5G 網絡安全：威脅、機制與實現

摘要：隨著5G技術的快速發展，其高速率、大容量、低延遲的特性為網絡通信帶來了革命性的變化。5G網絡的普及使網絡安全問題日益突出。文章探討了面向5G網絡的計算機網絡安全防護機制和實現技術，分析了5G網絡的安全挑戰，結合實際案例，提出了一系列創新性的安全保護策略，并對其有效性進行了驗證。文章采用文獻綜述、案例分析和實驗驗證的方法，得出以下主要結論：多層次的安全防護機制對于維護5G網絡的安全至關重要，通過增強物理層、網絡層和應用層的安全措施，可以有效抵御各種安全威脅。研究結果為5G網絡安全提供了理論支撐和實際應用指導。

關鍵詞：5G網絡；網絡安全；防護機制；實現技術

中圖分類號：TP311" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）12-0064-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

5G網絡憑借高速率、大容量、低延遲等特性，為人們的生活帶來了極大的便利，并在各個領域得到越來越廣泛的應用。然而，5G網絡的普及也帶來了新的網絡安全挑戰。本文從5G網絡的安全威脅出發，對其面臨的主要安全問題進行分析，并探討相應的防護機制和實現技術。文章旨在為5G網絡安全防護提供系統的解決方案，通過對現有文獻的綜述和實際案例的分析，確保網絡安全的可靠性。文章首先分析了5G網絡的安全威脅，然后探討了相應的防護機制和實現技術，最后通過案例分析驗證了所提方案的可行性。

1 5G網絡的安全威脅分析

1.1 物理層安全威脅

物理層構成了5G網絡的基礎架構，涵蓋了硬件設備、基站以及傳輸介質等關鍵組成部分。在這一層，安全威脅的存在形式多樣。主要的物理層安全威脅及其具體攻擊手段和危害如下：設備篡改：攻擊者可能利用物理手段對基站或用戶設備進行篡改，植入惡意硬件以監聽或干擾正常的通信過程，可能導致信息泄露或服務中斷。信號干擾：由于5G網絡使用的是更高頻率的信號，它對電磁干擾更為敏感[1]。這種信號干擾可能導致通信連接的中斷或數據傳輸的錯誤。側信道攻擊：通過分析設備的功耗、電磁輻射等非傳統通信路徑信息，攻擊者可能從中推斷出敏感數據，從而進行數據竊取或破壞。物理接入控制不足：未經授權的人員接近或操縱敏感設備，可能導致敏感信息的泄漏或設備的損壞。

1.2 網絡層安全威脅

作為5G網絡的核心部件，網絡層在面臨多種安全威脅的同時，還承擔著關鍵的數據路徑收發任務。主要的網絡層安全威脅及其防御措施如下：分布式拒絕服務DDoS攻擊：大量偽造的請求淹沒了網絡，導致合法用戶防御措施包括利用流量分析和過濾技術，同時也包括DDoS防護系統的部署。中間商攻擊：攻擊者在傳輸中截取、篡改數據，甚至冒充正版用戶進行業務交流。防御措施包括采用安全認證協議的強加密技術。路徑操縱攻擊：攻擊者將數據重新導向自己所控制的目的地，通過操縱的路徑被信息所控制。防御措施包括使用BGP-SEC等安全協議。網絡切片資源分配問題：5G網絡切片技術可能導致資源分配不公，或者導致服務性能下降。防御措施包括動態資源配置策略和切片隔離技術。

1.3 應用層安全威脅

應用層面臨的安全威脅主要有：數據泄露：不安全的應用程序可能泄露用戶的敏感信息，如位置數據、個人身份信息等。惡意軟件：惡意軟件可能通過應用程序傳播，感染用戶設備，竊取信息或控制設備[2]。API濫用：應用程序編程接口（API） 的濫用可能導致未授權訪問或數據操縱。身份偽造：攻擊者可能偽造用戶身份，進行欺詐或非法訪問。

5G網絡的安全威脅是多維度的，需要從物理、網絡和應用三個層面進行綜合防護，如表1所示不同類型的網絡安全威脅案例，所以物理層的安全防護需要加強設備的物理安全和環境監控。網絡層的安全防護需要強化數據加密、認證機制和路由安全。應用層的安全防護則需要關注應用程序的安全性和用戶數據的保護。

從表1中可以看出，不同類型的網絡安全威脅涉及不同的攻擊手段和數據泄露類型。案例A1和A5主要涉及數據泄露，分別通過API濫用和未授權訪問進行攻擊。防護措施如加密存儲和訪問控制在一定程度上有效，但仍存在部分不足之處，需要進一步加強安全措施，如實施更嚴格的API安全設計和更強的訪問控制策略。

惡意軟件攻擊在案例A2和A4中表現突出，攻擊手段包括通過電子郵件附件傳播勒索軟件和通過問題軟件下載間諜軟件。部署終端防護和行為分析等防護措施可以有效檢測和防御這些威脅，說明這些技術在實際應用中具有較高的有效性。

