轨道交通网络安全背景、意义、国内外研究现状、存在问题及对策研究

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『AI先锋杯·14天征文挑战第8期』 10w+人浏览 342人参与

摘要

随着云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术与轨道交通行业的深度融合，智慧轨交系统在提升运营效率与乘客体验的同时，也面临着日益严峻且复杂的网络安全威胁。轨道交通作为城市关键信息基础设施，其网络安全不仅关乎运营效率，更直接关系到公共安全和城市稳定。本文系统分析了轨道交通网络安全的背景与战略意义，深入梳理了国内外研究现状，剖析了当前面临的数据安全、技术架构、管理体制及人才储备等方面的关键问题，最后从技术创新、体系建设、标准规范、人才培养等多维度提出了综合对策与发展建议。研究表明，构建弹性、可信、自适应的智能安全防护体系，是保障轨道交通系统安全稳定运行的必由之路。

1 引言

轨道交通系统作为现代城市交通的骨干，其安全稳定运行直接关系到国计民生和公共安全。在"交通强国"和"新基建"战略的推动下，轨道交通系统正朝着数字化、网络化、智能化的方向飞速发展。列车控制、调度指挥、客票发售预订及供电远动等核心系统均与网络深度融合，使得传统的、静态的、边界式的网络安全防护模式难以为继-4。

随着网络空间与物理空间的相互渗透，轨道交通系统面临的网络安全威胁日益严峻。2019年，国际商业机器公司（IBM）X-Force团队发布的研究报告指出，交通行业已成为仅次于金融服务业的第二大受攻击行业-4。攻击者可能通过网络安全漏洞破坏轨道交通的正常运营，甚至引发安全事故，威胁乘客生命安全。

在此背景下，深入研究轨道交通网络安全问题，厘清现状，诊断问题，并提出综合治理方案，具有重要的理论价值和实践意义。本文将从背景意义、国内外现状、存在问题及对策四个方面展开系统论述，以期为构建更具韧性、可追溯和自适应的轨道交通智能安全防护体系提供参考。

2 轨道交通网络安全的背景与战略意义

2.1 网络安全演进历程

轨道交通网络安全的发展历程与信息技术在轨道交通中的应用深度紧密相关。早期轨道交通系统多采用封闭专网和专用协议，系统相对独立，安全问题并不突出。随着通用协议、标准硬件和通用软件在信号系统、综合监控系统等核心系统中的广泛应用，病毒、木马等安全威胁开始向轨道交通控制系统扩散-5。

尤其是基于通信的列车控制系统（CBTC）技术的推广，实现了列车和地面设备的双向通信，但同时也引入了新型安全风险。一旦CBTC系统受到网络攻击，将对城市轨道交通的稳定运行和旅客安全带来重大威胁-5。近年来，随着云计算技术在轨道交通领域的应用，部分地铁建设方将自动售检票系统（AFC）、综合监控系统（ISCS）、信号系统（SIG）等集中到云数据中心，虽然提高了资源利用率，但也带来了云平台自身的安全问题以及不同专业系统的安全控制与管理挑战-5。

2.2 基本特征分析

轨道交通网络安全相较于传统信息系统安全，具有三个显著特征：

攻击目的性强：攻击者常以破坏轨道交通正常运营为目的，通过高级长期威胁（APT）等恶意攻击手段，针对性攻击轨道交通信号系统网络，专业性和目的性强-4。
与物理安全紧密耦合：轨道交通行业中，物理空间与网络空间紧密绑定、交互密切。网络传输数据的安全性及可靠性直接关系到轨道交通的运行安全，关乎生命财产安全-4。
后果严重且不可预测：如果列车的调度指挥和运行控制系统受到攻击，可能导致列车调度混乱、失去正常控制，进而引发碰撞或脱轨等严重安全事故-4。

