5G通信时代计算机网络信息安全问题探究

2020-12-13旷晖

电脑与电信 2020年8期

旷晖

（贵州省委党校现代科技教研部，贵州贵阳 550028）

1 引言

信息技术推动人类社会不断向前发展，现代通信技术的不断升级有助于提升社会效率、降低全球信息落差、缩小贫富两极分化。人类通信技术经历了第一代通信（1G）到第五代通信（5G）的变革，每一代技术无不凝结了人类智慧的结晶和技术的创新，代表了一个时代的科技水平。5G 不仅是一种通信技术，更是通过技术形成的一种可以改变世界的力量。5G是集通信、人工智能、大数据、万物互联、无人驾驶等为一体的全新复杂体系。它在给社会带来便利的同时，也对网络信息安全带来挑战，给传统行业带来冲击。面对5G，用更加开放和包容的态度去看待其利弊显得尤为重要。

2 5G通信时代的内涵及优势

2.1 5G通信时代的内涵

5G（5th-Generation）是第五代移动通信技术的简称，它是4G 网络的发展、优化和延伸。相较于传统的4G网络，5G网络具有“信息传输速率高、网络传输带宽大、网络响应时延低、频谱效率高、功耗低、海量连接、数据交互量大”等特点。5G 网络与云存储、物联网、人工智能等信息技术的融合，催生了“万物互联”网络的发展和新一轮的信息技术革命。5G网络能够为个人带来更优质的移动通信体验，还能为各行业各领域提供重要的通信基础服务，同时还会给传统行业的发展注入新的活力，特别是在智慧生活、无人驾驶、智能工厂、远程医疗、新零售、虚拟现实等方面大放光彩。5G信息网络和垂直行业等各领域的深度融合，注定了5G 时代的网络信息安全问题将变得更加严峻复杂。

2.2 5G通信的优势

2.2.1 更快的数据传输速率

5G 网络最显著的优势是数据传输速率更快，相较于4G蜂窝网络和有线互联网，真正实现了质的飞跃，最高可达10Gibt/s，速度提高了约10倍。这意味着，可以在1分钟内下载完一部高清电影。5G 网络数据传输速率更快的原因在于，其选择了更高频率波段的无线电波（3GHz~300GHz），即毫米波。相比于1G到4G网络中使用的无线电波（300MHz~3GHz），它具有更强的穿透性，可用频带更宽（3GHz~6GHz），能量衰减更少，能量利用度更高，足以达到把数据传输速度提升10倍的目的。毫米波段技术虽然在雷达、军用通信、航天等领域已经成熟使用，但在民用通信领域还将是一个全新有待开发的区域，面临着一些新的挑战。

2.2.2 更先进的波束赋形

5G 网络的另一个优势是传输信号的信噪比高，从而减少传输能量的损耗，提高信号传输效率。4G 网络的基站天线是定向和全向天线混用的，为了减少能量损耗，5G网络需要通过设计定向的波束，来达到能量的聚焦，从而提高信号传输能量、信噪比和覆盖范围。5G 网络采用波束赋形的方法，对基站覆盖区域分区，通过小区间波束切换提高能量传输速度和扩大信号覆盖范围，相较于4G网络更有优势。

2.2.3 更大规模的设备连接

5G应用的最终归属将是“万物互联”，这是5G网络的最大优势。5G 以前，无线电发射装置无法满足在发射信号的同时接收信号，容易产生自干扰。而5G 网络可以利用方向性波束赋形，吸收屏蔽和交叉极化来实现收发信号的同步进行，从而提高传输速度，降低网络延时效应，完成多个终端设备之间的连接，构建万物互联系统。

3 5G通信时代计算机网络信息安全风险

5G应用的三大场景分别是：移动宽带（大带宽）、高可靠低时延（精准行业）、海量机器通信（大连接）。在实现高传输、快响应、大连接的同时，5G可能会延续4G时代的网络信息安全问题，并引发新的安全隐患。

3.1 通信安全风险

5G引入边缘云、端到端直通（D2D）通信新模式，改变了原有的网络架构，绕过了原有通过基站通信的中心化信息安全监测体系，而是用户之间的直接通信，给网络通信的保护带来更严峻的挑战。大带宽的海量信息传输也给基于流量监测、身份识别、加密技术的安全防护带来难度。海量终端的超大连接也更容易引发全网攻击，一旦出错，将可能带来毁灭性的打击。

3.2 数据安全风险

5G网络采用切片技术为每一个业务设置一个专用的虚拟网络，从而实现网络数据的高效传输。一旦系统的网络切片被非法程序访问，将造成用户数据泄露，数据的机密性和完整性遭到破坏。5G 网络仍旧受限于虚拟网络的弊端，在数据传输过程中仍旧会面临着网络信息被恶意篡改、非法拦截、中间人转发、违法窃听等风险。

3.3 隐私安全风险

5G网络要实现快速传输，主要依靠高频波段波长短能量高的优势，但短波信号覆盖半径短。因此要实现5G信号的连续覆盖，就需要运营商建立更多的基站，包括宏基站和微型基站。优势是能够实现网络数据的快速传输，劣势是精准定位将导致个人隐私泄露问题加重。一旦运营商的定位数据被恶意盗用，将给社会和个人带来不可估量的损失。因此运营商和网络监管部门必须提前做好风险预测和应对措施。

