信息安全在邊緣計算中的重要性研究

摘要：保護邊緣設備和邊緣網絡免受攻擊，確保數據在邊緣節點之間的傳輸和處理過程中的機密性、完整性和可用性，已經成為一個迫切的挑戰?；诖?，本文圍繞信息安全在邊緣計算中的重要性展開討論，探討其應用要點，以供相關人士參考。

關鍵詞：信息安全；邊緣計算；認證機制

隨著科技的不斷進步和數字化的快速發展，邊緣計算作為一種新興的計算模式呈現出了巨大的潛力和價值。邊緣計算將計算資源和數據處理能力下沉到網絡邊緣，使得數據可以在物理接近用戶或設備的位置實時處理和分析。這種分布式的計算架構大幅提升了系統的響應速度、減少了數據傳輸的延遲，并帶來了更好的用戶體驗。

一、信息安全在邊緣計算中的重要性

在邊緣計算中，信息安全至關重要。邊緣計算指的是將計算和數據處理能力移動到接近數據源的邊緣設備上，以減少延遲和帶寬消耗。在邊緣計算環境中，數據和計算資源都分布在多個邊緣設備上，這增加了信息泄露和攻擊的風險。信息安全在邊緣計算中的重要性主要體現在以下五個方面。

第一，數據隱私保護。邊緣計算涉及處理大量的敏感數據，例如個人身份信息、醫療記錄和商業機密數據。保護這些數據的隱私和機密性至關重要，以防止未經授權的訪問和泄露。

第二，安全通信。邊緣設備之間的通信需要進行安全加密，以防止數據在傳輸過程中被攔截或篡改。安全通信機制如傳輸層安全協議（TLS）和虛擬專用網絡（VPN）可以確保通信鏈路的機密性和完整性。

第三，設備認證和授權。邊緣計算環境中的設備應進行認證和授權，以確保只有合法的設備可以訪問和處理數據。這可以通過使用數字證書、訪問控制列表和設備標識等機制來實現。

第四，威脅檢測和應對。邊緣設備可能會受到各種威脅，如惡意軟件、網絡攻擊和物理攻擊。監測和防御機制可以及時檢測到潛在威脅并采取相應的響應措施，以保護系統的安全性。

第五，數據完整性和可靠性。邊緣計算環境中的數據可能會通過多個設備和網絡進行傳輸和處理。為了確保數據的完整性和可靠性，應使用數據簽名、校驗和冗余存儲等技術。

二、信息安全在邊緣計算中應用存在的問題

（一）密鑰管理和加密算法的選擇困難

在邊緣計算中應用信息安全面臨著許多挑戰和問題，其中密鑰管理和加密算法的選擇困難是其中之一。密鑰管理和加密算法的選擇對于確保邊緣計算環境中的數據安全至關重要。然而，由于邊緣計算的特殊性，密鑰管理和算法選擇變得更加復雜和困難。

首先，密鑰管理是保障數據傳輸和存儲安全的核心。在邊緣計算中，大量的設備和節點涉及通信和數據處理，因此需要處理大量的密鑰。這就帶來了密鑰生成、分發、存儲和更新等問題。由于邊緣計算環境中的設備數量龐大、分布廣泛且通信頻繁，密鑰管理系統需要具備高效性、可擴展性和安全性。然而，實現這些要求并不容易，因為設備的資源有限，而且通信環境可能是不可信任的。

其次，邊緣計算中的加密算法的選擇也存在困難。邊緣設備通常具有較低的計算能力和存儲容量，因此選擇合適的加密算法變得至關重要。然而，常規的加密算法可能過于復雜和資源密集，無法適應邊緣設備的性能要求。此外，邊緣計算中的網絡環境更加復雜和不可信。邊緣設備通常連接到公共網絡，面臨更多的攻擊風險。

（二）缺乏加密和認證機制

在邊緣計算中應用信息安全面臨著許多挑戰和問題，其中缺乏加密和認證機制是一個重要的問題。缺乏適當的加密和認證機制使得邊緣計算環境易受各種安全威脅，從而使得數據和系統容易受攻擊。

首先，缺乏加密機制會使邊緣計算中的數據容易被竊取和篡改。邊緣設備通常涉及大量的數據傳輸和處理，其中包含用戶的個人信息、敏感業務數據等。如果這些數據在傳輸過程中未經加密，攻擊者可以很容易地截取和獲取這些數據，從而造成嚴重的隱私泄露和數據泄漏問題。此外，如果沒有適當的加密措施，攻擊者還有可能在數據傳輸過程中篡改數據，導致數據的完整性受到破壞。

