計算機信息安全技術在網絡安全管理中的應用

關鍵詞：網絡安全管理；防火墻；入侵檢測；數據加密；訪問控制

0 引言

信息時代，網絡安全問題日益突出，嚴重威脅著信息系統的機密性、完整性和可用性。計算機信息安全技術是應對網絡安全挑戰、加強安全管理的關鍵手段。本文從技術角度深入分析幾種核心的信息安全技術，并探討其在網絡安全管理各個層面的實際應用，以期為做好網絡安全防護提供借鑒。

1 防火墻技術原理與實現

1.1 包過濾防火墻

通過檢查數據包頭部信息，如源/目的IP、端口號、協議類型等，根據預設的規則對數據包進行過濾。優點是速度快、資源消耗低，但無法對應用層攻擊進行有效防御[1]。包過濾防火墻主要工作在網絡層和傳輸層，對數據包逐個進行檢查和過濾，安全策略的制定和管理相對簡單。

1.2 狀態檢測防火墻

在包過濾的基礎上，增加了對連接狀態的跟蹤和記錄能力。通過檢查數據包序列號、連接狀態等信息，構建連接狀態表，強化了防護能力，但對應用層攻擊的檢測仍有局限。狀態檢測防火墻通過對連接狀態的分析，可以識別出一些異常或非法的連接請求，提高了防護的有效性。

1.3 應用層防火墻

對應用層數據進行解析和檢查，可以識別和阻斷更多類型的攻擊，如SQL注入、跨站腳本等[2]。應用層防火墻通常與Web應用服務器緊密集成，對HTTP等應用層協議的數據進行深度分析。但是，應用層防火墻的配置較為復雜，資源消耗也較高。

1.4 新一代防火墻

集成了傳統防火墻、入侵防御、應用識別與控制等多種功能，提供更全面、智能的安全防護。新一代防火墻通過深度數據包檢測、用戶身份識別、應用層過濾、安全威脅情報等技術，實現對網絡流量和應用行為的可視化和精細化管控，大大提升了安全防護效果。

2 入侵檢測系統分析

2.1 基于特征的入侵檢測

通過提取已知攻擊的特征碼或行為模式，與當前網絡流量進行比對，識別出潛在的入侵行為。這種方法的優點是檢測精度較高、誤報率低，但對未知攻擊的檢測能力有限，需要不斷更新特征庫[3]。

2.2 基于異常的入侵檢測

通過建立正常行為模型，將當前網絡行為與之比對，識別出異常的、可疑的活動。這種方法可以發現未知的攻擊，但誤報率較高，需要通過長期學習和調優來提高檢測精度。異常檢測算法包括統計分析、機器學習等。

2.3 網絡入侵檢測與主機入侵檢測

網絡入侵檢測部署在網絡節點上，對所有經過的數據流量進行分析；主機入侵檢測部署在終端系統上，通過審計日志、文件完整性校驗等手段實現對系統的實時監控。兩者相輔相成，構成了立體化的入侵檢測防線。

2.4 入侵檢測系統的部署架構

可分為集中式和分布式兩種。集中式架構由中心控制器和傳感器組成，控制器負責接收和分析傳感器采集的數據，并下發檢測規則。分布式架構中各個節點都有檢測和分析能力，可獨立工作，同時協同共享威脅情報，提高系統的可擴展性和魯棒性[4]。

3 數據加密技術應用

3.1 對稱加密算法

通信雙方使用相同的密鑰對數據進行加密和解密，代表算法有DES、AES等。對稱加密算法的優點是計算效率高，加密速度快，適合大量數據的加密。缺點是密鑰管理困難，若密鑰泄漏將造成安全隱患。對稱加密常用于保護存儲在磁盤上的文件，以及保護網絡傳輸過程中的敏感數據。為了提高安全性，通常采用定期更換密鑰的策略。在實際應用中，對稱加密算法通常與其他安全機制（如數字簽名、消息認證碼等）結合使用，以構建更為完善的安全防護體系。

3.2 非對稱加密算法

使用公鑰和私鑰兩組不同的密鑰，公鑰用于加密，私鑰用于解密。代表算法有RSA、ECC等。非對稱加密解決了密鑰分發問題，通信雙方無需提前共享密鑰。但計算開銷大、加密速度慢，通常用于密鑰交換和數字簽名。非對稱加密的安全性基于數學難題（如大整數分解、離散對數等），目前主流算法被認為是安全的。但隨著量子計算的發展，未來可能面臨新的挑戰。在實踐中，非對稱加密常用于實現數字信封（用于對稱密鑰的安全傳遞）、SSL/TLS握手協議（用于身份認證和密鑰協商）等關鍵場景。

