5G安全:通信与计算融合演进中的需求分析与架构设计

5G是未来网络空间的核心基础设施,因而5G安全是网络空间安全的重要组成部分。5G安全技术应打破以往移动通信系统成型后“打补丁式”的升级演进模式,与5G移动通信技术同步演进,实现系统安全内生与安全威胁“标本兼治”的目标。为了“有的放矢”的推动安全技术同步演进,应首先解决两个基本问题：5G安全需求是什么和5G安全体系架构是什么。针对这两个问题,本文首先从业务、网络、无线接入、用户与终端、系统五个视角梳理了5G通信与计算融合演进的技术特点,并基于这些特点系统的分析了5G安全需求;然后,面向5G安全需求,设计了5G安全总体架构;最后,总结归纳出了5G安全技术的三个发展趋势,即,“面向服务的安全”“安全虚拟化”与“增强用户隐私与数据保护”。本文希望为5G安全技术的同步演进提供有益的参考。     

一种基于公钥技术的3G安全体系结构及其实现

通过分析3G安全体系结构和移动通信系统的安全威胁,得出了3G体系结构存在的安全隐患。针对这些安全隐患,结合WPKI的相应特点,该文提出了一种基于SSL握手协议的用户与服务网络的AKA机制,即在3G体系结构中部署WPKI体系,使得无线终端侧实现了私密性、数据完整性等保护功能。最后模拟实现了一套完整的鉴权认证过程,实验结果表明:该机制能够很好地完成无线终端侧和服务网络之间双方的身份认证、加密传输、完整性保护等在3G安全体系中非常必要的功能。     

面向5G mMTC的网络切片安全研究

随着5G新业务、新架构、新技术的不断出现,其中的安全问题和潜在安全风险正受到越来越多研究人员的重视。海量机器类通信是5G三大应用场景之一,在提供“大连接、低功耗”等高性能的同时,由于MTC设备资源受限等,可能弱化5G网络的安全性。与此同时,不同场景和应用领域对网络性能、服务质量、安全等级均有较为明显的差异化需求。网络切片技术的引入,适应了5G组网的灵活性,满足了5G网络为用户提供服务的多样性、定制化,也带来了新的安全威胁。5G商用发展迅猛,物联网设备数量成指数倍增加。为确保5G网络提供更加高效安全的按需服务,针对5GmMTC应用场景,对网络切片安全机制和安全策略的研究尤为重要。因此,详细分析了5G mMTC具有的特点及安全需求,并列举分析了网络切片主要的安全威胁。结合上述安全需求和安全威胁,围绕特定网络切片认证、切片安全隔离、安全管理和编排等方面,总结并阐述了相关现有安全策略方案的贡献和不足,并对未来该领域的研究进行了展望。提出了一个基于SM2国密算法的5G mMTC网络切片二次认证与安全隔离模型。该模型框架通过引入批量认证和预认证机制,满足了5G机器类用户大规模认证的高效性;通过对不...     

基于Skyline计算的社交网络关系数据隐私保护

随着社交软件的流行，越来越多的人加入社交网络产生了大量有价值的信息，其中也包含了许多敏感隐私信息。不同的用户有不同的隐私需求，因此需要不同级别的隐私保护。社交网络中用户隐私泄露等级受社交网络图结构和用户自身威胁等级等诸多因素的影响。针对社交网络数据的个性化隐私保护问题及用户隐私泄露等级评价问题，提出基于Skyline计算的个性化差分隐私保护策略（PDPS）用以发布社交网络关系数据。首先构建用户的属性向量；接着采用基于Skyline计算的方法评定用户的隐私泄露等级，并根据该等级对用户数据集进行分割；然后应用采样机制来实现个性化差分隐私，并对整合后的数据添加噪声；最后对处理后数据进行安全性和实用性的分析并发布数据。在真实数据集上与传统的个性化差分隐私方法（PDP）对比，验证了PDPS算法的隐私保护质量和数据的可用性都优于PDP算法。     

