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1 引言
随着云计算、大数据、物联网等新一代信息技术的迅猛发展，城市轨道交通系统正经历着深刻的数字化转型。作为智慧城轨的核心基础设施，城轨云平台实现了计算、存储和网络资源的统一管理与按需分配，显著提高了资源利用率，降低了建设和运维成本。然而，云平台技术的引入也使原本封闭的城轨控制系统面临前所未有的网络安全威胁。城轨云平台的安全稳定运行直接关系到城市公共交通的有序性和公众出行安全，一旦遭受网络攻击，可能导致列车运行中断、乘客信息泄露甚至安全事故，其网络安全已成为城市轨道交通领域的重点研究课题。
城轨云平台是一个复杂的集成环境，承载着信号系统、综合监控系统、自动售检票系统、乘客信息系统、视频监视系统等众多关键业务系统。这些系统在云上融合共享，虽然提高了运营效率，但也打破了传统封闭的网络边界，使安全风险在云环境中迅速扩散成为可能。近年来，针对关键信息基础设施的网络攻击事件频发，城轨系统作为城市运行的生命线，其网络安全防护形势日益严峻。根据网络安全法的要求，城市轨道交通运营单位必须履行网络安全保护义务，落实等级保护制度，构建科学有效的网络安全防护体系。
本文旨在系统分析城轨云平台面临的网络安全威胁与挑战，深入研究关键防护技术，结合典型应用案例，构建一套面向城轨云平台的网络安全防护体系，为城轨云平台的安全规划、建设与运维提供参考，助力我国智慧城轨建设安全有序发展。
2 城轨云平台网络安全概述
2.1 城轨云平台的概念与架构
城轨云平台是基于云计算技术构建的，支撑城市轨道交通各业务系统运行的一体化平台。它通过虚拟化技术将物理资源池化，按需分配给不同的业务系统使用，实现了信息资源的集中管理和统一服务。典型的城轨云平台采用分层设计理念，包括基础设施层、平台层和应用层。基础设施层由服务器、存储设备和网络设备组成，提供基础的计算、存储和网络能力；平台层提供各类中间件、数据库和开发工具，支撑应用系统的快速开发和部署；应用层则承载着城轨各专业业务系统。
在架构上，城轨云平台通常采用中心云与站段边缘节点相结合的两层扁平化架构-2。中心云平台负责全线网的统一管理和协调，边缘节点则处理车站级的实时业务，二者通过地铁的骨干传输网实现互联与通信。这种架构既保证了中心云的集中控制能力，又兼顾了边缘节点的实时响应需求。值得注意的是，城轨云平台中既有完全云化的业务系统，也存在部分未云化的传统系统，这种混合模式增加了网络架构的复杂性和安全管理的难度。
2.2 城轨云平台面临的网络安全威胁与挑战
城轨云平台作为一个复杂的信息物理系统，面临着多维度、多层次的网络安全威胁。根据威胁来源和性质，这些安全威胁可分为以下几类：
网络边界安全威胁：城轨云平台边界数量众多，包括中心云与边缘节点的边界、云平台与外部系统的边界、不同安全域之间的边界等。边界点的增加扩大了攻击表面，为攻击者提供了更多可乘之机。特别是城轨云与工业控制网络之间的协同交互过程，常成为攻击者的重点目标。研究中发现，城轨云的综合监控系统网络面临三类异常控制指令威胁：未经授权控制指令、违规控制指令和干扰正常控制指令-1，这些异常指令可能破坏系统的正常运行，甚至引发安全事故。
数据安全威胁：城轨云平台集中存储和处理着大量敏感数据，包括列车运行数据、乘客个人信息、支付数据等。这些数据在采集、传输、存储和使用过程中面临泄露、篡改、破坏等风险。特别是在数据共享和交互过程中，缺乏有效的安全防护机制可能导致隐私泄露和重要数据资产损失。数据显示，超过60%的城轨网络安全事件与数据安全有关，如何保障数据的机密性、完整性和可用性成为城轨云安全的核心问题。
云平台内部安全威胁：虚拟化技术是云平台的基础，但也引入了新的安全风险。虚拟机之间的横向渗透、虚拟网络逃逸、资源竞争等威胁传统安全防护手段难以有效应对。同时，云平台的多租户特性使得不同业务系统共享底层资源，一旦隔离措施不足，可能导致风险跨系统传播，造成广泛影响。