3.4 终端安全风险

5G 网络要实现低时延快响应，主要依靠边缘计算的新技术，简言之，就是将服务器安置在更靠近用户的终端，而不再是集中部署在互联网中心，这使得终端与服务器之间的传输距离缩短，从而有效提高数据处理速度，缩短信息反馈时间。但相应的也会增加终端设备被恶意攻击的风险，不仅需要加固中心服务器的安全，还要花费大量的精力来保护所有的边缘计算设备，给网络信息的安全防护带来挑战。

4 5G 通信时代计算机网络信息安全问题的应对措施及优化策略

4.1 完善5G安全通信技术体系的构建

完善5G通信安全的各项基础技术，是应对和解决5G通信时代可能引发的网络信息安全问题的核心环节。技术是第一生产力。5G通信技术仍处于起步阶段，预计会与4G通信、无线wifi、有线互联网存在一段融合期，因此，需要建立统一的网络安全认证标准，保证在不同的网络环境体系下，各终端设备接入网络的安全性和用户隐私的保密性。

由于接入设备的复杂性和多样性，单一认证标准很难满足所有设备的需求，可以采用双向认证的模式。例如，利用边缘计算技术，对不同保密等级的数据进行分批边缘计算处理，确保信息只在采集端、用户终端和边缘处理设备之间传输，从而防止信息泄露和恶意篡改。同时，可综合使用群组认证，将网络密钥分发至各网络节点，防止网络中心被攻击，从而降低用户信息被泄露的风险；还可综合使用防火墙、防病毒软件、网页过滤、木马查杀、身份认证等多重措施来加强用户个人信息的保护。

4.2 优化5G安全数据防护系统的升级

搭建完备的5G安全体系，优化5G安全数据防护体系的升级，是应对和解决5G 时代可能引发的网络信息安全问题的根本手段。确保数据的完整性和保密性是网络信息安全传输最重要的环节。5G 时代要实现万物互联，必将导致海量的数据交互，使得数据的安全性威胁更大。5G 网络的高密度数据传输性更易引发安全漏洞，因此急需更新升级5G安全数据防护系统。

可以进一步优化数据加密算法，完善用户安全协议机制，建立多领域的安全融合访问控制体系，实现跨平台的身份认证，满足不同领域的数据互联互通；同时要加强计算机的密码保护，这要求提高计算机实体以及5G 虚拟网络的密保管理，可以实行多方身份信息认证，同时完善网址认证安全协议，从而确保用户数据的安全性。

还可以通过进一步强化安全算法的措施来提高5G数据的安全防护体系，即增强5G 网络接入-认证一体化的能力。5G网络延续4G网络的网络架构模式，即接入网与核心网的分离，用以确保用户数据安全。这需要满足一个前提，即5G网络中的所有终端设备都必须经过有效的安全认证才能纳入管理系统。如此才能避免伪装信号的非法入侵，降低因为程序不匹配等原因造成的用户安全信息泄露、隐私被窥探的概率。如此一来，当网内所有设备都能够被统一认证后，相应的设备数据传输速率也将得到大幅度提升。

4.3 重视无线传输安全监管

加强网络安全监督管理，是应对和解决5G 时代可能引发的网络信息安全问题的重要保障。我国已经正式进入5G商用时代，新的技术将带来新的挑战，特别是网络监管部门，责任重大。5G 商用能否顺利进行，用户网络信息安全能否得到有力保障，将在很大程度上取决于无线信号传输过程中的安全监管是否到位。一方面，网络监管部门要未雨绸缪，及时做好防御措施，应对可能出现的一系列网络信息安全问题；另一方面，监督管理部门也要与时俱进，加强学习，及时处理可能存在的安全隐患问题，斩草除根。

近年来，网络个人信息泄露的新闻屡见不鲜，反映出互联网监督管理和用户隐私保护问题上的重要缺失。解决这个问题需要技术层面的进步更需要政治层面的沟通合作。显然在未来的通信环境中，5G将占据重要地位。因此，必须加强企业之间，政府之间，以及企业与政府之间的交流合作，才能有效提升5G网络环境的信息安全性。

5G 网络同时也是一种信息消费的产物，需要有序的市场来满足5G网络的“消费”，这就要求市场为5G网络的安全有效运行提供强有力的保障。市场必须能够为用户提供具有信任度的5G网络，在用户与运营商之间形成公开透明、相互信任的良性互动，让信息的传递有安全保障，提高信息传递的真实性和有效性，防止用户信息被盗用。要加强市场监管力度，完善相应法规的颁布，开放举报通道，让5G 网络运行环境更加公平、公正、有效；同时，在监管过程中，应该合理分配网络资源，提供有效的安全认证机制，维护5G网络信息安全。

4.4 强化移动终端硬件保护

5G 时代，万物互联，各类无线智能设备相互连接，构成一个庞大的物联网，从而实现大数据的联通和共享。强大的物联网体系离不开高性能的移动终端的运行和支持，否则，也会被蠕虫、病毒、木马等攻击，并且作用范围更广、强度更大，因此，采取必要的防护措施来加强移动终端的硬件保护显得尤为重要。例如可以改进智能服务器的终端处理能力，增强移动终端的防护系统，完善终端的信息身份认证等等。