计算机信息安全技术在网络安全管理中的应用

关键词：网络安全管理；防火墙；入侵检测；数据加密；访问控制

0 引言

信息时代，网络安全问题日益突出，严重威胁着信息系统的机密性、完整性和可用性。计算机信息安全技术是应对网络安全挑战、加强安全管理的关键手段。本文从技术角度深入分析几种核心的信息安全技术，并探讨其在网络安全管理各个层面的实际应用，以期为做好网络安全防护提供借鉴。

1 防火墙技术原理与实现

1.1 包过滤防火墙

通过检查数据包头部信息，如源/目的IP、端口号、协议类型等，根据预设的规则对数据包进行过滤。优点是速度快、资源消耗低，但无法对应用层攻击进行有效防御[1]。包过滤防火墙主要工作在网络层和传输层，对数据包逐个进行检查和过滤，安全策略的制定和管理相对简单。

1.2 状态检测防火墙

在包过滤的基础上，增加了对连接状态的跟踪和记录能力。通过检查数据包序列号、连接状态等信息，构建连接状态表，强化了防护能力，但对应用层攻击的检测仍有局限。状态检测防火墙通过对连接状态的分析，可以识别出一些异常或非法的连接请求，提高了防护的有效性。

1.3 应用层防火墙

对应用层数据进行解析和检查，可以识别和阻断更多类型的攻击，如SQL注入、跨站脚本等[2]。应用层防火墙通常与Web应用服务器紧密集成，对HTTP等应用层协议的数据进行深度分析。但是，应用层防火墙的配置较为复杂，资源消耗也较高。

1.4 新一代防火墙

集成了传统防火墙、入侵防御、应用识别与控制等多种功能，提供更全面、智能的安全防护。新一代防火墙通过深度数据包检测、用户身份识别、应用层过滤、安全威胁情报等技术，实现对网络流量和应用行为的可视化和精细化管控，大大提升了安全防护效果。

2 入侵检测系统分析

2.1 基于特征的入侵检测

通过提取已知攻击的特征码或行为模式，与当前网络流量进行比对，识别出潜在的入侵行为。这种方法的优点是检测精度较高、误报率低，但对未知攻击的检测能力有限，需要不断更新特征库[3]。

2.2 基于异常的入侵检测

通过建立正常行为模型，将当前网络行为与之比对，识别出异常的、可疑的活动。这种方法可以发现未知的攻击，但误报率较高，需要通过长期学习和调优来提高检测精度。异常检测算法包括统计分析、机器学习等。

2.3 网络入侵检测与主机入侵检测

网络入侵检测部署在网络节点上，对所有经过的数据流量进行分析；主机入侵检测部署在终端系统上，通过审计日志、文件完整性校验等手段实现对系统的实时监控。两者相辅相成，构成了立体化的入侵检测防线。

2.4 入侵检测系统的部署架构

可分为集中式和分布式两种。集中式架构由中心控制器和传感器组成，控制器负责接收和分析传感器采集的数据，并下发检测规则。分布式架构中各个节点都有检测和分析能力，可独立工作，同时协同共享威胁情报，提高系统的可扩展性和鲁棒性[4]。

3 数据加密技术应用

3.1 对称加密算法

通信双方使用相同的密钥对数据进行加密和解密，代表算法有DES、AES等。对称加密算法的优点是计算效率高，加密速度快，适合大量数据的加密。缺点是密钥管理困难，若密钥泄漏将造成安全隐患。对称加密常用于保护存储在磁盘上的文件，以及保护网络传输过程中的敏感数据。为了提高安全性，通常采用定期更换密钥的策略。在实际应用中，对称加密算法通常与其他安全机制（如数字签名、消息认证码等）结合使用，以构建更为完善的安全防护体系。

3.2 非对称加密算法

使用公钥和私钥两组不同的密钥，公钥用于加密，私钥用于解密。代表算法有RSA、ECC等。非对称加密解决了密钥分发问题，通信双方无需提前共享密钥。但计算开销大、加密速度慢，通常用于密钥交换和数字签名。非对称加密的安全性基于数学难题（如大整数分解、离散对数等），目前主流算法被认为是安全的。但随着量子计算的发展，未来可能面临新的挑战。在实践中，非对称加密常用于实现数字信封（用于对称密钥的安全传递）、SSL/TLS握手协议（用于身份认证和密钥协商）等关键场景。

