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摘要：城市軌道交通作為國家重要工業(yè)基礎設施隨著信息化趨勢，在開放、互聯(lián)和標準化發(fā)展的同時，帶來了安全隱患風險挑戰(zhàn)。文章首先探討數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的安全防范技術與方案，包括物理層防范、訪問防范控制、身份認證、完整性認證等。再比較市面上常用的傳輸技術包括OTN、SDH+ATM、MSTP、RPR等，得出結論OTN最適合應用于軌道交通信息傳輸中。最后應用ASE算法到數(shù)據(jù)加密中，以此構建相對更安全的軌道交通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸安全策略。

關鍵詞：軌道交通；傳輸安全；OTN技術；數(shù)據(jù)加密

1概述

隨著計算機和網(wǎng)絡技術的日益發(fā)展，工業(yè)化與信息化高度融合的同時，也帶來了極大的挑戰(zhàn)，工業(yè)控制系統(tǒng)越來越多采用通用協(xié)議、通用硬件以及通用軟件，但是工控系統(tǒng)越來越開放的同時也削弱了與外界的隔離與保護，包括病毒、木馬向網(wǎng)絡擴散的風險，而城市軌道交通是國家重要的工業(yè)基礎設施，由于信息化的趨勢，該行業(yè)的業(yè)務朝著開放、互聯(lián)和標準化的方向發(fā)展，城市軌道交通已經(jīng)不再是“信息的孤島”，開放性帶來的優(yōu)勢與風險并存，面對的網(wǎng)絡安全大多來自于對面骨干網(wǎng)絡和無線通信系統(tǒng)的攻擊，因此需要全方面、多層次的加固防護。地面骨干網(wǎng)絡由骨干網(wǎng)交換機和通信鏈路組成，連接著基于通信的列車自動控制系統(tǒng)位于地面的所有設備，以TCP/IP協(xié)議傳輸設備之間的信息，通過明文方式進行數(shù)據(jù)的傳輸，只要有黑客能接入該網(wǎng)絡之中，就有可能截取到信息，存在竊聽、篡改、偽裝、數(shù)據(jù)轟炸、IP地址欺騙等可能性，為日常地鐵運維帶來極大的風險。而相較而言安全系統(tǒng)較高的就是有線網(wǎng)絡技術了。本文主要圍繞通信系統(tǒng)（DataCommunicationSystems）中安防技術方案、常用的傳輸技術、數(shù)據(jù)加密形式，探討加強軌道交通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸安全性的策略和方式。

2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的安全防范技術與方案

目前主要的防護手段包括軟件、硬件防范，硬件防護的防護措施主要用于數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，例如安裝防火墻來提高入侵難度級別，防止通信線路免受自然災害、搭線攻擊、認為破壞。而軟件防護手段則是通過設置網(wǎng)絡安全協(xié)議。針對自動控制系統(tǒng)，目前可采取的安全防范技術主要包括：（1）物理層防范：加強對交換機端口管理，使用光纖可以防范入侵者通過搭線的方式接入到網(wǎng)絡中，802.11標準是1997年IEEE最初制定的一個WLAN標準，該標準可通過跳頻、擴頻、直序擴頻等方式防范，達到保護的作用。（2）控制訪問防范措施：對所有接入至DataCommu－nicationSystems中設備實時監(jiān)控，以防未知和缺少授權的設備接入其中。有線網(wǎng)絡情況下，可以通過靜態(tài)端口配置、合理物理地址接入限制等管理光端機的端口措施來進行訪問防護。無線通信傳輸系統(tǒng)中，802.11標準規(guī)范化了媒體訪問控制，只有合法的SSID的無線終端才允許接入到網(wǎng)絡中。（3）身份認證：發(fā)送信息過程中添加數(shù)字簽名的方式，通過軟件實現(xiàn)，通常是在網(wǎng)絡層、傳輸層或者應用層。（4）認證完整度：在發(fā)送到接收端時增添例如驗證碼形式的驗證信息，通過數(shù)據(jù)完整度認證后才予以接受。（5）序列代碼：為了防范數(shù)據(jù)有可能被隱藏在網(wǎng)絡中的黑客截取，所以需要給每一條發(fā)送的信息都賦予某種加密形式的序列號。（6）數(shù)據(jù)加密：對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行加密。（7）時效性：估計對等設備的時鐘偏差，在信息傳輸之前，時鐘偏差估計好以后，給發(fā)送的信息添加時間戳，接收端考慮并添加時鐘偏差影響之后計算延時情況，如果超過時間差，則排除該數(shù)據(jù)信息。

