大數(shù)據(jù)時(shí)代安全隱患和防范措施

王 晗

0 引言

目前我們處在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)爆炸的時(shí)代，各種信息化的發(fā)展導(dǎo)致我們的數(shù)據(jù)在急劇地增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每秒有60萬(wàn)用戶在使用百度，每天1000萬(wàn)人在淘寶留下足跡。同時(shí)，旅游業(yè)，醫(yī)學(xué)，生物學(xué)，金融，零售等各大小平臺(tái)的數(shù)據(jù)在不斷的產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)涉及到各行各業(yè)不同用戶的信息。隨著數(shù)據(jù)越來(lái)越多，傳統(tǒng)的信息安全技術(shù)已經(jīng)滿足不了現(xiàn)有的需求。目前，人們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)上的足跡都掌握在互聯(lián)網(wǎng)商家當(dāng)中，比如淘寶的瀏覽記錄，以往的購(gòu)買記錄這些數(shù)據(jù)都在淘寶的應(yīng)用平臺(tái)當(dāng)中，淘寶官方通過(guò)數(shù)據(jù)的采集分析就可以精確的了解用戶的喜好，因此推薦系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。又比如用戶每日在百度的搜索記錄經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的收集之后，同樣可以在這些數(shù)據(jù)當(dāng)中分析出用戶的性格特征和檢索習(xí)慣。這些實(shí)際的例子都表明，即使是一些看起來(lái)不起眼的數(shù)據(jù)，被大量記錄之后，再經(jīng)過(guò)分析，就會(huì)暴露出用戶的行為特征。因此，研究和分析大數(shù)據(jù)時(shí)代存在的安全威脅是非常必要的。

1 大數(shù)據(jù)概述

1.1 大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介

大數(shù)據(jù)是一種具有大量、高速、多樣、價(jià)值密度低等特點(diǎn)的巨量資料。它來(lái)源豐富，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)采集后存儲(chǔ)到云端，之后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析，系統(tǒng)可以篩選出有用的信息。

目前大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、旅游業(yè)，金融，教育等各領(lǐng)域，數(shù)據(jù)分析可以幫助人們透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，能更加準(zhǔn)確地推測(cè)事物的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，幫助人們規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以對(duì)個(gè)人活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷累積，之后通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)掌握個(gè)性化特征，從而給用戶提供更加針對(duì)性的服務(wù)，讓用戶享受到更好更方便的服務(wù)，也使企業(yè)的收益得到提高。大數(shù)據(jù)分析還可以利用其自身數(shù)據(jù)來(lái)源豐富的特點(diǎn)，對(duì)獲取的信息進(jìn)行識(shí)別，從而幫助人們?nèi)吻笳妗⒄鐒e真相，降低造假信息傳播所造成的危害。大數(shù)據(jù)中潛在的價(jià)值也吸引來(lái)了各大行業(yè)巨頭的投資，巨大的商機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生，從而促使許多新公司、新技術(shù)的誕生。

1.2 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖1所示可知，大數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)主要包含五個(gè)步驟，分別是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算處理，數(shù)據(jù)分析和知識(shí)展現(xiàn)。

圖1 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)

(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)來(lái)源非常多樣。我們?cè)谌粘Ｉ钪袨g覽的記錄就會(huì)被各個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集工具爬取到，如hadoop的chukwa,facebook的scribe,這些數(shù)據(jù)爬取工具都是采用分布式的架構(gòu)，對(duì)爬取的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速地上傳和存儲(chǔ)；而網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)采集主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)爬蟲和系統(tǒng)平臺(tái)公共API的方法去獲取數(shù)據(jù)信息，然后將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云端，分析的時(shí)候再進(jìn)行統(tǒng)一的處理。

(2)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)收集之后，要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)或者云端，以支持后繼更深入的數(shù)據(jù)分析。目前我們通常用分布式的架構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)大數(shù)據(jù)，以此來(lái)減少用戶訪問(wèn)的壓力。