其次，缺乏認證機制會使邊緣計算環境易受未經授權的訪問和入侵。在邊緣計算中涉及大量的設備、節點和用戶，因此需要確保每個實體的身份和權限。如果缺乏適當的認證機制，攻擊者可以冒充合法的用戶或設備，獲取未經授權的訪問權限。這將導致機密數據的暴露、系統被入侵，并且可能導致更嚴重的后果，如惡意軟件的傳播或對整個邊緣計算網絡造成破壞。

三、信息安全在邊緣計算中的應用要點

（一）使用硬件安全模塊（HSM）提供安全存儲和密鑰保護

信息安全在邊緣計算中的應用越來越重要，因為邊緣設備通常處理敏感數據，并需要保護數據不受未授權訪問和篡改。硬件安全模塊（HSM）是一種專門的硬件設備，可以提供安全存儲和密鑰保護，有效地加強邊緣計算的安全性。以下是關于如何使用HSM提供安全存儲和密鑰保護的要點。

首先，HSM可以提供安全存儲功能，用于存儲敏感數據和密鑰。邊緣設備通常僅有有限的存儲容量和計算資源，因此無法安全存儲大量的敏感數據和密鑰。HSM通過提供硬件加密和密鑰管理功能，可以安全地存儲這些敏感信息。HSM通常具有物理防護機制，如加固外殼和防止撬開的措施，以防止物理攻擊。其次，HSM還可以提供密鑰保護功能。密鑰是保護數據完整性和機密性的關鍵。HSM通過存儲密鑰和執行密鑰操作來保護密鑰。它使用強大的加密算法和硬件安全措施來防止未經授權的訪問和泄露。HSM可以生成、存儲和管理密鑰，同時提供強大的安全性來保護密鑰不受惡意活動的侵害。再次，HSM還支持安全的密鑰交換和協議執行。邊緣設備通常需要與其他設備進行安全通信，以確保數據的機密性和完整性。HSM可以提供協議支持，包括安全的密鑰交換協議，如Diffie-Hellman密鑰交換協議，以確保通信雙方能夠安全地共享密鑰。這種安全交換可以防止中間人攻擊和竊聽。最后，HSM還提供了審計和追蹤功能，可以記錄和監控對存儲在其中的數據和密鑰的訪問。這對于檢測潛在的安全威脅和追蹤安全事件非常重要。HSM可以記錄訪問日志并發送警報，以便及時采取措施應對潛在的安全問題。

（二）引入身份認證和訪問控制機制

邊緣計算架構中的信息安全是一種綜合性的挑戰，其中身份認證和訪問控制機制起著至關重要的作用。通過引入這些機制，可以有效防止未經授權的訪問和濫用邊緣設備的風險。以下是關于如何引入身份認證和訪問控制機制來加強邊緣計算信息安全的要點。

首先，身份認證是邊緣計算中的第一道防線。通過使用身份認證機制，可以確保只有合法用戶能夠訪問邊緣設備和相關數據。為此，可以引入基于密碼、令牌或生物特征等多種身份驗證方法。用戶需要提供正確的憑證才能通過認證并獲得訪問權限。同時，采用多因素身份認證可以進一步提高安全性，確保用戶在訪問邊緣設備時經過多個驗證步驟。其次，訪問控制機制是確保合法用戶只能訪問其所需數據和資源的關鍵。通過引入訪問控制列表或基于角色的訪問控制，可以限制特定用戶或組的訪問權限。這些機制可以確保僅授權用戶可以執行特定的操作或訪問敏感數據，從而減少風險和濫用的可能性。另外，動態訪問控制機制可以根據用戶的權限和上下文信息來調整訪問權限，從而更好地響應變化的需求和威脅。再次，安全協議和加密技術是引入身份認證和訪問控制機制的重要組成部分。通過在通信中使用安全協議（如SSL/TLS）和強大的加密算法，可以保護用戶憑證和敏感數據的機密性。加密技術可以確保數據在傳輸和存儲過程中得到保護，從而降低數據泄漏和篡改的風險。此外，監控和日志記錄也是重要的組成部分。引入監控系統可以實時檢測和記錄邊緣設備上的操作和訪問行為。日志記錄可以提供用于審計和追蹤的重要信息，有助于檢測和回溯潛在的安全事件。監控和日志記錄可以提供早期的威脅感知和及時響應，以降低潛在的風險。最后，定期的安全審查和漏洞管理是確保身份認證和訪問控制機制持續有效的關鍵。對邊緣設備和系統進行定期的安全審查可以發現和修復潛在的漏洞和安全風險。漏洞管理流程和安全補丁更新也需要被納入日常運維中，以確保系統的安全性和完整性[1]。

（三）安全監控和溯源技術的應用

在邊緣計算中，應用安全監控和溯源技術是確保信息安全的重要手段。通過這些技術，可以實時監測、追蹤邊緣設備和網絡中的安全事件，及時發現和應對潛在的威脅。以下是關于如何應用安全監控和溯源技術來加強邊緣計算信息安全的要點。