面向智能家居的区块链轻量级认证机制

5G技术为智能家居行业开拓了更大的发展空间,但安全问题也日益突出,用户身份认证作为信息安全防护的第一道关卡备受关注.智能家居系统传统的认证方法存在中心化信任挑战,且资源开销大.区块链技术因其去中心化、不可篡改等优势成为研究热点,为实现分布式智能家居系统安全认证提供了新思路.但无中心认证面临着用户与多个分布式终端认证的效率问题和用户隐私泄露问题两个方面的挑战.提出了一种基于区块链的动态可信轻量级认证机制(dynamic trusted lightweight authentication mechanism, DTL). DTL机制采用联盟链构建区块链系统,既保证了仅授权的智能家居传感器节点可加入网络,又满足分布式高效认证和安全访问需求.DTL具有以下优点:(1)针对认证效率问题,通过改进共识算法建立面向智能家居的动态可信传感设备组(DTsensorgroup,DTSG)认证机制,避免了传统的用户端与传感终端或者网关节点之间一对一的频繁认证引起的接入效率低和用户访问速率低问题,实现了轻量级认证;(2)针对用户隐私保护问题,创新性地设计了DTSG机制和零知识证明结合的认证方案,在不泄露用户...     

物联网安全问题的分析与对策研究

物联网终端设备的数量急剧增加,终端设备无人值守,终端设备本身的安全及信息传递过程中的安全无法保障,用户隐私信息被泄露等,本文将上述问题归类为物联网自身安全问题和网络应用安全问题。在介绍了物联网概念和体系结构的基础上对各种安全问题存在的原因进行了详细的分析,提出了终端设备与感知节点本地安全对策、物联网核心网络安全对策、物联网的加密机制安全对策、用户隐私安全对策。     

计算机网络信息安全及防护策略研究

现如今,信息技术的发展已经达到了日新月异的程度,越来越多的人开始接触并使用计算机。计算机网络的信息安全也因此开始被人们所关注和重视。本文将试着通过对计算机网络信息造成安全隐患的因素做一个具体的分析,并深入研究计算机网络信息安全的防护策略。     

Cybertwin中的格上生物特征认证密钥交换协议

针对基于Cybertwin的网络架构中通信双方存在信道安全以及隐私保护的问题,提出新的格上认证密钥交换协议。使用生物特征认证技术实现Cytertwin服务下的用户实名制登录和强身份认证需求,保证Cybertwin服务对用户网络行为的审计和追踪。通过引入通信方身份信息构造格上抗碰撞哈希函数,使身份信息在公共信道传输过程中能够应对量子威胁,同时满足用户匿名性和不可追踪性。最后基于RLWE问题设计了新的和解机制,通过两轮交互共享安全会话密钥。协议在BPR模型下满足理论可证明安全,具有抗量子攻击、抗临时秘密值泄露攻击、抗生物特征猜测攻击等安全特性。仿真实验表明该协议计算和通信开销适用于Cybertwin服务下数量庞大的终端互连需求。     

物联网技术及其安全性研究

针对物联网_技术的发展趋势问题,基于物联网的体系结构和关键技术,分析了物联网的安全需求与相关特性,构建了一个以RFID安全和隐私保护为重点的物联网安全框架,提出了应对物联网所面临的安全挑战的解决途径,最后对物联网未来发展趋势作了展望.     

