基于云安全的網絡安全防御系統設計

摘要：伴隨著云計算技術在社會各個領域中的廣泛應用，云安全風險問題逐漸凸顯，迫使云安全理念與技術不斷創新，同時安全法律法規及云計算安全標準亦相繼出臺，推動著云安全防護架構實現全面演進。文章立足于信息網絡安全防御視角，提出了一種基于云安全技術的網絡安全防御體系總體設計方案，成功研發出一套具備檢測與防御協同功能的防御系統。運用云安全技術的網絡安全防御系統不僅完全可行，而且具有顯著效果，可有效抵御非法入侵，防范網絡信息破壞。

關鍵詞：云安全技術；網絡安全；防御系統

中圖分類號：TP312" 文獻標志碼：A

0 引言

計算機和通信技術的快速發展推動了互聯網在社會各領域的廣泛應用。在享受網絡應用帶來的便捷之余，人們亦須面對網絡安全問題所提出的挑戰，如網絡攻擊、信息泄露等，這些已對人們的日常生活和工作產生嚴重影響。盡管我國在網絡信息安全建設方面已取得顯著成果并逐步構建了具有特色的網絡防護體系，但網絡信息化的快速發展導致安全防護體系相對滯后和薄弱。因此，迫切須要研發與設計適應現代信息網絡安全的防護體系。基于此，本文從信息安全防護體系設計原則出發，提出了網絡安全防護體系的總體設計方案，旨在為提升信息網絡安全防護體系的設計與應用提供參考。

1 云安全技術概述

云安全技術，作為現代科技的標志性成就，特別是網絡通信技術與大數據處理技術的深度融合，已確立了在主流網絡計算范式中的地位。這一技術憑借高效的運算效能、強大的存儲功能和精確的數據處理能力，已被廣泛應用于我國各行業和部門的關鍵業務中，發揮著至關重要的作用^［1］。云安全技術的核心特性主要體現在以下3個方面：首先，功能完備性。在大數據云安全技術環境中，用戶數據的安全性和完整性得到嚴格保障。未經用戶授權，任何第三方均無權訪問或處理用戶數據，確保用戶數據的合法權益。其次，數據保密性。云安全技術環境下，用戶數據僅在獲得明確授權的情況下方可被使用。這為用戶數據提供了強有力的隱私保護，防止未經授權的共享或傳輸行為。最后，數據驗證機制。在大數據云安全技術的背景下，用戶獲得了對自己數據的主導權。通過應用加密技術，用戶能夠實現對個人數據的嚴密安全控制和有效保護，進一步提升了數據的安全性和可控性^［2］。

2 云安全技術架構思路

2.1 合規先導

隨著信息技術的迅猛發展，網絡安全問題愈發凸顯，成為全球共同關注的焦點。為了切實保障國家網絡安全、數據安全、個人信息安全以及關鍵信息基礎設施的安全穩定，我國在不斷完善相關法律法規和標準體系。其中，網絡安全法、數據安全法、密碼法、個人信息保護法等法律法規，為網絡安全提供了堅實的法律保障，有效維護了網絡空間的秩序和穩定。同時，等級保護2.0系列標準和云安全相關標準等技術性規范，為網絡安全技術的實施提供了明確的指導和規范。等級保護2.0系列標準在原有基礎上進行了升級和完善，更加注重對新技術、新應用的安全保障，提出了更加科學和嚴格的要求和措施。

2.2 主動安全

在遵循全面性、層次性、深度防御及安全運營這一基本原則的基礎上，軟件定義安全與云網安一體化的融合，構成了實現“主動安全”技術架構的堅實基礎與先決條件。該架構著重凸顯了云應用安全、云數據安全以及可信接入的極端重要性。堅持“安全左移”的原則，實施DevSecOps方法，能有效管控應用軟件的潛在風險^［3］。

全面的數據全生命周期安全風險管理，有助于確保數據的機密性和完整性得到保障。此外，運用零信任理念，可建立云平臺的可信接入機制。零信任安全依賴于下一代IAM、SDP和微隔離等關鍵技術，執行最小權限原則，對訪問請求進行詳盡的評估和驗證，以強化云計算的安全邊界。