2 面向5G網絡的網絡安全防護機制

2.1 物理層安全防護

物理層是5G網絡的基礎，維護網絡整體的完整性和可靠性，保證物理層的安全是必不可少的。具體做法如下：對基站及終端設備進行監測保護：持續監測保護基站及終端設備，防止篡改、破壞。執行門禁戰略：對關鍵設備執行嚴格的門禁戰略，對未經授權的實體聯系進行限制。實時環境監測：為保證設備正常運行，對溫度、濕度、電磁干擾等環境因素進行實時監測[3]。應用硬件級資料加密技術：將資料加密技術落實到硬件級，對儲存及傳輸資料加以保護，防止未經授權的存取及資料外泄。

2.2 網絡層安全防護

網絡層需要全面嚴密的安全防護措施，是5G網絡的數據傳輸及路由核心。具體措施及其實現技術如下：數據加密技術：對傳輸數據進行加密，保護數據的保密性和完整性，采用高級加密標準（AES）和傳輸層安全協議（TLS）。身份驗證機制將得到強化。確保只有經過驗證的用戶和設備才能接入網絡，采用多因素身份驗證（MFA）和公鑰基礎設施（PKI）技術。詳細門禁策略：以用戶和設備的角色和權限為基礎，使用角色門禁（RBAC）模型對門禁權限進行詳細的執行。道路是安全協議約定的。應用邊界網關協議安全擴展（BGP-SEC），確保信息的準確性和完整性，防止受到攻擊。網切隔離技術：通過網切技術定制隔離的網絡環境，以滿足不同服務需求，防止資源分配不公，服務性能下降。

2.3 應用層安全防護

應用層與使用者直接互動，安全防護策略一定要嚴絲合縫。具體措施及其實現方式如下：遵循安全編碼標準：開發者應遵循OWASP的安全編碼指南等安全編碼標準，以降低應用程序的安全漏洞。API安全設計方面：安全API的設計，限制API的存取，防止API濫用，防止數據外泄。API授權使用Auth2.0協議。用戶資料加密：加密存儲和傳輸用戶資料，以AES-256加密算法確保資料保密[4]。多方因素進行驗證：實施多重因素驗證（MFA），通過組合密碼、生物識別、安全令牌等多種驗證手段，提升用戶認證安全性。定期安全審計：進行定期安全審計，及時發現和修復安全漏洞，使用SONARQUBE、BURPSUITE等靜態和動態代碼分析工具。APP保護：部署Web應用防火墻（WAF）和入侵檢測系統（IDS），對惡意軟件和身份偽造的攻擊進行監控和預防。5G網絡的物理層、網絡層、應用層等通過上述防護措施，全面防護，有效抵御各類安全隱患。

3 5G網絡安全防護技術的實現

3.1 端到端加密技術

保端到端加密技術：保證數據在發送端加密，在接收端解密，中間節點不能對數據進行解讀，是保護數據傳輸安全的重要手段。優點：保證數據保密完整，不能解密，即使在傳輸過程中截取到了這些數據。缺點：可能影響通信速度和設備性能的加密解密過程需要消耗計算資源。適合的場景：適用于金融交易、敏感信息傳遞等需要高度保密的通信。未來發展趨勢：量子加密技術將成為未來發展方向，現有的加密算法可能會隨著量子計算的發展而面臨破解的風險。

3.2 身份認證與訪問控制

身份認證與訪問控制：確保只有經過驗證的用戶和設備才能訪問網絡，通過多因素認證（MFA）和訪問控制策略。優點：為防止非授權訪問和資料外泄，提高網絡的安全性。弊端：執行復雜的認證與門禁機制，可能會使使用者的使用變得復雜，管理變得困難。適合的場景：適用于企業網絡、政府機構和金融機構等需要對接入權限進行嚴格控制的領域。未來發展趨勢：在身份認證領域應用越來越多的生物識別技術（如指紋、面部識別等）將提供更加便捷、安全的認證途徑。

3.3 入侵檢測與防御系統

入侵偵測與防御系統（IDS/IPS）：通過對網絡流量的實時監控，對異常流量及潛在攻擊行為進行偵測和阻止。優點：可對網絡攻擊進行實時偵測和響應，提供周全的安全保護。弊端：可能會產生誤報，需要專業人員進行管養，調配費用較高。適合的場景：適用于數據中心、云服務提供商、大型企業網絡等對網絡安全性要求較高的網絡環境。未來趨勢：IDS/IPS系統中將廣泛應用人工智能和機器學習技術，以提高檢測的精確度和響應速度。