3.3 密鑰管理機制

包括密鑰生成、分發、更新、撤銷等環節，是密碼系統安全的關鍵。常見做法有集中式密鑰管理，由可信第三方（如CA） 統一管理密鑰；也有分布式密鑰管理，通過密鑰共享協議在通信雙方間協商產生會話密鑰。密鑰管理要遵循最小權限原則，嚴格控制密鑰的使用和訪問權限。同時，要建立完善的密鑰備份和恢復機制，以應對密鑰丟失或損壞的情況[5]。現代密鑰管理系統通常采用硬件安全模塊（HSM） 來存儲和保護關鍵密鑰，提供更高等級的物理安全和防篡改能力。

3.4 數據完整性校驗

確保數據在傳輸和存儲過程中未被篡改。常用的完整性校驗機制有數字簽名和消息認證碼（MAC） 。數字簽名使用非對稱密鑰，能夠驗證數據來源的同時保證完整性。MAC使用對稱密鑰，通過附加一個校驗值來保證數據完整性。在實際應用中，完整性校驗常與加密結合使用，以同時保證數據的機密性和完整性。例如，在數字證書中，證書內容的完整性由CA的數字簽名來保證。在IPSec協議中，完整性校驗值與加密數據一同傳輸，接收方可以驗證數據在傳輸過程中是否被篡改。

4 訪問控制技術實現

4.1 自主訪問控制

由資源的所有者自行決定訪問控制策略，靈活性強，適合分布式環境。但是管理開銷大，難以實現集中管控。常見的自主訪問控制機制有訪問控制列表（ACL） ，基于屬性的訪問控制（ABAC） 等。ACL是一種基于主體和客體的簡單訪問控制方式，存在擴展性差、難以應對動態變化等缺陷。ABAC從主體、客體和環境屬性出發，提供了更細粒度和靈活的訪問控制。但其策略定義和管理較為復雜。自主訪問控制適用于對靈活性要求較高的場景，如文件系統、協同工作平臺等。

4.2 強制訪問控制

由系統統一定義和執行訪問控制策略，通過嚴格的安全標記來實現主體和客體之間的強制隔離。常見模型有Bell-LaPadula機密性模型，Biba完整性模型等。Bell-LaPadula模型通過主體和客體的安全標記來控制信息流向，實現防止機密信息泄露。Biba模型則重點防止低完整性主體對高完整性客體的寫入，保證系統完整性。強制訪問控制適合對機密性和完整性有嚴格要求的場景，如軍事、政府系統。但其靈活性較差，實現復雜，對一般商業系統來說通常過于嚴格。

4.3 基于角色的訪問控制

通過定義角色并為角色分配權限來簡化授權管理。用戶通過被賦予適當的角色來獲得相應的訪問權限。RBAC模型使得訪問控制策略的定義和管理更加清晰和高效，被廣泛應用于企業信息系統中。相比自主訪問控制，RBAC更易于集中管理；相比強制訪問控制，RBAC更加靈活。但其角色定義和用戶角色分配仍需要大量的前期工作。此外，RBAC較難適應組織結構和業務需求的動態變化。一些改進模型如層次RBAC、約束RBAC 等，在一定程度上解決了這些問題。

4.4 細粒度的訪問授權管理

將權限控制顆粒度進一步細化，可以控制到數據表的行級或列級。這種方案通過引入訪問控制規則引擎，動態生成授權決策，可支持更加靈活和精細的權限管理，但系統復雜度也相應增加。細粒度訪問控制常用于數據敏感度較高的業務系統，如金融、醫療等。其核心是通過大量的規則和策略來描述復雜的權限關系。為了實現高效的授權決策，需要采用性能良好的規則匹配算法，并合理設計規則庫。要平衡安全性和可用性，避免過于煩瑣的授權規則影響系統性能和使用體驗。

5 網絡安全技術的綜合應用

5.1 邊界防護：防火墻與訪問控制

在網絡邊界及內部區域之間部署防火墻，根據訪問控制策略對進出流量進行檢查和過濾。通過將網絡劃分為不同的安全域，并控制域間的訪問，構建網絡邊界防護體系。通常采用縱深防御的理念，在不同層面設置多道防線。

5.2 威脅感知：入侵檢測與安全審計

入侵檢測通過實時或準實時的流量分析，識別網絡中的各類安全威脅，包括病毒木馬、漏洞利用、異常行為等。安全審計則通過記錄和分析系統日志，發現可疑行為并追蹤攻擊源。二者相結合，提供了更全面的安全威脅感知能力。