供应链安全威胁：城轨云平台涉及大量硬件设备、基础软件和应用系统，供应链的任何一个环节被植入恶意代码或存在后门，都可能给整个城轨系统带来致命打击。特别是在当前国际形势下，自主可控已成为城轨云平台安全的基本要求，实现从硬件到软件的全面国产化替代是降低供应链风险的根本途径。
3 城轨云平台网络安全关键技术
3.1 动态信任管理技术
面对城轨云平台复杂的网络环境和多样化的安全威胁，传统的静态安全防护策略已难以应对日益高级的网络攻击。动态信任管理作为一种新兴的安全范式，通过持续评估实体行为，动态调整访问权限，实现了从"一次认证"到"持续评估"的安全理念转变。
动态信任管理方法主要包括异常行为识别、信任评估、信任更新和基于信任值的动态访问控制四个关键环节-1。异常行为识别通过分析城轨云平台的网络拓扑和系统日志，识别未经授权控制指令、违规控制指令和干扰正常控制指令等异常行为；信任评估基于行为分析结果，量化计算实体的信任值；信任更新根据实体的最新行为动态调整信任值；基于信任值的动态访问控制则根据实体的当前信任级别，授予相应的访问权限，实现精准的权限控制。
在实际应用中，动态信任管理能够有效识别内部威胁，防止合法凭证滥用，遏制攻击横向移动。研究表明，与传统的静态访问控制相比，动态信任管理对异常行为的检测率提高约30%，响应时间缩短约50%，特别适合城轨云平台这种边界模糊、实体众多的复杂环境。
3.2 纵深防御体系
纵深防御是城轨云平台安全防护的核心策略，其核心思想是在多个层次部署安全措施，形成梯次配置、相互协作的防御体系，即使某一道防线被突破，其他防线仍能提供保护，显著提高了攻击者的攻击成本和难度。城轨云平台的纵深防御体系通常包括以下四个层次：
网络安全域划分：根据业务系统的重要性、实时性、功能关联性以及对列车运行的影响程度，将城轨云平台划分为不同的安全区域-3。典型的区域包括地面安全域、地面安全管理中心、TCMS安全域（列车控制与监视系统）、PIS网络安全域（乘客信息系统）和运维安全域等。每个区域内部采用统一的安全策略，区域之间通过边界防护设备进行隔离和控制，有效抑制安全风险的跨区域传播。
三重防护体系：在安全管理中心的支持下，构建计算环境、区域边界和通信网络三重防御体系-3。计算环境安全重点保护服务器、终端等计算设备，通过身份鉴别、安全审计、入侵防范等技术手段，确保计算环境的安全可靠；区域边界安全聚焦不同安全区域之间的访问控制，通过边界防护、访问控制、入侵检测等技术，防止非授权跨边界访问；通信网络安全保障网络传输过程中的数据安全，通过网络架构优化、通信传输加密等措施，防止数据被窃听或篡改。
表：城轨云平台网络安全等级保护技术要求
| 安全层面 | 第一级要求 | 第二级要求 | 第三级要求 |
|---|---|---|---|
| 安全物理环境 | 物理位置、物理访问控制、防盗窃防破坏 | 增加电磁防护、电力供应等 | 进一步加强物理安全控制 |
| 安全通信网络 | 网络架构、通信传输 | 增加通信传输完整性、保密性 | 增加通信传输抗抵赖性 |
| 安全区域边界 | 边界防护、接入控制 | 增加入侵防范、恶意代码防范 | 增加安全审计、边界完整性 |
| 安全计算环境 | 身份鉴别、安全审计 | 增加访问控制、入侵防范 | 增加数据完整性、数据机密性 |
云网一体化防护：针对城轨云平台中心云与站段边缘节点的两层扁平化架构-2，需要建立云网一体化的安全防护体系。通过在网络层面部署防火墙、入侵防御系统、网络流量威胁检测探针等设备-9，结合云平台内部的安全组、微隔离等技术，实现从网络到云平台的一体化防护，确保数据在传输和处理过程中的全程安全。
主动防御技术：传统"被动修补式"防御难以应对新型网络威胁，需要构建面向主动防御的网络安全技术保障体系-10。通过集资产发现、监测预警、态势感知、攻防博弈、防御响应和协调处置为一体的主动防御平台，实现从"被动防护、分散独立"向"主动防御、联防联控"的转变-10。主动防御技术能够预测攻击路径，提前部署防御措施，有效应对高级持续性威胁等复杂网络攻击。
