26、网络安全：现状、技术与未来趋势

网络安全：现状、技术与未来趋势

1. 物联网设备攻击与网络安全攻击统计

黑客常利用物联网（IoT）设备发起分布式拒绝服务（DDoS）攻击，并在访问前收集设备中的所有信息。从相关研究统计来看，在2021年3月至2022年2月期间，新增了1.53亿个恶意软件程序，较上一年的数据增长了近5% 。同时，全球各国也发布了国家网络安全指数和数字发展指数以及排名，例如印度的国家网络安全指数为69.72，数字发展指数为40.02，排名第51位。

2. 网络安全的重要性

网络安全旨在保护设备免受黑客攻击，确保设备和数据的安全。它主要有以下几个重要目标：
- 防止非法访问网络、设备和数据，黑客和网络犯罪分子常利用间谍软件、恶意软件和网络攻击来获取他人设备的访问权限。
- 保护互联网用户免受数字威胁，如受感染的文件、恶意软件和网络攻击，避免敏感个人信息泄露或遭受黑客勒索。
- 防止关键基础设施（如电源供应和军事行动）因网络攻击而中断。
- 解决软件应用程序中现有的漏洞，确保其稳定性。随着联网设备数量的增加，实施强大的安全措施以防止未经授权的访问变得越来越重要。

网络安全的主要目标是防止数据丢失、泄露或攻击，可以从以下三个方面来评估网络安全：
- 保密：确保敏感信息不被泄露，保证信息的私密性。
- 完整：保证信息真实、正确，防止未经授权的篡改，且数据来源可靠。
- 可用：授权用户能够快速访问和更新信息，确保只有授权人员能够随时访问私有信息。这三个方面构成了可用性、完整性和保密性（AIC）三角，是任何安全计划的基础。

3. 网络安全研究综述

网络安全的研究并非新鲜事物。众多学者在该领域进行了大量研究：
- 一些研究给出了网络安全研究的整体演变、新兴趋势、最新发展以及相关政策。
- 部分研究提出了与所有网络威胁相关的分类法和愿景声明。
- 还有研究利用大数据方法开发了网络犯罪检测模型，如使用Apache Hadoop平台，并进行了性能分析，该模型有助于网络犯罪预测和降低犯罪率。

不同的研究采用了不同的方法和算法来应对网络犯罪，以下是一些研究的对比：
|参考文献|涉及的网络犯罪/攻击|解决方法|性能|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|(Rahaman et al., 2020; Cascavilla et al., 2021)|在线欺诈|K - 均值算法，大数据分析|82.3%准确率|
|(Mbaziira and Jones 2016; Rupa et al., 2020)|在线数据盗窃、身份盗窃|朴素贝叶斯、支持向量机、k - 最近邻算法|60%预测准确率|
|(Rupa et al., 2020; Lim M et al., 2020)|版权攻击、身份盗窃|聚类、分类|99%准确率|
|(Lim et al., 2019; Mbaziira et al., 2017)|检测犯罪网络|深度强化学习，融合导向的网络分析模型|1500次迭代时曲线下面积为0.59|
|(Choi et al., 2020)|软件盗版、物联网上的恶意软件攻击|深度卷积神经网络和特征提取分类|F - 测量得分97%，准确率97.47%|
|(Eunaicy and Suguna, 2022; Ullah et al., 2019)|基于网络的攻击|人工神经网络（ANN）、卷积神经网络、递归神经网络|最高94%准确率|
|(Dey et al., 2020; Patel et al., 2023)|DDoS、社交工程|混合元启发式特征选择、强化学习、遗传算法|99.48%准确率，13个选定特征|

4. 网络安全架构

网络安全架构是指计算机网络的安全协议与操作程序之间的正确对齐和交互结构。其中，NIST网络安全框架是一个有价值的资源，它由一系列原则和最佳实践组成，可帮助组织加强网络安全地位。该框架具有以下核心功能：
- 识别（Identify） ：为有效的网络安全计划奠定基础，帮助组织理解如何管理系统、人员、资产、数据和能力的网络安全风险。
- 保护（Protect） ：定义必要的措施，确保关键基础设施服务的提供，并控制或减少潜在网络安全事件的影响。
- 检测（Detect） ：识别可能的网络安全漏洞，指定及时识别网络安全事件的适当行动。
- 响应（Respond） ：在检测到网络安全事件时采取适当措施，限制可能的网络安全事件的后果。
- 恢复（Recover） ：确定修订和维护策略的适当措施，以应对不利事件并恢复受网络安全事件影响的功能或服务，重点是及时恢复正常运营以减少影响。