2.3 战略意义

加强轨道交通网络安全具有三重战略意义：

保障公共安全：确保列车运行安全，防止因网络攻击导致的运营中断、安全事故，是维护人民生命财产安全的底线要求-4。轨道交通作为城市关键基础设施，其安全稳定运行直接关系到城市正常运转和公共安全。
护航经济发展：稳健的网络安全是智慧轨交产业可持续发展的基石，能有效避免因网络事件造成的巨大经济损失和社会秩序混乱。研究表明，2024年全球铁路网络安全解决方案市场销售额已达到88亿美元，预计2031年将达到142.2亿美元-9，市场潜力巨大。
推动技术自主可控：通过攻克轨交AI网络安全的核心技术，有助于实现关键软硬件设施的国产化替代，提升产业链供应链的韧性和安全水平。中国工程院项目"网络空间安全技术体系与风险应对"（2022-JB-04）等国家级科研项目的部署，体现了国家对这一领域的高度重视-4。

表：轨道交通典型系统及其安全需求

系统类型	主要功能	安全需求等级	潜在风险
信号系统	列车运行控制、调度指挥	极高	列车碰撞、运营中断
综合监控系统	环境与设备监控	高	系统瘫痪、设备故障
自动售检票系统	票务管理、清分清算	中高	数据泄露、财务损失
供电远动系统	电力调度与控制	极高	供电中断、列车停运

3 国内外研究现状

3.1 国内研究现状

我国高度重视轨道交通网络安全，从战略规划、技术研发和体系建设三个层面全面推进相关工作。

在战略规划方面，自《"十四五"现代综合交通运输体系发展规划》提出大力发展以轨道交通为核心的交通网络以来，相关部门陆续出台了一系列标准和规范，对轨道交通这类关键信息基础设施的网络安全提出了更高要求-4。交通运输部科技司网络安全处处长高翔在2025年的一次项目启动会上强调，要坚持"需求牵引、场景落地"，以工程化可用为目标，聚焦典型业务系统开展验证与示范-3。

在技术研发方面，我国科研机构和企业积极攻关轨道交通网络安全关键技术。2025年9月，由四川大学牵头的国家重点研发计划"网络空间安全治理"重点专项——"面向城市轨道交通系统的网络安全智能防御关键技术"青年科学家项目正式启动，标志着我国在轨道交通智能安全防御领域进入实质性推进阶段-3。中国铁路信息科技集团有限公司则研发了"面向主动防御的铁路网络空间安全技术保障体系"，攻克了多元异构安全大数据分析、集中安全管理、大规模终端安全统一管理等难题-6。

在体系建设方面，轨道交通网络安全防护已从"基础防护"向"强化防护"和"协同防护"方向发展-1。基础防护阶段主要采用防火墙、入侵检测等传统边界防护手段；强化防护阶段则强调纵深防御，构建覆盖网络、主机、应用的立体防护体系；协同防护阶段则致力于实现安全信息的共享与协同响应，提升整体防护能力。

3.2 国外研究现状

国际上，轨道交通网络安全研究同样受到广泛关注，主要集中在标准制定、技术框架和认证体系等方面。

在标准制定方面，国际电工委员会（IEC）制定的IEC62443系列标准和美国国家标准与技术研究院（NIST）的网络安全框架成为轨道交通网络安全的重要参考-7。这些标准强调了工业控制系统安全的重要性，为轨道交通系统的安全设计和评估提供了依据。

在技术框架方面，国外学者提出了一系列针对铁路系统的网络安全解决方案。有研究通过分析车载和轨旁传感器网络的安全需求，提出了一个集成了持续监测、基于风险的网络安全建模、AI辅助威胁检测和更强认证方法的分层安全框架-7 -10。该框架特别关注了现代系统与遗留系统集成时的安全问题，以及MVB、CAN和TCP/IP等通信协议的固有弱点。