在數據安全層面，技術人員采取全面的防護措施，覆蓋數據從生成到銷毀的各個階段，實現數據安全的全生命周期管理，關鍵在于推行“安全左移”策略。該策略致力于從源頭著手，有效控制風險，借助DevSecOps模式，推動開發與安全運維的緊密結合，以便在早期階段即能識別并解決潛在的安全隱患及邏輯錯誤。此舉能大幅提升漏洞修復的效率，確保軟件質量達到高標準，從而保障系統能夠安全、穩定地運行^［4］。

3 基于云安全技術的網絡安全防御體系設計

為了確保整個系統的設計和開發工作全面且準確地完成，技術人員須嚴格遵循功能模塊分布，確保系統功能得以順利實現。整個體系結構可被劃分為2個主要的構成部分：一是檢測機制，其主要功能是對網絡進行接入監管、動態監控、精確識別及有效響應，以維護網絡的安全性。二是控制中心，它依據檢測機制的實時反饋，對操作進行協調和管理，以確保用戶能夠全面、精確地記錄、統計和追蹤數據。此系統主要包含以下幾個功能模塊。

3.1 網絡協議分析

核心研究對象涵蓋鏈路層、傳輸層、網絡層等層面，實現數據處理的革新，采用集中封裝結構，為科學分析和處理創造有利環境，提升了數據處理的效率和準確性。首先，在鏈路層方面，技術人員深入剖析鏈路層協議，理解數據在網絡中的傳輸過程，旨在提高數據傳輸的可靠性和穩定性^［5］。其次，在傳輸層方面，傳輸控制協議（Transfer Control Protocol，TCP），為數據傳輸提供了更優秀的控制和調度，進而提升了數據傳輸效率并降低傳輸延遲。在網絡層方面，此模塊借助互聯網協議（Internet Protocols，IP）的設計，深入了解數據在網絡中的路由和轉發過程，從而為數據傳輸提供更優質的路徑選擇和路由策略，旨在提高數據傳輸的可靠性并降低網絡擁塞。

3.2 網絡數據采集

該模塊旨在為用戶提供高效的網絡界面管理與操作體驗，通過實時監測各個接口的網絡狀態，使用戶能夠準確了解網絡運行狀況，進行有針對性的調整和優化。此外，模塊還具備數據包捕獲和傳輸的功能，幫助用戶迅速獲取關鍵信息，提升問題分析與解決效率。首先，此模塊提供了便捷的網絡接口訪問方式，將原本復雜的網絡配置和操作簡化為直觀易懂的界面形式，大大降低了用戶的學習成本。通過本模塊，用戶能夠隨時查看和管理網絡設備、路由器、交換機等關鍵組件的配置和狀態。其次，該系統具備實時監測各接口網絡狀態的能力，涵蓋帶寬利用率、數據傳輸速度以及延遲等核心指標。這些信息的獲取對于診斷網絡問題、優化網絡性能具有至關重要的作用。一旦網絡出現異常，本模塊將及時發出警報，提醒用戶采取相應措施，確保網絡運行的穩定性和可靠性^［6］。

3.3 數據包的預處理

本方案依托于數字水印技術，旨在實現對系統安全的實時干預與防護措施。同時，嚴格遵循技術規范對數據包進行重建，以全面檢測并抵御潛在攻擊。

3.4 入侵探測模塊

在實際應用中，為實現各類信息精確匹配的目標，技術人員須遵循預設的入侵準則，運用先進的特征匹配技術，確保能夠精確地檢測到潛在的威脅并進行嚴格的辨識。通過這種方式，技術人員可以有效地識別和分類各種網絡攻擊，從而實現對這些攻擊的妥善處理。這不僅包括及時發現和阻止惡意行為，還包括對攻擊來源、類型和可能的影響進行詳細分析，以便采取相應的防御措施，確保網絡環境的安全和穩定。

4 網絡安全系統的實現

4.1 網絡數據包捕獲

4.1.1 獲得網絡裝置

首先，技術人員須要全面搜集所有網絡接口的目的IP地址以及相應的網絡掩碼。這一步驟是建立可靠網絡連接的基礎。隨后，技術人員應啟動必要的網絡設備并選擇適當的捕包工具，為這些設備分配適當的子網掩碼，以確保全面掌控其運行。在完成所有必要操作后，系統將關閉特定數據包，確保所有資源得到妥善且徹底的釋放。