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    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(识别):::process --> B(保护):::process
    B --> C(检测):::process
    C --> D(响应):::process
    D --> E(恢复):::process

5. 常见的网络安全工具

为了保护信息技术（IT）基础设施，组织需要关注以下几种关键的网络安全工具和服务：
- 防火墙 ：防止未经授权的访问私有网络，可以是软件、硬件或两者结合。它会评估每一个进出的消息，阻止不符合预定安全标准的消息。但经验丰富的黑客可能会绕过防火墙，不过它仍然能有效抵御一些不太复杂的恶意攻击。
- 杀毒软件 ：用于阻止、识别和消除计算机、网络和IT系统中的病毒和其他恶意软件，保护计算机和网络免受各种病毒和威胁，如蠕虫、特洛伊木马、rootkit、键盘记录器、广告软件、间谍软件、浏览器劫持程序、僵尸网络和勒索软件等。许多杀毒软件具有自动更新功能，还提供额外服务，如邮件筛选。
- 公钥基础设施（PKI）服务 ：促进公共加密密钥的分发和识别，确保互联网上用户和计算机系统之间的安全数据交换，并验证通信方的身份。不使用PKI交换敏感信息存在风险。
- 托管检测与响应（MDR）服务 ：提供威胁狩猎、威胁情报、安全监控、事件分析和响应等高级安全服务。借助人工智能和机器学习的力量自动检测和调查威胁，实现更快的响应时间。
- 渗透测试 ：通过安全地尝试利用漏洞来评估企业IT基础设施和安全系统的安全性，模拟真实攻击以评估企业可能面临的攻击类型。
- 员工培训 ：虽然通常不被视为网络安全工具，但它是防御网络攻击最有效的方法之一。通过培训员工了解最佳网络安全实践，有助于保护企业。

网络安全：现状、技术与未来趋势

6. 网络安全的应用与类型

网络安全在多个方面有着重要的应用，以下是详细介绍：
- DDoS安全 ：DDoS攻击是一种分布式拒绝服务攻击，攻击者会使用多个设备向网络服务器发送大量请求，使服务器不堪重负，无法处理合法流量。为应对此类攻击，网络安全提供了DDoS缓解服务，将流量重定向到其他基于云的服务器，从而解决问题。
- Web防火墙 ：基于Web应用服务器的防火墙会安装在广域网上，监控所有进出服务器的流量，能够自动识别并消除欺诈和有害的网站流量，有助于检测和自动监控流量，降低攻击风险。
- Bots检测 ：如今，许多黑客和攻击者利用机器人程序（Bots）从多个设备生成大量流量，可能导致服务器崩溃。网络安全可以帮助检测这些虚假用户（即Bots）并终止其会话，防止影响普通用户的体验。
- 杀毒和反恶意软件 ：网络安全致力于创建杀毒和反恶意软件软件，保护计算机免受数字攻击，包括防止数据泄露、未经授权的攻击以及其他由黑客发起的数字威胁。同时，它还负责维护网络中所有连接设备的网络安全和防火墙系统。
- 威胁管理系统 ：网络安全能够识别计算机系统中的数字威胁和攻击，找出潜在的漏洞和系统缺陷，并自动纠正这些问题，以提高性能，增强对数字攻击的响应能力，让用户更好地控制漏洞问题。
- 关键系统保护 ：对于连接到广域网的大型服务器上发生的关键攻击，网络安全至关重要。它会执行严格的安全协议，确保用户遵循以保护设备。同时，实时监控所有应用程序，并定期检查服务器、网络和用户的安全性，以维持高水平的网络安全。
- 规则和法规 ：实施网络安全措施会建立一系列准则和标准，要求网络用户（包括恶意和非恶意用户）遵守。这有助于当局识别和解决安全问题，提高网络的整体功能。
- 用户权限管理 ：为降低用户滥用或泄露数据的风险，应根据用户的具体工作职责分配适度的系统权限和数据访问权限，遵循“最小权限”原则。对于高级别的系统权限分配，需要进行严格的监控和管理。
- 风险管理机制 ：组织应实施有效的风险管理计划，评估信息和计算机系统的安全风险，并得到董事会和高级管理层的支持。同时，要确保所有员工、承包商和供应商了解该方法和相关风险限制。
- 安全配置 ：制定识别标准技术设置和管理系统配置的计划，可以显著提高安全性。建议消除或停用任何冗余的系统功能，并及时通过软件更新解决已知的安全漏洞，否则可能增加系统和信息泄露的风险。