在认证体系方面，欧洲铁路局（ERA）等机构正推动建立统一的网络安全认证计划，以确保铁路产品和系统的安全性和互操作性。这些认证计划通常涵盖整个系统生命周期，从设计和开发到维护和退役-7。

3.3 对比分析

综合分析国内外研究现状，可以看出：

我国在轨道交通网络安全领域的发展势头迅猛，特别是在主动防御、态势感知等前沿方向的探索已处于国际先进水平。中国铁路信息科技集团有限公司研发的主动防御体系，已实现"覆盖铁路五网三级的网络安全态势的感知和分析"，并能有效拦截"面向国铁集团全网定向高级持续性威胁网络攻击"-6。

国际上，特别是欧洲国家，在标准体系和认证机制建设方面更为成熟，为我国提供了有益借鉴。IEC62443和NIST等标准框架的系统性和完整性，值得我国在制定相关标准时参考-7。

表：轨道交通网络安全国内外研究现状对比

比较维度	国内现状	国际现状
战略规划	网络强国战略、等保2.0	欧盟NIS指令、各国关键基础设施保护战略
技术重点	主动防御、态势感知、智能分析	分层安全框架、风险建模、AI辅助检测
标准体系	正在完善中，已有《城市轨道交通云平台网络安全技术规范》	IEC62443、NIST框架等相对成熟
典型方案	铁路网络空间安全技术保障体系-6	分层安全框架-7

4 轨道交通网络安全面临的关键问题

4.1 数据安全与技术架构问题

数据质量与投毒风险是轨道交通AI安全面临的首要挑战。AI模型的训练数据若被污染，会导致系统学习错误规律。特别是在依赖社交媒体和网页内容训练的大语言模型中，这已成为重大隐患-4。攻击者通过持续注入误导性数据，可使AI系统形成错误认知，进而引发决策失误。

传统网络架构的固有缺陷制约了安全与可靠性。传统互联网在最初设计时未充分考虑安全性，现行的"补丁式"安全增强手段难以满足轨道交通行业的网络安全需求-4。轨道交通行业各子系统的设备和模块之间形成了复杂的网络体系，数据交互和信息传输频繁，而传统网络架构难以应对由此带来的多样化、复杂化安全威胁。

通信协议的安全漏洞构成严重隐患。轨道交通系统中广泛使用的MVB、CAN和TCP/IP等通信协议，在设计之初普遍缺乏足够的安全考量，存在被利用进行攻击的风险-7。特别是在现代系统与遗留系统需要集成的场景中，安全漏洞更为突出。

新技术融合引入的安全风险不容忽视。云计算、物联网等新技术的应用，扩大了轨道交通系统的攻击面。地铁云平台存在的VENOM（毒液）等漏洞，能让攻击者越过虚拟化技术的限制，访问并监视控制宿主机，并通过宿主机的权限来访问控制其他虚拟主机-5。云计算环境中的资源共享机制，如果未实现充分的隔离，可能导致跨用户的数据泄露或服务中断。

4.2 管理体制与人才短缺问题

专业人才严重短缺是制约轨道交通网络安全发展的关键因素。网络安全在城轨行业起步较晚，大多数单位尚未建立专职安全运维团队-5。面对大量设备和日志，现有人员的能力与精力难以满足要求，安全事件快速反制溯源更是面临巨大挑战。同时精通轨道交通业务、网络安全技术和人工智能算法的复合型人才更是凤毛麟角，制约了AI安全方案的落地与优化。

安全流程与制度不健全影响防护效果的持续性。常态化安全管理工作仍主要依靠个人经验而非标准化流程-5。一方面，安全事件发生时部门间权责难以区分；另一方面，经验难以沉淀到流程中持续复用，一旦人员变动，安全管理水平可能大幅下降。尽管部分单位部署了先进的安全技术设备，但缺乏与之匹配的管理流程和制度，使得技术设备的效能无法充分发挥。

