网络通信中数据信息安全保障技术分析

程锦华

（深圳市电信工程有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

数据信息安全保障技术的研究和应用对于确保网络通信的可靠性、保护用户隐私和防止恶意攻击具有重要意义，这些技术的发展不仅需要深入理解网络通信中的安全挑战，还需要对现有的安全保障技术进行全面的分析和评估。目前，数据加密技术、身份验证与访问控制技术、数据完整性和防篡改技术以及安全传输协议等是网络通信中常用的数据信息安全保障技术。然而，随着网络攻击技术的不断演进和威胁的日益复杂化，这些技术也面临着挑战和限制。因此，对于这些技术的分析、评估以及改进具有重要的研究价值。

1 网络通信中的数据信息安全问题

1.1 数据机密性

机密性是指确保数据只能被授权的用户或实体所访问和理解，而对未经授权的人员保持不可见和不可理解。在数据传输过程中，存在着许多潜在的风险，如窃听、拦截以及篡改等，这些威胁可能导致敏感信息泄露或被恶意利用。为了保护数据的机密性，许多加密算法被广泛应用于网络通信中[1]。对称加密算法使用相同的密钥进行数据的加密和解密，具有高效性和速度快的优势，但密钥的分发和管理可能存在安全隐患。非对称加密算法的公钥和私钥配对，公钥用于加密数据，私钥用于解密数据，具有更高的安全性，但加解密过程相对较慢。

1.2 数据完整性

数据完整性是指数据在传输或存储过程中没有被意外篡改或损坏的特性。网络通信涉及多个节点和传输路径，其中任何一个环节的意外干扰都可能导致数据完整性受到威胁。数据完整性问题的出现可能导致信息的错误传递，进而影响决策和业务流程，例如金融交易中数据篡改可能导致交易金额错误或者资金转移错误，从而引发经济损失；在医疗保健领域，患者医疗记录被篡改可能导致错误诊断和治疗，危及患者生命。为了保障数据的完整性，可以使用哈希算法对数据进行校验和计算，以便在传输过程中验证数据是否被篡改。数字签名技术也常用于保护数据完整性，通过在数据上附加签名，可以验证数据的来源和是否被篡改。此外，传输层安全协议也能够通过加密和认证机制来确保数据在传输过程中的完整性。

1.3 数据的可用性

数据可用性是网络通信中数据信息安全的重要方面，在保障数据机密性和完整性的同时，数据的可用性也需要得到充分关注。数据可用性受到多种因素的影响，包括硬件故障、网络故障、恶意攻击以及自然灾害等，这些因素可能导致数据不可用，造成业务中断、数据丢失或损坏，从而对组织的运作和用户体验造成严重影响[2]。为了提高数据的可用性，可以采取一系列的技术手段。例如，使用冗余存储和备份策略，确保数据在硬件故障或自然灾害发生时能够及时恢复。同时，采用负载均衡和故障转移技术，使系统能够在出现网络故障或服务器故障时保持高可用性。

2 数据信息安全保障技术

2.1 加密算法

2.1.1 对称加密算法

对称加密算法是一种常见的数据信息安全保障技术，使用相同的密钥用于加密和解密数据。在对称加密算法中，发送方使用密钥将明文数据转换为加密数据，而接收方则使用相同的密钥将加密数据还原为明文数据。这种算法具有高效性和快速性的优势，因为它使用的密钥长度相对较短，加密和解密的过程非常迅速。尽管在保护数据安全方面具有一定的局限性，但在许多应用场景中仍然是一种重要的保障技术，在保护大量数据传输和存储中发挥着关键的作用，尤其在要求高效性和快速性的场景中表现出色。未来，随着计算能力的提升和量子计算的发展，对称加密算法仍需要不断演进和改进，以应对不断增长的安全挑战。对称加密算法的流程如图1 所示。

图1 对称加密算法

2.1.2 非对称加密算法

非对称加密算法是一种常用的数据信息安全保障技术，与对称加密算法不同，非对称加密算法采用了2个不同的密钥，即公钥和私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据，这种算法的安全性基于数学难题，如大素数分解或椭圆曲线离散对数问题[3]。非对称加密算法在网络通信中的数据信息安全保障中扮演着重要的角色，通过合理的使用和结合其他数据安全技术，可以有效地保护数据的机密性和完整性，为用户提供安全可靠的通信环境。

2.1.3 哈希算法

哈希算法的主要功能是将任意长度的输入数据转换为固定长度的哈希值，具有以下几个重要特点。首先，它是单向函数，即从哈希值无法逆向推导出原始输入数据。这种特性使得哈希算法在密码存储、数字签名等场景中得到广泛应用。其次，哈希算法具有固定输出长度的特性，无论输入数据的大小，输出长度始终保持不变，这样可以方便地用于校验数据完整性。最后，哈希算法对输入数据的任何细微改动都会导致输出值的明显变化，这被称为“雪崩效应”，保证了数据的完整性。

2.2 访问控制

访问控制通过限制和控制对系统资源与数据的访问，确保只有授权的用户或实体能够获取所需的信息。访问控制技术通过建立身份验证和授权机制，对用户进行身份验证，确定其权限级别，并根据其权限级别授予或拒绝对系统资源的访问。在访问控制中，身份验证是第一道防线。常见的身份验证方式包括密码、数字证书、生物特征识别等。用户在登录系统时需要提供有效的凭证以证明其身份合法性。一旦身份验证成功，系统将为用户分配相应的权限。授权是访问控制的核心机制，用于定义用户能够访问的资源范围和操作权限。基于角色的访问控制（Role-Based Access Control，RBAC）是一种常见的授权模型，将用户组织成不同的角色，并为每个角色分配相应的权限。这种模型简化了权限管理，提高了系统的可维护性和安全性。