4.1.2 網絡數據包捕獲

在捕獲數據包之后，根據實際需求，進行相應的過濾、排序和保存等操作。同時，運用各類統計和分析工具，對捕獲到的數據包進行深度分析，以挖掘網絡中可能存在的潛在問題或安全隱患。在成功啟用網絡適配器之后，首先要確保網絡的正常運行，然后運用捕捉功能捕獲數據包，以便對網絡流量實施實時監控和分析。通過捕獲和分析數據包，運維人員可以更加全面地掌握網絡運行狀況，及時發現并解決潛在隱患，確保網絡的穩定和安全^［7］。

4.2 網絡協議分析

首先，依據特定的監控需求定義并優化處理算法，引導捕獲到的數據包進入數據鏈路層的處理流程。該層負責整合多層鏈路的信息并向各個相關層次發送精確的響應。同時，通過網絡層的深度統計分析手段，以確定數據的后續傳輸目標。

4.3 數據包的預處理

4.3.1 HTTP 譯碼的預處理（Preprocessing）函數

在實際操作中，將HTTP字符串轉化為ASCII格式可有效識別并抵御潛在的惡意攻擊，從而確保信息的安全性和系統的穩定性。

4.3.2 預處理為基礎的端口掃描策略

在實際操作中，對一系列端口的IP地址實施預處理掃描是至關重要的步驟。

通過對這些IP地址進行預處理掃描，識別和排除潛在的安全隱患，避免未來可能出現的網絡攻擊和數據泄露事件。該預處理掃描包括對IP地址的基本信息進行核實，還涉及對端口狀態的詳細檢查，確保每個端口都處于安全和可控的狀態。此方法依賴于大量驗證過的TCP連接，為高效掃描多個端口提供了牢固的基石。

4.3.3 基于預處理的端口掃描策略

端口掃描是網絡安全中關鍵的任務，尤其在漏洞評估和網絡滲透測試中。高效的端口掃描策略，基于預處理，通過驗證過的TCP連接，提高了掃描的效率和精確度。預處理包括探測目標IP地址的端口狀態，避免無效掃描，提升效率并識別受保護的端口。實際操作中，通過發送TCP SYN數據包并分析響應來判斷端口狀態。預處理策略不僅提高了效率，減少了網絡流量和系統負載，還幫助安全研究人員快速獲取網絡信息，對安全評估和防護至關重要。

4.3.3 分層次的預處理數據解析機制

IP數據包的傳輸嚴格遵守最大傳輸單元（Maximum Transmission Unit，MTU）原則。通過精細剖析IP數據包的重組機制及TCP相關程序的反饋信息，能詳盡地洞察潛在的入侵行為。在系統運行期間，維護人員應持續監控系統狀態，以規避系統崩潰等不期望的事件。

4.4 入侵檢測系統

為確保收集的數據能與現有數據庫進行有效對比，及時識別并解決潛在問題，相關責任人須充分運用入侵檢測系統的規則庫資源。該系統依據這些規定性規則，可自動觸發警報機制。當規則庫中無法找到匹配項時，可推定該網絡段處于安全狀態，以提升比對效率，防止出現運行不暢的情況。此外，BM算法的應用能夠進一步提升匹配過程的優化效果。模式匹配的具體原理如圖1所示。

4.5 傳感器深度學習

深度學習技術在云安全領域占據重要地位，對于強化人們對安全威脅的感知能力具有顯著作用，進而有助于提升網絡安全防護水平。傳感器的設計理念借鑒了人們大腦中神經元的工作機制。正如大腦中的神經元僅對特定刺激產生響應一樣，傳感器同樣設有一個激活閾值，該閾值通過激活函數來表達。激活函數根據傳感器是否被激活（即是否超過預設的閾值）來決定賦予其+1或-1的數值。有關判斷傳感器是否激活見公式（1）：

ifwx≥0→f（y）=+1

ifwx＜0→f（y）=-1（1）

在傳感器啟動運行之前，必須首先驗證經過加權處理的輸入數據值是否超出預設的最低閾值0。鑒于輸入信號已預先確定，因此，權重的大小將對傳感器的響應速率產生直接影響。鑒于此，本文提出了一種基于神經網絡的理解方法。具體而言，該方法首先采用一個默認值（通常為0）來設定權重。隨后，計算每個學習樣本及其對應的輸出信號。最終，依據實際期望的輸出值（即與輸入數據原始分類標簽相關聯的值）與傳感器預測值之間的差異，對權重進行調整。每個權重的調整可通過以下公式進行說明：