防御体系滞后于威胁演进速度。传统安全防护多为"事后响应"模式，难以应对动态化、智能化的新型攻击手段-6。同时，工业控制系统的特殊性使得通用网络安全方案在轨交环境中适用性有限，定制化解决方案研发成本高。现有防护体系在实战化、体系化和常态化方面存在不足，难以应对有组织的持续攻击。

4.3 新兴威胁与系统兼容性问题

AI系统自身的安全脆弱性带来新的挑战。AI算法存在对抗性样本风险，攻击者通过细微扰动即可欺骗AI模型，如误导图像识别系统，使其对轨道上的障碍物"视而不见"-4。此外，AI模型的"黑箱"特性导致其决策过程不透明，难以解释和信任，这在安全性要求极高的轨道交通环境中尤为突出。

系统复杂性与兼容性问题加大防护难度。轨道交通系统由多厂商、多代际的设备构成，集成统一的AI安全平台难度大-5。不同厂商的设备可能采用不同的通信协议和安全策略，难以实现统一的安全管理和协同防护。这种复杂性不仅增加了系统的攻击面，也提高了安全防护的复杂度和成本。

供应链安全风险日益凸显。城市轨道交通系统网络化运营中的安全隐患不仅来自网络攻击和系统故障，还涉及供应链风险-2。轨道交通系统中使用的硬件设备、软件系统可能来自多个国内外供应商，其中潜在的恶意代码、后门等安全威胁难以完全避免，尤其是在国际 geopolitical 形势复杂的背景下，供应链安全已成为轨道交通网络安全的重要考量因素。

5 轨道交通网络安全对策与发展建议

5.1 构建主动防御体系

面对日益复杂严峻的网络安全威胁，传统"被动修补式"防御已难以应对，必须向主动防御、联防联控转变-6。

技术层面，应构建集资产发现、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网络安全技术保障体系-6。具体措施包括：

网络安全态势感知和分析：攻克多元异构安全大数据分析难题，打破多源异构情报数据"流通壁垒"，构建全域网络安全"态势一张图"-6。例如，中国铁路信息科技集团有限公司研发的体系已实现"覆盖铁路五网三级的网络安全态势的感知和分析"，能有效拦截高级持续性威胁攻击-6。
终端安全统一管理：构建全方位、一体化终端安全防护策略，实现网络准入创新应用、用户端安全控制迅速收敛和散点安全风险管控，监测"可信域"违规外联，设计移动应用安全接入体系-6。
纵深防御架构：按照"统一规划、分步建设、开放兼容、持续迭代"的原则，构建网络分区分域安全防御架构和云安全能力矩阵模型-6。在系统边界部署工业级防火墙实现区域边界访问控制，在骨干环网交换机上旁路部署入侵检测系统，对网络流量进行监测-5。

5.2 加强技术攻关与创新

提升AI模型鲁棒性是应对新型威胁的关键。研究并应用联邦学习、差分隐私等技术，在不汇集原始数据的前提下完成模型训练，从源头降低数据投毒风险-4。同时，引入对抗训练技术，提升模型对对抗样本的免疫力。发展可解释AI（XAI） 框架，使AI的安全决策过程变得透明、可追溯，增强运维人员对AI系统的信任度，便于故障排查与责任认定。

打造开放兼容的安全中台是解决系统兼容性问题的有效途径。设计模块化、可扩展的AI网络安全中台，支持异构设备和多元数据的接入，为上层安全应用提供统一的算法支持和数据分析能力。例如，在地铁云平台环境中，建立云平台安全管理中心，整合云中各类安全监控资源、采集环境中全量的安全监测信息，形成面向云计算的集中安全监测、综合安全分析和统一运维支撑-5。

发展智能预警与自适应防护技术。基于深度学习的入侵检测框架，如"双视图时空表征学习"（DVST）等先进技术，可更全面地捕捉系统异常特征，减少特征遗漏问题-4。通过持续收集运行数据和业务反馈，不断优化安全策略和模型算法，实现防护能力的自我进化。有研究提出，基于AI的威胁检测和风险建模能够显著提升铁路系统的安全弹性-7。