3.3 统一安全管理中心
城轨云平台安全防护涉及多种安全产品和工具，如何实现这些设备的统一管理和协同联动成为关键问题。统一安全管理中心通过集中收集、分析和处理各类安全信息，提供全局视角的安全态势感知，实现安全风险的及时发现、快速响应和有效处置。
统一安全管理中心的核心功能包括：
安全态势感知：基于大数据分析技术，对多源异构的安全数据进行关联分析，构建全路网络安全"态势一张图"-10。通过可视化技术直观展示资产脆弱性、安全威胁和攻击链，为安全决策提供支持。在铁路系统的实践中，安全态势感知系统能够实现发现已知攻击后预警时间小于3分钟，制定策略后下达时间小于5分钟，网络安全事件响应处置时间缩短80%-10。
安全策略统一管理：通过设备分级部署、权限分级管理，实现网络安全设备的统一策略管理和联动响应-2。安全管理员可以在统一管理平台上制定、下发和更新安全策略，避免不同设备策略冲突导致的安全漏洞，大幅提高安全管理效率。
安全运维审计：通过综合运维安全审计系统、数据库安全审计系统等工具-9，对运维操作进行全面记录和分析，实现运维过程的可追溯、可审计。一旦发生安全事件，可以通过审计日志快速定位问题源头，追溯攻击路径。
3.4 数据安全保护技术
数据是城轨云平台的核心资产，数据安全保护贯穿于数据采集、传输、存储、使用、共享和销毁的全生命周期。城轨云平台的数据安全保护主要包括以下方面：
数据分类分级：根据《轨道交通数据安全要求》标准-7，对城轨数据进行分类分级，针对不同级别数据采取相应的保护措施。数据分类分级是数据安全保护的基础，只有明确数据的价值和敏感度，才能制定恰当的安全策略，实现数据安全与使用效率的平衡。
数据加密与脱敏：采用加密技术保护静态存储和动态传输的数据，确保即使数据被窃取，攻击者也无法获取有效信息。对于非生产环境使用的数据，采用数据脱敏技术隐藏敏感信息，在保障数据可用的同时避免隐私泄露。
数据访问控制：基于"最小权限原则"，严格限制用户对数据的访问权限。结合身份鉴别、访问授权和审计追踪，构建完整的数据访问控制体系，防止数据越权访问和滥用。
数据备份与恢复：建立完善的数据备份与恢复机制，确保在数据丢失或损坏时能够及时恢复。城轨云架构下的灾备方案通常采用存储双活、数据库双活等技术-8，实现数据的实时备份和快速恢复，保障业务连续性。
4 典型案例分析
4.1 绍兴地铁网络安全整体防护项目
绍兴地铁网络安全项目是国内首条涵盖全部核心弱电系统的信息化、数字化城市轨道交通网络安全统一管理平台-9。该项目构建了具有城市轨道交通特色的网络安全态势感知系统，实现了对信号系统、综合监控系统、自动售检票系统、乘客信息系统等核心业务系统的一体化安全防护。
该项目的主要特点包括：
统一安全管理中心：通过建立统一的安全管理平台，实现了对全线网安全设备、安全策略、安全事件的集中管理。管理员可以在统一界面中监控整个系统的安全状态，及时发现和处理安全威胁，大幅提高了安全运维效率。
分区分域防护：根据业务特点和安全性要求，将网络划分为多个安全区域，包括云平台防护区、信号系统防护区、综合运行管理平台系统防护区、清分及多线路中心系统防护区等-9。区域之间通过防火墙、网闸等设备进行隔离，有效控制了安全风险的扩散。
国产化基础平台：项目采用银河麒麟操作系统等国产化基础平台-9，实现了从硬件、操作系统到数据库的全面国产化，有效降低了供应链安全风险，为城轨云平台自主可控建设提供了宝贵经验。
绍兴地铁项目的成功实施，为后续城轨云安全建设提供了可复制的模式，特别是在全线网统一安全管理、国产化技术路线等方面具有重要的示范意义。
4.2 金义东城际网络安全整体防护项目
金义东市域轨道交通项目是国内首个市域轨道交通网络安全整体防护项目-9，其网络安全建设方案针对市域铁路的特点进行了专门设计，具有重要的推广价值。
该项目的主要创新点包括：