3.4 網絡切片安全技術

網絡切片安全技術：提供安全高效的資源分配，通過定制隔離的網絡環境來滿足不同服務需求。優勢：可提供定制化的安全策略，針對不同應用及服務，提升網絡資源利用率及服務品質。劣勢：涉及多種技術和協議的協調，網絡切片的管理和配置復雜度較高。適合的場景：適用于車聯網、產業互聯網、智慧城市等5G網絡中需要隔離的業務場景。未來發展趨勢：實現更靈活高效的網絡資源調度，動態網絡切片和自動化管理技術將是未來發展的重點。

4 案例分析與數據驗證

4.1 案例選擇與數據收集

精選具有代表性的5G網絡安全事件作為案例分析的第一步。為了確保案例的代表性和數據的準確性，需要遵循以下標準和方法：案例選取標準：代表性：選取典型案例，涵蓋DDoS攻擊、數據泄露、身份偽造等不同類型的安全威脅（如DDoS攻擊）。資料的豐富性：選取日志翔實、報表翔實、資料翔實的案例進行綜合分析。近期：為體現最新安全威脅和防護措施，近期安全事件優先考慮。資料采集方法：日志分析：采集基站日志，用戶反饋，應用服務器日志等，獲取原始資料[5]。感應器資料分析：傳感器數據的采集，通過環境監測系統和基站的狀態報表進行。安全事件報告：對安全事件報告進行收集和分析，并對襲擊手段、保護措施等進行了解。綜述：案例分析的背景資料通過已有的文獻資料和調研報告進行補充說明。

表2以資料來源、資料類型、采集時間、數據量、數據處理狀態等為主要內容，詳細展示了案例選取和資料搜集的具體信息。通過分析這些數據，深入研究安全事件的發生方式、攻擊手段和防護措施的有效性。比如案例1和案例4的數據量較小，這或許說明分析這些案例的工作管理起來比較容易，執行起來也比較容易；而案例2和案例3的數據量更大，處理分析所需要的資源和時間也更多。

日志分析、傳感器數據分析、安全事件分析等不同的分析方法，有助于對潛在的安全威脅進行識別，并有針對性地制定保護措施。研究者可以結合這些分析方法，清晰地了解每個案例的進展，并據此適當調整研究方案。

4.2 數據分析與技術實施的可行性分析

數據分析的具體方法：統計分析：使用描述性統計方法對收集的數據進行基本分析，識別數據分布和趨勢。機器學習：采用機器學習算法（如分類、聚類） 對數據進行深度分析，識別潛在的安全威脅模式。模式識別：通過模式識別技術，分析攻擊行為和策略，評估防護措施的有效性。數據分析結果：攻擊模式識別：通過分析，識別出常見的攻擊模式和行為特征。防護措施評估：評估現有防護措施的有效性，識別其優缺點，并提出改進建議。成本效益分析：

[CEM=?Tβ]" " " " " " " " "（1）

[?T]代表成本，[β]代表效益，該公式幫助我們理解，在實施安全防護措施時，相對于避免潛在安全事件所帶來的收益，所需的投入成本是多少。一個較低的CER值表明，安全措施不僅能有效降低風險，同時也是經濟上合理的選擇。

資源需求評估：軟硬件資源：評估實施安全防護技術所需的軟硬件資源，包括設備、網絡帶寬和存儲等。人力資源：評估所需的專業人員和培訓需求，確保防護措施能夠順利實施。專業知識：評估實施所需的技術知識和技能，確保團隊具備相關能力。兼容性測試：測試目標：確保新的安全技術能夠與現有網絡環境和業務流程無縫集成。測試方法：進行實驗室測試和現場測試，評估新技術的兼容性和穩定性。

5 結論

5G網給現代社會帶來了巨大的變革潛力，因為它具有高速率、大容量和低延遲的特點。網絡安全問題也隨著5G技術的廣泛應用而凸顯出來。未來，網絡安全防護技術也需要隨著5G技術的不斷發展而進化，以應對安全挑戰的不斷變化。增強多層次防護：改進物理、網絡和應用層的防護措施，提升整體安全性。推進新技術研發：研究量子加密和AI驅動的安全技術，應對未來安全威脅。加強安全意識教育：提高用戶和從業人員的安全意識，普及安全知識。推動標準化和法規建設：制定和完善安全標準和法規，加強國際合作。定期安全評估和審核：定期開展安全評估，保持防護措施的有效性和前沿性。

參考文獻：

[1] 陸敏.5G通信時代計算機網絡信息安全問題淺析[J].中國新通信，2023，25（10）：1-3，86.

[2] 馬玥桓.計算機網絡信息安全及其防護對策探討[J].現代信息科技，2022，6（19）：116-119.

[3] 鄭文娟.5G通信時代計算機網絡信息安全問題分析[J].信息記錄材料，2022，23（9）：75-77.

[4] 廖遠來.5G網絡中工業互聯網安全問題探析[J].網絡安全技術與應用，2022（9）：79-80.

[5] 夏雪，楊龍祥.5G超密集網絡中基于D2D技術的視頻流傳輸[J].計算機技術與發展，2019，29（4）：169-174.

【通聯編輯：光文玲】