5G异构网络中基于群组的切换认证方案

随着5G网络的发展,各类网络服务质量极大提升的同时网络环境也愈加复杂,从而带来了一系列安全挑战。切换认证可以解决用户在不同类型网络间的接入认证问题,但现存方案仍存在一些不足,还需要解决如全局切换认证、密钥协商、隐私保护、抵抗伪装攻击、抵抗中间人攻击、抵抗重放攻击以及群组用户切换效率等问题。针对这些问题,提出了一个5G异构网络中基于群组的切换认证方案。在所提出的方案中,注册域服务器在区块链上为每个用户存入一个通行证,任何实体都可以利用该通行证对用户进行认证,从而实现全局切换认证。对于群组用户,各用户分别设置可聚合的认证参数,验证者通过验证聚合签名实现对群组用户的批量验证。新方案不仅提升了群组用户切换时的效率,同时还满足上述安全性要求。基于形式化分析软件AVISPA的分析结果表明,所提出的方案是安全的。性能分析表明,所提出的方案执行批量验证时的效率比现存方案至少提升了89.8%。     

MNPA: a mobile network privacy architecture

This paper presents a mobile network privacy architecture (MNPA) that enables the provision of very strong user privacy against external and internal threats within mobile networks. The MNPA extends the mobile networking model with two new components. The first, privacy routing capability, enables untraceable communications between hosts. The second, privacy token issuing authority, is a third party application that manages the flow of MNPA user authorisation tokens in the system. The operations of these two components are detailed.

We follow this by demonstrating how these components can be used to implement protocols for privacy enhanced network operations. New secure methods for location registration, remote host communication and billing are presented. We finish with a discussion of issues of collusion and trust within the architecture and look briefly at public key infrastructure requirements.     

移动对等环境下基于网络编码的隐私保护方案

随着移动对等应用的快速发展,用户对自身隐私的需求变得越来越迫切.然而,由于在移动对等环境去中心化、拓扑变化性强的特点使得现有方案存在较多安全隐患.鉴于此,提出基于网络编码的节点隐私保护方案.主要工作包括：设计能够抵御万能敌手攻击的网络编码方案;将网络编码应用于移动对等资源共享,包括资源搜索、资源请求、应答及文件下载,实现了用户身份、用户位置及路由信息的隐私保护.方案的优势在于利用网络编码和多代理机制改善了网络的负载均衡、提高了信息传输成功率并增强了节点的隐私性.理论分析和仿真实验结果均表明,方案在网络中恶意节点比例低于50%的情况下,不仅可以保障信息的高效传输,同时可以隐藏用户的身份及其他隐私信息.     

NVM Storage in IoT Devices: Opportunities and Challenges

Edge storage stores the data directly at the data collection point, and does not need to transmit the collected data to the storage central server through the network. It is a critical technology that supports applications such as edge computing and 5G network applications, with lower network communication overhead, lower interaction delay and lower bandwidth cost. However, with the explosion of data and higher real-time requirements, the traditional Internet of Things (IoT) storage architecture cannot meet the requirements of low latency and large capacity. Non-volatile memory (NVM) presents new possibilities regarding this aspect. This paper classifies the different storage architectures based on NVM and compares the system goals, architectures, features, and limitations to explore new research opportunities. Moreover, the existing solutions to reduce the write latency and energy consumption and increase the lifetime of NVM IoT storage devices are analyzed. Furthermore, we discuss the security and privacy issues of IoT devices and compare the mainstream solutions. Finally, we present the opportunities and challenges of building IoT storage systems based on NVM.     

网络靶场及其关键技术研究

网络靶场是用于网络空间安全研究,利用计算机仿真技术创建的高度近似于真实网络空间运行机制的可信、可控、可定制的重要基础设施.结合网络空间安全发展态势,归纳分析并重新定义了网络靶场的概念,提出了网络靶场的基本服务能力.立足体系结构、实现技术和功能需求等属性特征,选择目前具有代表性的典型网络靶场进行了分析.在此基础上,重点从...     