(3)計(jì)算處理：計(jì)算處理主要分為批處理、交互分析、流處理。批處理是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)之后，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成批處理，能有效提高系統(tǒng)資源的利用率。交互分析是指人向計(jì)算機(jī)輸入指令，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)處理后把輸出結(jié)果呈現(xiàn)給用戶，使用戶與系統(tǒng)能夠及時(shí)的進(jìn)行人機(jī)交互。流處理是對(duì)源源不斷地到來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行迅速、沒(méi)有延遲的處理，它對(duì)處理延遲容忍度較低（但容錯(cuò)性較高）。

(4)數(shù)據(jù)分析：主要就是對(duì)存儲(chǔ)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的模型，以備后續(xù)的數(shù)據(jù)挖掘。

(5)知識(shí)展現(xiàn)：經(jīng)過(guò)分析后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)可視性化展現(xiàn)出來(lái)，數(shù)據(jù)可視性將大數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)以折線圖等形式展示，使用戶能夠很直觀的看到數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)。

2 大數(shù)據(jù)時(shí)代的安全隱患

2.1 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全隱患

數(shù)據(jù)傳輸層存在著大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)質(zhì)就是互聯(lián)網(wǎng)中的路由器，路由器的主要功能就是根據(jù)數(shù)據(jù)的目的地址進(jìn)行路由的選擇和轉(zhuǎn)發(fā)。由于數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程當(dāng)中，信號(hào)的傳輸是在鏈路中進(jìn)行的，對(duì)于用戶而言是不可視的。因此在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程當(dāng)中存在著很多安全威脅，常見安全威脅有以下幾種：

(1)竊聽：在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程當(dāng)中，攻擊者會(huì)通過(guò)抓包工具截取數(shù)據(jù)，如果截取的數(shù)據(jù)是以明文的形式傳輸?shù)模@樣攻擊者很容易得到用戶傳輸?shù)木唧w信息，因而造成用戶信息的泄漏。

(2)篡改：篡改主要是指數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程當(dāng)中，攻擊者截取中途傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后對(duì)其中的一些重要信息進(jìn)行修改，再依照數(shù)據(jù)包中的目的地址將數(shù)據(jù)繼續(xù)傳送給接收者，攻擊者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改從而使數(shù)據(jù)的完整性遭到了嚴(yán)重的破壞。

(3)路由攻擊：路由攻擊就是攻擊者直接攻擊路由器，惡意篡改內(nèi)部路由表中的信息，發(fā)送的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)被攻擊的節(jié)點(diǎn)后，會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的路由表信息進(jìn)行路由選擇，這樣的話就會(huì)選擇錯(cuò)誤的路徑，造成網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)。

2.2 黑客攻擊

黑客攻擊主要分為非破壞性攻擊和破壞性攻擊兩大類，非破壞性攻擊主要目的是為了擾亂系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而破壞性攻擊主要就是采用非法的手段竊取用戶的信息。下面是常見的黑客攻擊手段：

(1)后門程序：后門程序又稱特洛伊木馬，它一般潛伏在電腦中，繞過(guò)安全性檢測(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，之后將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程的控制機(jī)器。

(2)拒絕服務(wù)：拒絕服務(wù)實(shí)質(zhì)就是信息炸彈，攻擊者對(duì)指定服務(wù)器發(fā)送超過(guò)其目標(biāo)處理能力的大量數(shù)據(jù)包，從而導(dǎo)致目標(biāo)服務(wù)器的緩沖隊(duì)列一直為滿的狀態(tài)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)或者服務(wù)器系統(tǒng)不堪重負(fù)。對(duì)于用戶新來(lái)的請(qǐng)求，由于緩沖隊(duì)列一直為滿的情況，所以系統(tǒng)無(wú)法提供正常的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，最終會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓。

(3)網(wǎng)絡(luò)竊聽：網(wǎng)絡(luò)竊聽是指攻擊者監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀況。黑客一般通過(guò)這種方式來(lái)獲取用戶口令，將截取到的口令用以登錄相應(yīng)的系統(tǒng)從而獲取到用戶的隱私信息。