2.3 安全传输协议

2.3.1 SSL/TLS 协议

安全套接层/传输层安全性（Secure Sockets Layer/Transport Layer Security，SSL/TLS）协议是一种广泛应用于网络通信中的安全传输协议，提供了一种加密和认证机制，用于保护数据在网络传输过程中的机密性和完整性。SSL/TLS 协议基于公钥加密和对称加密算法，通过建立安全的通信通道，使通信双方能够进行私密的数据传输。其核心功能包括身份认证、加密和数据完整性保护。在握手阶段，SSL/TLS 协议使用公钥加密算法来进行服务器和客户端的身份认证，确保双方的身份可信。协议使用对称加密算法来加密通信数据，保护数据的机密性[4]。同时，通过使用消息认证码（Message Authentication Code，MAC）或哈希算法，SSL/TLS 协议能够验证数据的完整性，防止数据在传输过程中被篡改。

2.3.2 IPSec 协议

互联网协议安全（Internet Protocol Security，IPSec）是一种广泛应用于网络通信中的安全传输协议，通过提供机密性、完整性和身份认证等安全服务，为IP数据包的传输提供了强大的保障。首先，IPSec 协议通过在IP 层对数据进行加密和验证，有效防止了数据在传输过程中被篡改和窃听。其次，IPSec 协议使用了多种安全机制，包括加密算法、完整性校验和密钥管理等。在加密算法方面，IPSec 支持多种对称和非对称加密算法，如数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）、3DES、高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）、RSA 等，以适应不同安全需求的场景。通过使用这些加密算法，IPSec 可以对数据进行加密，使其在传输过程中难以被破解和解密。最后，IPSec 协议还使用了完整性校验机制，如哈希消息认证码（Hash-based Message Authentication Code，HMAC），用于检测数据是否在传输过程中被篡改。通过计算并在数据包中添加校验值，接收方可以验证数据的完整性，确保数据没有被非法篡改。

2.4 网络防火墙技术

网络防火墙技术用于保护网络系统免受未经授权的访问、恶意攻击和信息泄露的威胁，通过在网络边界处建立安全的防御屏障，监控和过滤进出网络的数据流量，以确保只有经过授权的数据能够通过。可以根据特定的规则和策略对数据进行检查与过滤，基于源IP 地址、目标IP 地址、传输协议、端口号以及数据包内容等多种因素进行决策。通过配置适当的规则，防火墙能够限制不必要的网络访问、阻止恶意软件传播、防范拒绝服务攻击和网络入侵等安全威胁。除了基本的包过滤功能，现代的网络防火墙通常还具备其他高级功能。例如，应用层防火墙可以深入分析数据包的应用层协议，以检测和阻止潜在的攻击行为。网络地址转换（Network Address Translation，NAT）功能可以隐藏内部网络的真实IP 地址，增加网络的安全性。虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）功能可以建立安全的远程访问连接，使远程用户可以通过加密的隧道安全地访问内部网络资源。然而，随着网络攻击技术的不断演进和网络环境的复杂化，网络防火墙技术也面临一些挑战。例如，传统的防火墙难以有效应对零日漏洞攻击和高级持续性威胁（Advanced Persistent Threat，APT）等新型威胁。此外，随着移动设备和物联网的普及，防火墙需要适应新的网络架构和通信方式，以保护各种类型的终端设备与应用程序[5]。

2.5 入侵检测与预防技术

入侵检测与预防技术旨在识别和阻止未经授权的访问及恶意活动，以保护系统与网络免受攻击和入侵。入侵检测系统（Intrusion Detection System，IDS）通过监测网络流量和系统活动，识别潜在的入侵行为，可以分为基于网络的IDS 和基于主机的IDS。基于网络的IDS 监控网络流量，分析数据包内容和行为特征，检测异常活动和已知攻击签名；基于主机的IDS 则监控主机系统的活动，识别异常进程、文件修改和权限变更等。入侵预防系统（Intrusion Prevention System，IPS）在检测到潜在入侵后，采取主动措施来阻止攻击，可以通过阻断恶意流量、拦截攻击请求或重新配置网络规则来实现防御。IPS 能够与IDS 结合使用，实现实时监测和自动响应，提高网络的安全性和响应能力。未来入侵检测与预防技术需要进一步发展和创新，基于机器学习与人工智能的方法可以提高检测系统的准确性和自适应性，使其能够识别未知攻击和零日漏洞。同时，与其他安全技术的集成和协同配合也是提升整体安全性的关键。对于入侵预防技术而言，自动化响应和实时更新的能力将成为未来发展的方向，以应对日益复杂和高级的攻击手段。

3 结 论

数据的机密性、完整性以及可用性是网络通信中的关键安全问题，为了解决这些问题，现有的数据信息安全保障技术提供了多种解决方案，包括加密算法、访问控制、安全传输协议、网络防火墙以及入侵检测与预防技术等。恶意攻击和高级持续性威胁对数据安全构成威胁，需要持续研究和创新来应对新兴的安全威胁。随着技术不断发展，数据量增长和数据传输速度的提升也对数据信息安全提出了新的要求，需要进一步研究和发展数据信息安全保障技术，以应对不断变化的威胁和需求。