5G網絡安全防御技術探究

中圖分類號：TN929.53 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）04-0052-03

Abstract： With the access of large-scale IoT devices and the wide application of edge computing， the potential attack surface of 5G network willalsoexpand，which willface morecomplex security risks.5G wireless communication technology has theadvantages of high speed，low latency，and largeconnectivity，but atthe same time，it also brings new network security chalenges.Large scale IoTdevices，edge computing and ultra-low latency requirements in 5G networks increase the potential attck surface. Starting from the characteristics of5G wireless communication technology，this article analyzes the security challnges faced by 5G wireless communication networks，and proposes effective solutions to these security issues，including intrusion detection technology，deep packet filtering technology，physical layer security enhancement technology，etc.，toachieve user privacy protection， data encryption，and intelligent intrusiondetection，improveatack response speedandriskdefensecapabilities，and ensure the security and stability of 5G wireless network communication.

Keywords： 5G; wireless communication technology; network security; defense technology

5G網絡中引入了新的網絡架構、接口和技術，在應對惡意攻擊和信息竊取等方面，傳統的防御技術已無法滿足5G時代的安全需求[1]。因此，基于5G網絡的技術特點，構建高效的安全通信防御體系是當下行業研究的重要內容。

5G技術概述

5G技術中引入了多項關鍵技術，主要有以下幾項。

（1）毫米波技術：利用高頻毫米波頻段，如28GHz、39GHz，提供超大帶寬和容量。

（2）新型多址接入技術：引入非正交多址接入、副載波多址接入等新型接入技術，有效提高連接數密度和頻譜利用率，支持海量物聯網接入。

（3）網絡切片技術：基于網絡功能虛擬化和軟件定義網實現端到端虛擬專網，支持差異化的服務質量保障，提高網絡靈活性和資源利用效率。

（4）邊緣計算技術：在網絡邊緣部署計算和存儲資源，支持本地化業務處理和實時交互，降低時延，改

善用戶體驗。

5G技術的主要特點如下：

（1）高傳輸速率：傳輸速率可達到10Gbps以上，是4G技術的10倍以上。

（2）高可靠性：5G系統具有更強的抗干擾能力和更高的傳輸速率，網絡時延低至1ms，通信更加安全穩定。

（3）大容量：5G技術支持大規模設備的同時接入，可容納每平方千米內百萬級設備，為用戶提供高速上網服務[2]。

2 5G網絡面臨的安全挑戰

2.1物理層安全問題

5G網絡采用了全新的無線接口技術，如毫米波通信和大規模MIMO技術，這也給物理層方面帶來了安全風險。常見的攻擊方式包括竊聽、干擾和偽造。

（1）竊聽攻擊：攻擊者被動接收無線電信號并將其解碼為信令消息，通過分析這些消息，攻擊者能夠獲取用戶設備（UE）的相關信息，從而實現用戶識別與位置追蹤。

（2）干擾攻擊：干擾的目標是阻斷UE與基站之間的通信。攻擊者可能通過向無線信道注入噪聲信號實施拒絕服務（DoS）攻擊，使用戶設備無法正常連接網絡。攻擊者還可能通過中斷UE與運營商網絡的通信，將用戶設備引導至其偽基站（FBS）。

（3）偽造與欺騙攻擊：攻擊者誘導用戶設備連接至惡意的LTE網絡，這些偽裝的網絡雖然缺少用戶認證所需的主密鑰，但其他功能幾乎與合法網絡無異，一旦用戶設備連接到此類網絡，攻擊者可進一步利用上層漏洞實施各種攻擊，如捕獲IMSI、劫持設備功能以及發動拒絕服務攻擊[3]。

2.2接入認證安全問題

5G技術引入了新的認證架構，如non3GPP接入認證和雙重連接認證，使得認證流程更加復雜，由此可能導致協議上出現漏洞。另外，攻擊者還會利用這些薄弱環節，繞過身份驗證機制，實現非法入網，從而對網絡安全造成一定威脅。

2.3網絡架構安全問題

5G網絡的服務化架構（Service-BasedArchitecture，SBA）、多接入邊緣計算（Multi-Access EdgeComputing，MEC）等新型架構在提升網絡靈活性的同時，也帶來了新的安全隱患。SBA通過微服務和應用程序編程接口（API）網關技術，將網絡功能進行細粒度拆分，這種細分會增大攻擊面。MEC技術則將計算和存儲能力下沉至網絡邊緣，更加靠近用戶，大大降低了網絡延遲，優化了用戶體驗。然而，由于MEC服務器通常部署在相對開放的環境中，容易受到物理入侵和惡意篡改。攻擊者常常利用MEC平臺的特權竊取用戶的隱私數據，還將邊緣節點作為跳板，對核心網絡發起攻擊，因此，需要采用有效的防護措施來應對潛在威脅。

2.4網絡功能虛擬化安全問題

網絡功能虛擬化（NFV）是5G網絡的關鍵技術，通過通用服務器軟件替代傳統的專用硬件，實現網絡的靈活部署和彈性擴展，但NFV技術的應用也存在一些安全風險。一是NFV涉及多個虛擬網絡功能之間的交互，存在接口漏洞。二是NFV平臺存在虛擬機逃逸或側信道攻擊等威脅，易導致敏感數據泄露。三是VNF軟件鏡像和配置數據的完整性與機密性也容易受到攻擊者的破壞，攻擊者通過篡改鏡像植入惡意代碼，或利用配置管理的漏洞竊取密鑰和證書。