5.3 完善管理机制与培育专业人才

建立健全安全管理体系是确保技术措施有效落地的保障。具体措施包括：

常态化安全运维：构建集技术、人员、流程于一体的安全运营体系，实现7×24小时的持续安全监控、分析和响应-6。通过标准化操作流程和经过实践验证的应对方案，大幅提升安全运营效率和质量。
实战化攻防演练：建立"三位一体"网络安全检测与风险评估模型，构建面向实战的网络安全攻防演习体系，建设演练应急指挥平台，实现对业务系统仿真，进行从局部到整体、从静态到动态的安全测试与验证-6。
供应链安全管理：对轨道交通系统中使用的硬件设备、软件系统进行严格的安全审查，建立供应链安全风险评估和管理机制，降低潜在的安全风险-2。

加强专业人才培养是解决人才短缺问题的根本途径。一方面，通过各类安全相关课程和实战演练，持续提升人员能力以支撑安全运营工作-4。另一方面，借助云端共享专业安全专家团队，让用户以更合理的成本享受到高阶专家服务，缓解人手紧缺问题。此外，还应鼓励高校加强轨道交通网络安全学科建设，培养同时精通轨道交通业务、网络安全技术和人工智能算法的复合型人才。

5.4 推动标准落地与产业协同

完善标准规范体系是提升整体安全水平的基础。积极落实《智慧城轨发展纲要》、《城市轨道交通云平台网络安全技术规范》等文件要求，将安全贯穿于系统规划、建设、运营的全生命周期-4。同时，参考国际先进标准如IEC62443和NIST框架，结合我国轨道交通特点，制定更加细化、可操作性强的网络安全标准和规范-7。

促进产学研用深度融合是推动技术创新的动力。鼓励轨道交通运营企业、安全厂商、高校及研究机构建立联合实验室，共同攻关AI网络安全的核心关键技术，推动成果转化-3。如四川大学牵头承担的国家重点研发计划项目，就是产学研用协同创新的典型案例-3。

加强数据安全与隐私保护是确保合规运营的重点。在数据采集、存储、使用和销毁的全过程中，严格遵守《网络安全法》、《数据安全法》和《个人信息保护法》，确保合法合规-4。采用数据加密、访问控制、安全审计等技术手段，加强对客流敏感数据、线路规划核心数据等重要信息的保护。

6 结论与展望

本文系统性地论述了轨道交通网络安全的背景、现状、问题与对策。研究表明，随着新一代信息技术与轨道交通行业的深度融合，网络安全已成为保障轨道交通系统安全稳定运行的关键因素。当前，我国轨道交通网络安全已从"被动防护、分散独立"向"主动防御、联防联控"转变-6，但在数据安全、技术架构、管理体制及人才储备等方面仍面临诸多挑战。

未来轨道交通网络安全的发展将呈现以下趋势：

技术发展智能化：人工智能、大数据、区块链等新技术将在威胁检测、风险评估、安全防护等方面发挥更大作用。特别是联邦学习、数字孪生等技术的成熟应用，将助力构建更具韧性、可追溯和自适应的智能安全防护体系。
体系构建生态化：轨道交通网络安全将不再局限于单点防护，而是向开放、协同的安全生态演进。通过构建统一的安全运营中心和安全能力平台，实现安全资源的集中管理和按需分配，提升整体防护效率-5。
安全管理常态化：网络安全工作将从"项目式"建设向"常态化"运营转变，通过建立持续监测、快速响应、闭环管理的安全运营机制，确保轨道交通系统能够应对不断演变的安全威胁-6。
标准认证国际化：随着全球轨道交通网络的互联互通，网络安全标准和认证体系将逐步趋同，推动形成国际统一的网络安全评估和认证机制-7。