首先，安全監控是確保邊緣計算環境安全性的基礎。通過實時監測邊緣設備、網絡流量、用戶行為等關鍵指標，可以及時發現異?；顒雍蜐撛诘墓羰录?。安全監控技術可以采用入侵監測系統（IDS）、入侵預防系統（IPS）、防火墻、安全信息與事件管理系統（SIEM）等工具。這些工具能夠檢測和阻止惡意攻擊，提供實時警報和告警，并記錄安全事件以便進一步分析和響應。其次，溯源技術是必不可少的一環。當安全事件發生時，溯源技術可以幫助追蹤攻擊來源和攻擊路徑。溯源技術主要涉及網絡流量分析、日志分析和數字取證等方面。通過深入分析攻擊流量和系統日志，可以確定攻擊者的IP地址、攻擊行為和受影響的系統[2]。數字取證技術可以從攻擊設備中提取證據，以支持進一步的取證和調查工作。再次，行為分析是安全監控和溯源的重要補充。傳統的基于簽名的安全監控方式往往無法及時發現未知的威脅，因此需要引入行為分析技術。行為分析通過建立正常用戶和設備的行為模型，實時監測并分析異常行為。這種技術可以檢測到零日攻擊、異常用戶行為和內部威脅等不常見的風險。此外，安全信息與事件管理系統（SIEM）可以提供集中化的安全監控和溯源管理。SIEM系統能夠收集和整合來自不同設備以及系統的安全事件和日志信息，并進行實時分析和報告。它可以將分散的安全數據整合在一起，提供全面的安全情況概覽，并支持自定義報表和警報。通過SIEM系統，安全團隊可以更高效地監控和應對安全事件。最后，對于邊緣設備和邊緣節點，安全監控和溯源技術也可以集成到設備自身或邊緣網關中。例如，可以在邊緣設備上安裝輕量級的入侵檢測系統或行為分析工具，以實現本地安全監控能力。邊緣網關可以充當安全的入口點，監控和過濾邊緣設備的網絡流量，提供實時的安全保護和溯源

功能[3]。

（四）合規性審計和證明機制的建立

在邊緣計算中，建立合規性審計和證明機制是確保信息安全的關鍵一環。這些機制旨在確保邊緣計算環境符合各種法規、標準和安全最佳實踐，為用戶和組織提供透明度和可信度。以下是關于如何建立合規性審計和證明機制來加強邊緣計算信息安全的要點。

首先，確保制定合規性審計和證明機制。邊緣計算環境涉及大量的數據處理和存儲，因此需要遵守適用的法規和行業標準，如GDPR、HIPAA、ISO 27001等。在制定合規性審計和證明機制之前，組織需要對適用的法規和標準進行全面的評估和了解，并確保在邊緣計算環境中采取必要的安全措施[4]。其次，進行安全風險評估和合規性評估。安全風險評估是評估邊緣計算環境中的安全威脅和潛在風險，以確定適當的安全控制措施。合規性評估則是評估邊緣計算環境與適用法規和標準的符合程度。通過這些評估，組織可以識別安全漏洞和不符合之處，并采取相應的糾正措施。再次，建立合規性框架和政策。組織需要制定相關的安全政策和程序，以指導邊緣計算環境中的安全實踐和操作。這些政策應基于適用的法規和標準，明確規定安全要求、責任和流程。合規性框架可以作為章程，覆蓋各個方面，如身份管理、數據保護、訪問控制、事件響應等。此外，進行合規性監控和審計。合規性監控是確保邊緣計算環境持續符合適用法規和標準的重要手段。通過使用安全信息、事件管理系統（SIEM）等工具，可以實時收集、分析和報告與合規性相關的數據。此外，需要定期進行內部或第三方的合規性審計，以評估和驗證邊緣計算環境是否符合法規和標準的要求。最后，持續改進和更新合規性機制。信息安全環境和要求不斷變化，因此組織需要持續改進和更新合規性機制。定期評估新的法規和標準，及時更新合規性框架和政策。同時，組織也應關注業界的最佳實踐和創新，以不斷提高邊緣計算環境的信息安全

性[5]。

四、結束語

邊緣計算作為一種新興的計算模式，帶來了許多機遇，但同時也帶來了各種安全挑戰。只有通過不斷地研究和創新，才能構建安全可靠的邊緣計算環境，為數字化世界的可持續發展作出貢獻。

作者單位：李云飛 " 中國電信股份有限公司深圳分公司

參考文獻

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[5]謝崇亮，茹潔芳.區塊鏈技術在電子商務信息安全領域的應用[J].電子技術與軟件工程，2020（11）：259-260.