3 大數(shù)據(jù)時(shí)代安全措施

3.1 數(shù)據(jù)加密

數(shù)據(jù)加密是對(duì)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，這樣在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，即使被惡意的攻擊者截取，攻擊者通過(guò)窮舉的方式在有效的時(shí)間內(nèi)也破解不了，因此能有效保障用戶的隱私不被泄漏。數(shù)據(jù)加密實(shí)質(zhì)就是在用戶發(fā)送數(shù)據(jù)到傳輸信道之前，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)加密算法使明文轉(zhuǎn)換成密文，接收者在接收到信息之后再通過(guò)事先約定的密鑰通過(guò)解密算法將密文轉(zhuǎn)化為明文。數(shù)據(jù)加密主要分為對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密。對(duì)稱加密的加密算法和解密算法使用的是同一個(gè)密鑰，而非對(duì)稱加密中加密算法和解密算法使用的密鑰是不相同的，數(shù)據(jù)的接收者擁有私鑰，而將公鑰公開，任何人可以通過(guò)接收者釋放的公鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密之后然后向接收者發(fā)送消息，接受者接收到數(shù)據(jù)之后可以通過(guò)自己的私鑰就可以將密文轉(zhuǎn)換成明文。

3.2 建立安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和防護(hù)體系

要解決大數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)問(wèn)題，就要建立，健全數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)體系，為了保護(hù)核心數(shù)據(jù)的安全，采用了隱式機(jī)制解決存儲(chǔ)問(wèn)題，竊取者如果想要獲取用戶的個(gè)人信息，必須要知道所存儲(chǔ)的矩陣的每一個(gè)元素的信息，這給竊取信息者在技術(shù)操作上增加了很大的難度，對(duì)于保護(hù)用戶的隱私是非常有意義的。

隱式機(jī)制運(yùn)用了代數(shù)密碼學(xué)中基于有限域中多項(xiàng)式解的原理，將數(shù)據(jù)隨機(jī)劃分為個(gè)部分—并把這個(gè)值看成是一元次多項(xiàng)式的根，將每一部分分別儲(chǔ)存在不同的云服務(wù)器中，此過(guò)程數(shù)據(jù)信息不被加密，我們稱此數(shù)據(jù)的處理方式為隱式機(jī)制。方案中，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的各個(gè)云服務(wù)器不會(huì)泄露任何信息，只有當(dāng)所有的云服務(wù)器合謀時(shí)才能造成數(shù)據(jù)信息的泄露。

3.3 建立完善的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制

目前，隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)犯罪也越來(lái)越多，因此管理層必須要重視計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全使用，加強(qiáng)防范意識(shí)，相關(guān)部門必須要完善立法，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)信息和個(gè)人隱私信息的保護(hù)力度，建立健全完善的法律法規(guī)，全面提升網(wǎng)絡(luò)安全的監(jiān)管力度。除此之外，在這樣一個(gè)時(shí)代，用戶自身也要加強(qiáng)安全防范意識(shí)，避免人為因素造成自身隱私的泄露。

3.4 查補(bǔ)漏洞

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，一些攻擊者往往將一些惡意的病毒注入到相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)當(dāng)中，一旦點(diǎn)擊進(jìn)去，病毒就會(huì)進(jìn)行傳染，它們就像寄生者一樣，可以監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)各個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行狀況，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行破壞，對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的內(nèi)容進(jìn)行刪除，造成用戶隱私的泄露。因此，一旦遇到這種問(wèn)題，要立即使用殺毒軟件對(duì)計(jì)算機(jī)中的病毒進(jìn)行清理，維護(hù)系統(tǒng)的安全。除此之外，用戶要定時(shí)的清理和更新最常用的軟件，使之保證最新的版本。

4 總結(jié)與展望

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，加快了信息時(shí)代的高速發(fā)展，給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，很多網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題也隨之而來(lái)，本文首先介紹了什么是大數(shù)據(jù)時(shí)代，以及大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的基本架構(gòu)，介紹了大數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的五個(gè)過(guò)程，隨后介紹了大數(shù)據(jù)時(shí)代我們面臨的常見的安全威脅，以及對(duì)于這些安全威脅我們應(yīng)該采取的解決措施。目前，我國(guó)的大數(shù)據(jù)研究還處于初級(jí)階段，還有很多問(wèn)題需要解決，所以需要我們共同努力，共同構(gòu)建大數(shù)據(jù)時(shí)代計(jì)算機(jī)安全建設(shè)體系。