2.5網絡切片安全問題

網絡切片是5G網絡中的關鍵技術，它通過將物理網絡劃分為多個邏輯子網，以滿足不同業務和應用的需求，5G網絡切片自身的安全威脅有切片間的信息泄露、干擾和攻擊、切片的非授權訪問、切片間的通信安全以及與第三方交互的安全；5G網絡虛擬化安全威脅有VNF安全威脅、NFVI安全威脅、MANO安全威脅等4。典型網絡切片安全挑戰如表1所示。

3 5G 網絡安全防御技術研究

3.1物理層安全增強技術

物理層安全增強技術是5G網絡安全技術的重要發展趨勢。物理層安全技術架構體系包括物理層安全傳輸技術模型和物理層身份認證技術模型。

（1）物理層安全傳輸技術的基本原理是利用主信道和竊聽信道之間的差異設計發送信號，使合法用戶可以正確接收解調信息，而竊聽者難以恢復接收信號。常用的物理層安全傳輸技術利用安全調制、波束賦形等方式，在最大化合法信道容量的同時，實現最小化竊聽信道容量。

（2）物理層身份認證技術的基本原理是利用主信道和欺騙信道之間的物理層屬性差異，通過設計認證決策機制進行識別是應對欺騙攻擊、拒絕服務攻擊、女巫攻擊等攻擊的有效手段。例如，基于隨機數的動態加密和基于信道狀態的密鑰生成，可以有效提升物理層數據的保密性。

3.2數據加密技術

目前，主要的數據加密技術包括驅動級加密和全盤加密技術。全盤加密針對數據庫服務器的所有存儲設備進行加密，驅動級加密則為接入的應用程序驅動器提供加密。無線通信的數據加密也包括對傳輸通道的加密。在無線信道加密中，還可以采用非對稱加密技術，避免信道被非法分析與攻擊。此外，無線通信還可以在通信層面實施三種加密操作，分別為鏈路加密、節點加密和端到端加密。其中，鏈路加密通常適用于點對點傳輸，確保在數據傳輸過程中每個鏈路節點之間的信息無法被截獲或篡改；節點加密是在網絡節點

（如路由器、基站等）上對數據進行加密，主要防止惡意節點對數據進行竊聽或篡改；端到端加密是在通信的起始端和目的端之間對數據進行加密，適用于需要高安全性的通信應用。

3.3入侵檢測技術

無線通信網絡連接了大量不同類型的設備，使得入侵來源也更加多樣化。入侵檢測技術能夠對核心交換網絡、骨干通信網絡和無線信道進行分類檢測，從而提升數據傳輸效率。為提高入侵檢測的準確性，通過引入深度學習技術，提高無線通信入侵檢測的智能水平。例如，在無線通信安全防御中，入侵檢測技術可通過設置專門的入侵檢測服務器進行部署，提升無線通信環境下Web服務器的安全性，有效防止病毒攻擊訪問數據，在Web服務器、數據服務以及殺毒服務器之間進行有效的聯動，具體的應用流程如圖1所示。

3.4深度包過濾技術

深度包過濾技術是通過軟件和硬件結合的手段，快速、準確地檢查無線通信數據包，深入分析數據包的內容，從而實現全面的防護目標。目前，該技術已廣泛應用于無線通信的各個環節，包括數據庫服務器、Web服務器、網關服務器等，從而實現全面的設備保護5。例如，在實際應用中，可將深度包過濾技術部署在防火墻中，根據具體應用需求配置相應的過濾規則，深度包過濾技術應用流程見圖2。

通過搭建一個實驗環境，模擬終端對服務器進行攻擊測試，測試包括灰鴿子、爬行者、愛蟲病毒等二百余種病毒攻擊情況。在此過程中提取了數萬個病毒基因特征，并將這些特征嵌入到發送的數據包中，以便對其檢測準確性進行分析。結果顯示，基于深度包過濾的無線網絡安全防御模式，病毒識別準確率高達99.90% 以上，增強了病毒防御的主動性、積極性和實時性，顯著提升計算機網絡的病毒防御能力，實驗數據見表2。

3.5切片安全隔離與管理技術

網絡切片的安全防護應從隔離和管理兩個方面進行考慮。在隔離方面，需要采取多層次的措施，以確保不同切片之間的資源和數據嚴格分隔。例如，可以通過獨立硬件和專用波長實現物理隔離；通過不同的IP地址段和封裝協議實現網絡隔離。在管理方面，建立一個統一的切片安全管理平臺，以管理切片的整個生命周期，包括設計、部署、運維和銷毀等環節。該管理平臺應采用基于角色的訪問控制和多因素認證等機制，以確保管理活動的可信性和可審計性。同時，還應建立切片安全監測與響應機制，以實現對安全事件的實時檢測和快速處理。

4 結束語

隨著5G技術的快速發展，無線網絡的安全防御越發關鍵。面對復雜多變的安全威脅，迫切需要建立一個多層次、全方位、立體化的安全防護體系，實現從物理層、網絡架構到虛擬化和切片的縱深防御。通過引入深度包過濾、切片隔離、數據加密、入侵檢測等先進技術，可以顯著提升無線網絡的防護能力，提升網絡的整體安全性。未來還需要進一步推進安全協議的優化和5G網絡安全標準的完善，確保在滿足高性能需求的同時，實現更高的安全保障水平。

參考文獻

[1]陳州.5G無線通信技術與網絡安全發展現狀[J].新一代信息技術，2022，5（2）：113-115.

[2]劉闖.5G無線通信技術與網絡安全探析[J].中國設備工程，2023（23）：217-219.

[3]張蕾.5G無線通信系統網絡安全問題研究[J].無線互聯科技，2023，20（7）：1-4，36.

[4]潘遲龍.5G無線通信技術與網絡安全研究[J].信息記錄材料，2024，25（9）：34-36.

[5]薛元元.無線通信安全防御技術研究[J].長江信息通信，2021，34（1）：184-186.