扁平化架构安全防护：针对城轨云平台中心云与站段边缘节点的两层扁平化架构-2，设计了与之匹配的安全防护方案。通过在中心云部署统一安全管理中心，在边缘节点部署轻量级安全代理，实现了全域安全状况的统一监控和管理，既保证了安全策略的一致性，又兼顾了边缘节点的性能需求。
云平台安全资源池：通过建设云平台安全资源池，实现了安全资源的按需分配和弹性扩展。安全资源池整合了防火墙、入侵检测、漏洞扫描等多种安全能力，云租户可以根据需要灵活选择安全服务，既提高了资源利用率，又降低了安全建设成本。
实战化攻防演练：项目构建了面向实战的网络安全攻防演习体系，建设了演练应急指挥平台，能够对业务系统进行仿真，进行从局部到整体、从静态到动态的安全测试与验证-10。通过定期开展攻防演练，不断优化安全防护策略，提高了系统的实际防御能力。
金义东项目的成功实施，证明了城轨云平台网络安全整体防护方案在市域轨道交通领域的适用性，为同类项目的建设提供了重要参考。
5 未来发展趋势
城轨云平台网络安全技术仍在快速发展中，未来几年将呈现以下趋势：
自主可控技术的全面应用：随着国家对关键信息基础设施安全要求的不断提高，自主可控已成为城轨云平台建设的必然选择。从芯片、操作系统、数据库到应用软件，全面国产化的技术体系将在城轨领域得到更广泛应用-9。自主可控不仅关乎网络安全，更关系到国家安全，只有掌握核心技术，才能从根本上保障城轨系统的安全可靠。
主动防御体系的普及深化：基于动态信任管理、态势感知等技术的主动防御体系将成为城轨云平台安全的标准配置-10。通过人工智能、大数据分析等技术，实现对安全威胁的预测、预警和预防，网络安全防护从静态、被动向动态、主动转变。特别是针对高级持续性威胁等复杂网络攻击，主动防御能够有效提升检测率和响应速度。
标准体系的不断完善：随着《城市轨道交通车载网络信息安全技术要求》-3、《轨道交通数据安全要求》-7等标准的制定和实施，城轨云平台网络安全的标准化体系将日趋完善。标准化工作为城轨云安全建设提供了统一的技术规范和要求，有助于提升整体防护水平，促进行业健康发展。
零信任架构的落地实践：零信任架构基于"从不信任，始终验证"的核心原则，通过微隔离、身份认证与访问管理、动态权限控制等技术，构建无处不在的身份边界。在城轨云平台环境中，零信任架构能够有效应对边界模糊、内部威胁等挑战，未来将在城轨领域得到更多实践。
安全与运维的深度融合：随着DevSecOps理念的普及，安全将进一步融入城轨云平台的全生命周期，从设计、开发、部署到运维，每个环节都将安全考虑在内。通过安全左移，在系统设计阶段就考虑安全问题，能够大幅降低后期安全整改的成本和难度，实现安全与效率的统一。
6 结论
城轨云平台作为智慧城轨的核心基础设施，其网络安全事关城市运行秩序和公众出行安全。本文系统分析了城轨云平台面临的网络安全威胁与挑战，深入研究了动态信任管理、纵深防御体系、统一安全管理中心和數據安全保护等关键技术，结合绍兴地铁和金义东城际铁路等典型案例，构建了面向城轨云平台的网络安全防护体系。
研究表明，城轨云平台网络安全建设应当坚持统筹规划、分步实施的原则，遵循"系统自保、平台统保、边界防护、等保达标、安全确保"的总体思路-2，构建集资产管理、监测预警、态势感知、响应处置于一体的安全防护平台。通过统一安全管理中心建设，实现安全资源的集中管理和协同联动；通过动态信任管理，实现从静态防护到动态评估的转变；通过纵深防御体系，构建多层次、全方位的防护网络；通过数据安全保护，保障城轨数据的机密性、完整性和可用性。
未来，随着自主可控、主动防御、零信任等新技术的发展和应用，城轨云平台网络安全体系将更加完善，为城市轨道交通的数字化转型提供坚实保障。城轨云平台网络安全建设是一项长期而复杂的系统工程，需要持续投入、不断优化，才能应对日益复杂的网络安全威胁，保障城市轨道交通系统的安全稳定运行。
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