边缘计算环境下安全协议综述

物联网的迅速普及使得数据规模以几何式上升.集中在云中心处理数据的方式逐渐出现通信时延及隐私泄露等问题.边缘计算将部分云中心业务下沉到设备边缘,使得数据处理在终端网络完成,从而实现数据快速处理.同时,由于避免了远距离通信,用户数据在本地处理,使得用户隐私数据得以安全保护.然而网络架构的改变对边缘计算环境下的安全协议又提出了新的要求.对边缘计算环境下安全协议进行分类总结有助于相关从业人员快速掌握该领域的研究进展,更有助于边缘计算安全领域的初学者快速了解安全协议在该领域中的应用方法.综述了近年来边缘计算环境下认证协议、密钥协商协议、隐私保护协议以及数据共享协议的典型研究成果,对每个安全协议进行了具体的分类、分析及总结.给出了边缘计算环境下安全协议所存在的核心问题并针对这些问题给出了具体的研究方向及建议.实现了对边缘计算环境下安全协议研究进展进行总体把握的目的.     

LotusNet: Tunable privacy for distributed online social network services

The evolution of the role of online social networks in the Web has led to a collision between private, public and commercial spheres that have been inevitably connected together in social networking services since their beginning. The growing awareness on the opaque data management operated by many providers reveals that a privacy-aware service that protects user information from privacy leaks would be very attractive for a consistent portion of users. In order to meet this need we propose LotusNet, a framework for the development of social network services relying on a peer-to-peer paradigm which supports strong user authentication. We tackle the trade-off problem between security, privacy and services in distributed social networks by providing the users the possibility to tune their privacy settings through a very flexible and fine-grained access control system. Moreover, our architecture is provided with a powerful suite of high-level services that greatly facilitates custom application development and mash up.     

大数据时代跨国石油公司的网络安全防范措施

随着计算机与互联网的快速发展,数据正以制度速度增长,数据中可能包括隐私数据、敏感数据等。大数据时代下跨国石油公司面临着许多挑战,有黑客攻击、安全防护需求、安全隔离、网络性能等,这就需要跨国石油公司从安全防范技术和安全防范意识上提高网络安全,保证跨国石油公司的网络安全性。     

5G无线通信网络运行管理与维护策略分析

文章首先介绍了5G无线通信技术的内涵,然后提出几个通信网络运行管理和维护中的常见问题,包括数据库安全性不强、网络运行能效较低,人员素质不高等方面,最后提出针对性的解决方案。力求通过优化通信网络系统,加强用户身份认证,引入接入控制技术与功率控制技术,组建优质管理团队等方式,在能效基础上提高网络资源利用率,使5G通信网络得到良好维护,实现安全可持续发展。     

有关Internet安全问题的思考

随着Internet技术的发展,以及应用的日益普及,国家、企业、服务提供商、个人等对Internet安全上的需求更加强烈。传统的Internet体系结构由于内在的缺陷,很难有效地解决这个问题。目前,网络安全面临着新的挑战。论文首先论述了当前Internet体系结构中存在的一些问题,然后从交通管理观点出发,提出了未来Internet安全体系结构的新设想-主动网络模型。     

内容中心网络安全技术研究综述

内容中心网络（Content Centric Networking,CCN）属于信息中心网络的一种,是未来互联网体系架构中极具前景的架构之一,已成为下一代互联网体系的研究热点。内容中心网络中的内容路由、内嵌缓存、接收端驱动传输等新特征,一方面提高了网络中的内容分发效率,另一方面也带来了新的安全挑战。本文在分析CCN工作原理的基础上,介绍了CCN的安全威胁、安全需求以及现有的解决方案,并展望了CCN安全技术研究的方向。首先,详细介绍了CCN的原理和工作流程,对比分析了CCN与TCP/IP网络的区别,并分析了CCN面临的安全威胁及需求。其次,对CCN中隐私保护、泛洪攻击、缓存污染、拥塞控制等技术的研究现状进行归纳、分析、总结,并分析了现有方案的优缺点及不足,进而分析可能的解决方案。最后,对CCN安全技术面临的挑战进行了分析与讨论,并展望了未来的研究方向及发展趋势。通过对已有研究工作进行总结与分析,本文提出了CCN安全技术潜在研究方向与关键问题,为CCN安全后续研究提供有益参考。