w=w+Δw（2）

其中， Δw表示預期值y與預測值y的偏離，得到公式（3）：

Δw=λ（y-y）xi（3）

須將預設數值y與預測值y的差值，乘以輸入值xi，再乘以一個代表傳感器學習速率的系數λ。此系數λ通常位于0至1的區間內，一般在傳感器初始化階段即已設定。

5 系統測試

5.1 功能測試

在進行系統測試的過程中，具體的功能測試是至關重要的一個環節。為了確保系統的穩定性和可靠性，本文使用各種不同的攻擊軟件來模擬真實的網絡攻擊場景。通過這些模擬攻擊，驗證系統是否具備檢測網絡攻擊的能力。在測試過程中，詳細記錄系統的反應和表現，確保每一個功能模塊都能夠正常運行，沒有任何漏洞或缺陷。經過對系統各項功能的全面且嚴格的測試，確保該系統能夠切實有效地識別并檢測到各類網絡攻擊行為。此外，系統還應當具備向用戶發出相應警報信息的功能，以便用戶能夠及時了解當前的安全狀況并采取相應的措施來應對潛在的安全威脅。這樣，用戶就可以在系統檢測到網絡攻擊時，迅速做出反應，最大限度地降低可能造成的損失。

5.1.1 Nmap 攻擊

Nmap，即Network Mapper，是一款流行的網絡掃描工具，用于網絡安全。它能發現網絡設備、服務并揭示網絡結構和安全漏洞。盡管如此，Nmap也可能被用于惡意活動。Nmap攻擊包括掃描目標網絡以識別弱點，然后利用這些弱點進行攻擊，如滲透測試或暴力破解。這類攻擊可能導致系統癱瘓、數據泄露，威脅網絡安全。因此，專家和管理員須采取措施，如更新補丁、配置防火墻、限制服務，以保護網絡安全和穩定。

5.1.2 服務攻擊拒絕

Teardrop攻擊是一種技術手段，通過持續向系統發送錯誤信息，使本應被攔截的信息得以滲透進入系統，最終導致系統崩潰，無法正常運行，頻繁重啟。然而，若將Teardrop攻擊與Jolt攻擊相結合，則能向系統注入大量數據，這一做法反而能夠增強企業的防御攻擊能力。

5.2 系統相應時間的檢驗

本文采用該模型，將網絡速度設定為50 Mbps，數據包大小確定為512字節并依據此配置來模擬網絡攻擊及觸發警報。具體操作流程如下：

5.2.1 誤判率評估

誤判率是指程序在執行過程中產生錯誤判斷的概率。在網絡攻擊場景中，須要計算系統的錯誤系數以及檢測出的錯誤率，以此評估錯誤的嚴重程度。在此過程中，須預先設定攻擊規則并統計Snort工具捕獲的攻擊事件數量及系統觸發的警報次數，進而計算出系統的誤報率。

5.2.2 誤報檢測

在此過程中，須預先設定并輸入必要的數據。系統須記錄網絡攻擊的發生次數及未被檢測到的攻擊次數，以確保準確識別遭受攻擊的目標計算機。平均響應時間、誤報率及漏報率的具體數值如表1所示。根據表1數據，這些數值均達到了預先設定的標準和目標，從而驗證了系統性能的優越性^［8］。

6 結語

綜上所述，本文以全面提高云安全技術防護架構為基礎，秉持“合規引領、主動安全”的理念，提出全方位的網絡安全防御體系設計方案。該方案將安全左移、威脅情報分析、云網協同等關鍵技術應用于主動安全領域，實現“云、網、應用、數據”多維度深度防護的網絡安全一體化。

參考文獻

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（編輯 王雪芬）

Design of a network security defense system based on cloud security

DING" Yuanrui

（Xiamen Huaxia University， Xiamen 361021， China）

Abstract：" With the widespread application of cloud computing technology in various fields of society， cloud security risks have gradually become prominent， forcing continuous innovation in cloud security concepts and technologies. At the same time， security laws， regulations， and cloud computing security standards have also been introduced， promoting the comprehensive evolution of cloud security protection architecture. This article is based on the perspective of information network security defense， proposing an overall design scheme of a network security defense system based on cloud security technology， and successfully developing a defense system with detection and defense coordination functions. The network security defense system using cloud security technology is not only completely feasible， but also has significant effects in resisting illegal intrusion and preventing network information damage.

Key words： cloud security technology; network security; defense system