黑客數量不斷增加，防護系統不斷破解的情況，在監控網絡流量的基礎上，整合實時監控和響應功能，確保用戶安全、流量分析、糾錯分析和及時準確的報警功能，以幫助安全管理人員更好地進行風險分析、風險預警、安全防范和安全防范，系統和網絡脆弱性分析，構建安全可靠的信息網絡。在城市軌道交通信號系統網絡中，入侵防護系統的主通道可以放置在信號系統網絡的主交換機上，在通信流技術控制網絡中對每個場景進行實時入侵檢測和攻擊預警；還可以在信號系統主操作服務器區設置直接路徑，訪問信號系統主操作，進行實時攔截和攻擊報警。當前，為了更好地發展軌道交通，軌道交通的建設必須提高信息含量，與時俱進。軌道交通作為我國重要交通系統，其建設已經小有成就，但在信息化建設方面也存在一些不足，如信息系統的整體結構不完善，其現代化程度不高，這大大降低了信息系統的運行效率，信息交流也很差，導致信息出現孤島現象。

此外，基礎設施不夠集中，導致網絡資源利用效率低下，資源浪費；安全控制的效率有待提高。建立完善的運維體系，統一標準要求。軌道信號系統在管理中具有標準化低，且運行效率低，因此需要利用網絡以及信息技術才能有效結合起軌道交通，對信號系統不斷完善、優化，提升運行的效率，讓軌道交通可以更加智能，確保軌道交通的可持續發展。

第一，建立傳感器層，其主要功能是收集數據信息，然后使用現代射頻和藍牙技術以及傳感器設備來感知對象。

第二，建立網絡層，其功能是擴展系統中的有線信息交換，進一步提高系統交換效率，加快系統之間的信息交換。

第三，需要構建起數據層，其主要功能就是把系統中所有的數據信息都進行集中管理，有效為各運營部門提供信息，可以實現交通系統的穩定運行。

第四，平臺建設將實現系統中所有數據信息的分析和處理，確保數據信息的安全，實現資源共享。

6 結語

綜上所述，城市軌道交通信號系統信息安全直接關系到行車安全，一方面需要通過依靠網絡信息安全技術、設備和軟件；另一方面需要靠城市軌道交通運維單位制定符合信息安全等級保護管理要求的完善信息安全管理制度，并嚴格執行，讓信息安全技術和產品在實際應用中能充分發揮其作用。應用安全信息技術能夠有效保證我國軌道交通信號系統網絡與安全，在保證軌道交通信號系統網絡與安全中發揮著巨大的作用。