3常用的傳輸技術

（1）OTN技術：能支持多種協(xié)議、信息自主化實現(xiàn)，該技術起源于分復式技術，接收端接收到的數(shù)據(jù)信息在途經(jīng)通道后產(chǎn)生信號，以這種形式標記來保障業(yè)務有序進行。（2）SDH+ATM技術：采用SDH技術傳輸是在面臨實戰(zhàn)業(yè)務需求時最為傳統(tǒng)的解決方案，能根據(jù)不同類型的業(yè)務來分配適合的通道，對軌道交通系統(tǒng)而言，內部的廣播、無線音頻、閉路電視、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)都具備超強的實時性，因此對數(shù)據(jù)的質量提出了很高的要求。傳統(tǒng)的SDH技術以點對點來傳輸，無法充分利用到網(wǎng)絡帶寬，為此增加ATM技術，能實現(xiàn)根據(jù)帶寬來靈活劃分業(yè)務需求。（3）多業(yè)務傳送平臺技術（MSTP）：以SDH平臺為基礎，使ATM、TDM、以太網(wǎng)等多種業(yè)務并入、處置、傳遞等功能實現(xiàn)，使用一致的多業(yè)務節(jié)點網(wǎng)關。優(yōu)點顯而易見，對數(shù)據(jù)兼容性更高，而且能實現(xiàn)多數(shù)據(jù)源接入，完成以太網(wǎng)的內部高效率交換，能夠與SDH技術手段共同工作。（4）彈性分組環(huán)優(yōu)化協(xié)議技術（RPR技術）：該技術可對數(shù)據(jù)包優(yōu)化處置，針對用戶帶寬的各種需求后靈活調整，以太網(wǎng)幀的格式存在的用戶數(shù)據(jù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應用，去掉所有的累贅運行條件，從而提升工作效率，提高運行質量，監(jiān)控圖像清晰，同步率較高，能夠滿足用戶的需求。以上海城市軌道交通為例，目前上海地鐵2號線使用的是OTN技術，上海地鐵1、4、9號線使用的傳輸技術為MSTP技術，上海地鐵3、5號線使用到SDH+ATM技術。上述所介紹的傳輸技術從實際應用來看，都基本能符合軌道交通業(yè)務通信安全傳輸?shù)囊螅歉鶕?jù)實戰(zhàn)提出的更高要求來看，以承載能力方面進行比較，非實時性業(yè)務傳輸中，OTN可直接接入各類通信協(xié)議的接口中，無需再依托其他設備，所以OTN技術更為適用。以帶寬使用情況來看，OTN技術不僅開銷最少而且使用率也最高。總而言之，軌道交通通信系統(tǒng)傳輸技術還是選用OTN技術最為匹配。

4數(shù)據(jù)加密

無線網(wǎng)絡安全已經(jīng)是軌道交通備受關注的問題，目前常用的加密形式主要有：（1）WEP：兩臺設備無線傳輸加密的形式稱為有線等效保密協(xié)議，主要用來預防非認證用戶入侵和竊聽工作無線網(wǎng)絡。主要原理是通過對無線電波里的數(shù)據(jù)加密來提升安全性能。該項技術源于RC4的RSA加密技術，可滿足高層次網(wǎng)絡安全實際業(yè)務需求。（2）TKIP：是源于IEEE802.11i規(guī)范里負責無線安全的加密協(xié)議。等于是在WEP外圍再增加一層保護殼，在利用WEP算法優(yōu)勢的同時，消除WEP缺點。（3）AES：密碼學中的相較高級的加密標準，用于替代DES加密標準，以對稱分組體系，密鑰的長度有128、192、256位三種，每組長度可至128位，是可實現(xiàn)各種軟件和硬件的算法。上述所提到的加密形式進行比較，在WEP技術應用中，其密鑰還是具有一定的預測規(guī)則邏輯，對于黑客來說入侵難度很低，非常容易破解。TKIP基于RC4加密，可以完全解決WEP目前的劣勢，可變化每個數(shù)據(jù)包的密鑰，通過多種形式混合一起生成，包括TKIP中成對瞬時密鑰、MAC地址、數(shù)據(jù)包里的序列號，靈活操控使無線發(fā)射站和接入端的驗證要求減少到最低的程度，但是仍具備很安全的密碼強度，不易破解。AES密鑰按照效率高，設計邏輯簡易，所需內存空間少，能并行支持處置抵御所有已知攻擊等優(yōu)點，是一種動態(tài)密鑰管理機制，定期更新，采用大量矩陣運算的特點，改進了傳統(tǒng)的基于查表運算提高加解密速度的方法，提升AES算法加解密效率，節(jié)約存儲開銷并使空間優(yōu)化、速度提高。TKIP雖然是針對WEP進行了改進，但是不如AES更具有安全性，而且使用TKIP路由器的吞吐量又相較下降到3-5成，極大的影響路由器的使用性能，AES是相較于TKIP更高級的加密方式，所以軌道交通更適合使用AES，因為在像軌道交通這樣的移動業(yè)務環(huán)境中的無線傳輸信息非常容易受到攻擊，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包很有可能出現(xiàn)丟失和出錯的情況。采用該對稱加密技術，為無線網(wǎng)絡帶來更強大的安全防護。

5結束語

面對復雜的網(wǎng)絡安全威脅，地方軌道交通僅僅依靠自己的力量遠遠不夠，因此要借助政府和企業(yè)的通力合作，密切配合，通過建立健全靈活、反應靈敏的信息共享與聯(lián)動應急處理機制，通過打造多聯(lián)動防御體系進一步提升城市軌道交通數(shù)據(jù)傳輸安全風險把控能力和安全事件處置水平。

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作者:高盛 單位:公安部第三研究所