5.3 數據安全：加密存儲與傳輸控制

采用加密技術保護靜態數據（如磁盤文件）和動態數據（如網絡傳輸）。存儲加密可使用文件加密、磁盤加密等方案；傳輸加密可采用SSL/TLS等安全通信協議。同時，要建立健全的密鑰管理體系，確保加密密鑰的安全。

5.4 主機防護：操作系統與應用安全

在終端主機（服務器、PC等）層面采取安全加固措施。操作系統要及時打補丁，合理配置安全策略，并部署防病毒、主機防火墻等安全軟件。應用軟件要進行安全編碼，并采用安全框架（如Java Security） 進行開發。

6 案例分析：高等院校網絡安全體系建設

6.1 安全建設背景與目標

某高等院校近年來不斷加大信息化建設力度，業務系統復雜度和數據規模快速增長。為保障日常信息系統安全和師生數據隱私安全，提升網絡安全事件的應對和恢復能力，同時提高全校師生的網絡安全意識和應對網絡安全事件的技能，該高校決定全面升級網絡安全防護體系。

6.2 縱深防御架構設計

該院校依據縱深防御理念，規劃了由外到內6個層面的立體化安全防護架構。從網絡邊界到網絡區域、主機、應用、數據、管理，各層級部署了相應的安全措施，運用新一代防火墻、入侵檢測、身份認證及行為管控、安全審計等關鍵技術，環環相扣，構筑起全方位、多層次的綜合防護體系。

6.3 關鍵技術選型與部署效果

6.3.1 網絡層安全防護

為網絡出口部署了兩臺下一代防火墻，開啟IPS、應用識別與過濾等功能。同時身份認證、上網行為管控等服務，抵御網絡攻擊。

6.3.2 主機與應用層安全防護

在所有校內應用系統服務器和核心交換機之間部署WAF，實現對應用系統和所依托服務器的防護。在應用服務器內部加裝殺毒軟件，實現系統加固、補丁管理、防病毒查殺、主機入侵檢測等防護措施。與此同時，還采購源代碼安全檢測工具對自主開發或委托第三方機構開發的應用進行代碼審計。

6.3.3 數據安全防護

對校內一卡通消費系統、業務系統所涉及的師生數據進行梳理，識別了師生個人信息、人臉數據、校內消費記錄、監控畫面等敏感數據，對其全生命周期實施加密保護。通過部署數據庫審計，數據庫訪問權限設定，訪問方式限定，制定敏感數據收集、管理和使用辦法等方式，實現對師生敏感數據的有效保護。

6.3.4 統籌管理

為了提升校內整體信息化設備運營效率和管控力度，實現統一的數據管理、應用機制，學校匯聚分析包括校園出入口門閘、學生宿舍門閘、日常刷卡服務器、網絡終端面板管理服務器、防火墻等多種校內信息化業務設備，并與之業務系統聯動，實現關聯分析、可視化展現、異常數據及行為提示。通過建立完善的校內信息系統異常事件分類分級標準和應急響應預案，校園信息化安全管理團隊的運營效率顯著提升。

6.4 實踐總結

經過一年的規劃建設和持續優化，該校的網絡安全防護和管理能力得到大幅提升，攻擊風險和數據泄露隱患基本消除，為教育教學的安全穩定運行以及和校內師生個人信息的管理提供了堅實保障。項目實踐主要有以下經驗總結：基于全面風險評估，針對不同等級資產、數據匹配相應的安全防護措施，避免“一刀切”。先易后難、由點及面，從單點防護演進到體系化建設，分步實施、持續優化。合理采購和復用現有資源，并重點關注系統間的互聯互通，提高網絡安全投資的有效性。通過可量化的效果評估，不斷改進技術手段，將安全管理融入日常運營。

網絡安全體系建設需要高校所有師生，尤其是主要領導的重視，跨部門通力合作，既要有戰略規劃和頂層設計，更需在技術、管理、人員等層面持續投入。唯有如此，方能在日趨復雜的網絡環境下筑牢安全防線，為學校的高質量發展保駕護航。

7 結束語

信息安全技術是網絡安全管理的核心支撐，深入理解和靈活應用這些關鍵技術是提升安全防護水平的根本出路。同時，做好網絡安全還需強化安全意識、健全管理制度、完善應急預案等管理舉措。唯有技術與管理協同發力，多管齊下，才能構筑起一道全面、有效、可靠的網絡安全屏障。面對日新月異的網絡安全形勢，我們要與時俱進地研究信息安全新技術，不斷優化技術手段和管理策略，為網絡安全提供堅實保障。