3.3 密钥管理机制

包括密钥生成、分发、更新、撤销等环节，是密码系统安全的关键。常见做法有集中式密钥管理，由可信第三方（如CA） 统一管理密钥；也有分布式密钥管理，通过密钥共享协议在通信双方间协商产生会话密钥。密钥管理要遵循最小权限原则，严格控制密钥的使用和访问权限。同时，要建立完善的密钥备份和恢复机制，以应对密钥丢失或损坏的情况[5]。现代密钥管理系统通常采用硬件安全模块（HSM） 来存储和保护关键密钥，提供更高等级的物理安全和防篡改能力。

3.4 数据完整性校验

确保数据在传输和存储过程中未被篡改。常用的完整性校验机制有数字签名和消息认证码（MAC） 。数字签名使用非对称密钥，能够验证数据来源的同时保证完整性。MAC使用对称密钥，通过附加一个校验值来保证数据完整性。在实际应用中，完整性校验常与加密结合使用，以同时保证数据的机密性和完整性。例如，在数字证书中，证书内容的完整性由CA的数字签名来保证。在IPSec协议中，完整性校验值与加密数据一同传输，接收方可以验证数据在传输过程中是否被篡改。

4 访问控制技术实现

4.1 自主访问控制

由资源的所有者自行决定访问控制策略，灵活性强，适合分布式环境。但是管理开销大，难以实现集中管控。常见的自主访问控制机制有访问控制列表（ACL） ，基于属性的访问控制（ABAC） 等。ACL是一种基于主体和客体的简单访问控制方式，存在扩展性差、难以应对动态变化等缺陷。ABAC从主体、客体和环境属性出发，提供了更细粒度和灵活的访问控制。但其策略定义和管理较为复杂。自主访问控制适用于对灵活性要求较高的场景，如文件系统、协同工作平台等。

4.2 强制访问控制

由系统统一定义和执行访问控制策略，通过严格的安全标记来实现主体和客体之间的强制隔离。常见模型有Bell-LaPadula机密性模型，Biba完整性模型等。Bell-LaPadula模型通过主体和客体的安全标记来控制信息流向，实现防止机密信息泄露。Biba模型则重点防止低完整性主体对高完整性客体的写入，保证系统完整性。强制访问控制适合对机密性和完整性有严格要求的场景，如军事、政府系统。但其灵活性较差，实现复杂，对一般商业系统来说通常过于严格。

4.3 基于角色的访问控制

通过定义角色并为角色分配权限来简化授权管理。用户通过被赋予适当的角色来获得相应的访问权限。RBAC模型使得访问控制策略的定义和管理更加清晰和高效，被广泛应用于企业信息系统中。相比自主访问控制，RBAC更易于集中管理；相比强制访问控制，RBAC更加灵活。但其角色定义和用户角色分配仍需要大量的前期工作。此外，RBAC较难适应组织结构和业务需求的动态变化。一些改进模型如层次RBAC、约束RBAC 等，在一定程度上解决了这些问题。

4.4 细粒度的访问授权管理

将权限控制颗粒度进一步细化，可以控制到数据表的行级或列级。这种方案通过引入访问控制规则引擎，动态生成授权决策，可支持更加灵活和精细的权限管理，但系统复杂度也相应增加。细粒度访问控制常用于数据敏感度较高的业务系统，如金融、医疗等。其核心是通过大量的规则和策略来描述复杂的权限关系。为了实现高效的授权决策，需要采用性能良好的规则匹配算法，并合理设计规则库。要平衡安全性和可用性，避免过于烦琐的授权规则影响系统性能和使用体验。

5 网络安全技术的综合应用

5.1 边界防护：防火墙与访问控制

在网络边界及内部区域之间部署防火墙，根据访问控制策略对进出流量进行检查和过滤。通过将网络划分为不同的安全域，并控制域间的访问，构建网络边界防护体系。通常采用纵深防御的理念，在不同层面设置多道防线。

5.2 威胁感知：入侵检测与安全审计

入侵检测通过实时或准实时的流量分析，识别网络中的各类安全威胁，包括病毒木马、漏洞利用、异常行为等。安全审计则通过记录和分析系统日志，发现可疑行为并追踪攻击源。二者相结合，提供了更全面的安全威胁感知能力。