7. AI对网络安全的影响及未来趋势

机器学习（ML）作为人工智能（AI）的重要组成部分，利用算法使计算机能够分析数据、从过去的经验中学习，并以类似人类的方式做出决策。AI在网络安全领域的应用将带来以下几个方面的影响和未来趋势：

7.1 优势

• 自动化威胁检测 ：AI和ML可以分析大量的网络流量数据，自动识别异常模式和潜在的威胁，比传统方法更快、更准确地检测到攻击。
• 实时响应 ：利用AI的实时分析能力，系统可以在检测到威胁后立即采取响应措施，减少攻击造成的损失。
• 预测性分析 ：通过学习历史数据，AI可以预测未来可能发生的攻击类型和趋势，帮助组织提前做好防范准备。

7.2 挑战

• 对抗性攻击 ：黑客可能会利用AI技术生成对抗样本，试图欺骗基于AI的安全系统，使其误判或失效。
• 数据隐私问题 ：AI系统需要大量的数据进行训练，这可能涉及到用户的隐私信息。如何在保护隐私的前提下利用数据进行有效的安全分析是一个挑战。
• 技术复杂性 ：AI技术本身具有较高的复杂性，需要专业的技术人员进行开发、维护和管理，这对组织的技术能力提出了更高的要求。

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    A(自动化威胁检测):::process --> B(实时响应):::process
    B --> C(预测性分析):::process
    D(对抗性攻击):::process --> E(挑战):::process
    F(数据隐私问题):::process --> E
    G(技术复杂性):::process --> E

8. 总结

网络安全是一个不断发展和演变的领域，随着信息技术的快速发展，面临的威胁也日益复杂。物联网设备攻击、恶意软件的增加以及AI技术的应用都给网络安全带来了新的挑战和机遇。

组织需要建立完善的网络安全架构，采用NIST网络安全框架等工具，结合常见的网络安全工具和服务，如防火墙、杀毒软件、PKI服务、MDR服务、渗透测试和员工培训等，来保护其信息技术基础设施。

同时，要关注AI在网络安全领域的应用，充分发挥其优势，如自动化威胁检测、实时响应和预测性分析，但也要注意应对其带来的挑战，如对抗性攻击、数据隐私问题和技术复杂性。

未来，网络安全将继续与新兴技术相互融合，不断发展和创新。组织需要持续关注网络安全的发展趋势，不断提升自身的安全防护能力，以应对日益严峻的网络安全挑战。

为了更好地理解网络安全的整体流程，以下是一个简单的总结表格：
|方面|内容|
| ---- | ---- |
|网络安全现状|物联网设备攻击、恶意软件增加|
|网络安全重要性|保护设备和数据，防止非法访问、数字威胁和关键基础设施中断|
|研究综述|多种研究方法和算法应对网络犯罪|
|安全架构|NIST网络安全框架的核心功能：识别、保护、检测、响应、恢复|
|安全工具|防火墙、杀毒软件、PKI服务、MDR服务、渗透测试、员工培训|
|应用类型|DDoS安全、Web防火墙、Bots检测等多种应用|
|AI影响|优势：自动化威胁检测、实时响应、预测性分析；挑战：对抗性攻击、数据隐私问题、技术复杂性|

通过对网络安全各个方面的深入了解和有效实施相关措施，组织可以更好地保护自身的信息资产，确保业务的稳定运行。