5.3 数据安全：加密存储与传输控制

采用加密技术保护静态数据（如磁盘文件）和动态数据（如网络传输）。存储加密可使用文件加密、磁盘加密等方案；传输加密可采用SSL/TLS等安全通信协议。同时，要建立健全的密钥管理体系，确保加密密钥的安全。

5.4 主机防护：操作系统与应用安全

在终端主机（服务器、PC等）层面采取安全加固措施。操作系统要及时打补丁，合理配置安全策略，并部署防病毒、主机防火墙等安全软件。应用软件要进行安全编码，并采用安全框架（如Java Security） 进行开发。

6 案例分析：高等院校网络安全体系建设

6.1 安全建设背景与目标

某高等院校近年来不断加大信息化建设力度，业务系统复杂度和数据规模快速增长。为保障日常信息系统安全和师生数据隐私安全，提升网络安全事件的应对和恢复能力，同时提高全校师生的网络安全意识和应对网络安全事件的技能，该高校决定全面升级网络安全防护体系。

6.2 纵深防御架构设计

该院校依据纵深防御理念，规划了由外到内6个层面的立体化安全防护架构。从网络边界到网络区域、主机、应用、数据、管理，各层级部署了相应的安全措施，运用新一代防火墙、入侵检测、身份认证及行为管控、安全审计等关键技术，环环相扣，构筑起全方位、多层次的综合防护体系。

6.3 关键技术选型与部署效果

6.3.1 网络层安全防护

为网络出口部署了两台下一代防火墙，开启IPS、应用识别与过滤等功能。同时身份认证、上网行为管控等服务，抵御网络攻击。

6.3.2 主机与应用层安全防护

在所有校内应用系统服务器和核心交换机之间部署WAF，实现对应用系统和所依托服务器的防护。在应用服务器内部加装杀毒软件，实现系统加固、补丁管理、防病毒查杀、主机入侵检测等防护措施。与此同时，还采购源代码安全检测工具对自主开发或委托第三方机构开发的应用进行代码审计。

6.3.3 数据安全防护

对校内一卡通消费系统、业务系统所涉及的师生数据进行梳理，识别了师生个人信息、人脸数据、校内消费记录、监控画面等敏感数据，对其全生命周期实施加密保护。通过部署数据库审计，数据库访问权限设定，访问方式限定，制定敏感数据收集、管理和使用办法等方式，实现对师生敏感数据的有效保护。

6.3.4 统筹管理

为了提升校内整体信息化设备运营效率和管控力度，实现统一的数据管理、应用机制，学校汇聚分析包括校园出入口门闸、学生宿舍门闸、日常刷卡服务器、网络终端面板管理服务器、防火墙等多种校内信息化业务设备，并与之业务系统联动，实现关联分析、可视化展现、异常数据及行为提示。通过建立完善的校内信息系统异常事件分类分级标准和应急响应预案，校园信息化安全管理团队的运营效率显著提升。

6.4 实践总结

经过一年的规划建设和持续优化，该校的网络安全防护和管理能力得到大幅提升，攻击风险和数据泄露隐患基本消除，为教育教学的安全稳定运行以及和校内师生个人信息的管理提供了坚实保障。项目实践主要有以下经验总结：基于全面风险评估，针对不同等级资产、数据匹配相应的安全防护措施，避免“一刀切”。先易后难、由点及面，从单点防护演进到体系化建设，分步实施、持续优化。合理采购和复用现有资源，并重点关注系统间的互联互通，提高网络安全投资的有效性。通过可量化的效果评估，不断改进技术手段，将安全管理融入日常运营。

网络安全体系建设需要高校所有师生，尤其是主要领导的重视，跨部门通力合作，既要有战略规划和顶层设计，更需在技术、管理、人员等层面持续投入。唯有如此，方能在日趋复杂的网络环境下筑牢安全防线，为学校的高质量发展保驾护航。

7 结束语

信息安全技术是网络安全管理的核心支撑，深入理解和灵活应用这些关键技术是提升安全防护水平的根本出路。同时，做好网络安全还需强化安全意识、健全管理制度、完善应急预案等管理举措。唯有技术与管理协同发力，多管齐下，才能构筑起一道全面、有效、可靠的网络安全屏障。面对日新月异的网络安全形势，我们要与时俱进地研究信息安全新技术，不断优化技术手段和管理策略，为网络安全提供坚实保障。