周勝利，陳斌，吳禮發(fā)

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大數(shù)據(jù)環(huán)境下電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)安全保護(hù)方案

周勝利1,2，陳斌3，吳禮發(fā)1

(1.中國人民解放軍理工大學(xué)，江蘇南京210095；2.浙江警察學(xué)院，浙江杭州310053； 3.華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310014)

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用普及，電信運(yùn)營商用戶數(shù)據(jù)向海量化和多樣化方向發(fā)展，面臨著安全管理、黑客攻擊、風(fēng)險(xiǎn)評估等方面的風(fēng)險(xiǎn)。做好數(shù)據(jù)安全工作對保護(hù)電信運(yùn)營商用戶隱私、提升企業(yè)競爭力尤為重要。從數(shù)據(jù)采集傳輸安全保密、數(shù)據(jù)分級、數(shù)據(jù)脫敏、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)發(fā)布安全防護(hù)等方面，提出了行之有效的電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)安全保護(hù)實(shí)施方案，以保障平臺數(shù)據(jù)的保密性、完整性、可用性、可控性，并且可在中國電信數(shù)據(jù)安全保護(hù)工程中實(shí)施。

電信運(yùn)營商；數(shù)據(jù)安全；隱私保護(hù)；數(shù)據(jù)加密

1 引言

隨著信息化的飛速發(fā)展，社交網(wǎng)絡(luò)的興起及云存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，全球數(shù)據(jù)飛速增長。為應(yīng)對海量多樣化數(shù)據(jù)對信息的有效存儲(chǔ)、快速讀取、檢索提出的挑戰(zhàn)，大數(shù)據(jù)技術(shù)成為電信運(yùn)營商關(guān)注的熱點(diǎn)。新技術(shù)往往帶來新的安全挑戰(zhàn)，電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)由于集中化等特點(diǎn)，面臨著新的安全風(fēng)險(xiǎn)。如何在大數(shù)據(jù)環(huán)境下確保電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)共享的安全性，如何為用戶提供更為精細(xì)的數(shù)據(jù)共享安全控制策略等問題值得深入研究。

根據(jù)電信運(yùn)營商大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用實(shí)際情況，從數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)安全分級、數(shù)據(jù)脫敏、數(shù)據(jù)加密、安全基線配置、數(shù)據(jù)發(fā)布安全保護(hù)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)安全保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)方案，對電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)安全隱私保護(hù)具有非常重要的借鑒意義。

2 研究現(xiàn)狀

在電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)安全保護(hù)方面，現(xiàn)有的研究主要集中在基于密碼學(xué)的數(shù)據(jù)安全保護(hù)研究方面，理論性強(qiáng)，缺乏整體實(shí)施架構(gòu)及安全閉環(huán)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]從應(yīng)用的角度介紹了中國聯(lián)通的大數(shù)據(jù)平臺以及大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)[2]介紹了一個(gè)基于Hadoop MapReduce、公鑰加密和SSL（secure sockets layer，安全套接層）協(xié)議的安全模型，缺乏模型效率可行性論證。參考文獻(xiàn)[3]對數(shù)據(jù)生命周期的傳輸階段的云計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)問題提出了一些解決方案。參考文獻(xiàn)[4]結(jié)合公鑰的同態(tài)認(rèn)證和云審計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算隱私保護(hù)。參考文獻(xiàn)[5]提出了一種混合云存儲(chǔ)架構(gòu)，以保證混合云中的數(shù)據(jù)安全。參考文獻(xiàn)[6]提出了一種基于素?cái)?shù)的動(dòng)態(tài)密碼的安全驗(yàn)證方案（DPBSV），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享安全。

3 電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)安全保護(hù)的必要性

3.1 面臨黑客攻擊的安全挑戰(zhàn)

電信運(yùn)營商存儲(chǔ)著海量的用戶數(shù)據(jù)，在用戶數(shù)據(jù)的使用和共享過程中容易成為黑客攻擊的目標(biāo)。用戶數(shù)據(jù)中包含著大量的個(gè)人隱私，提高了其潛在的價(jià)值，而數(shù)據(jù)的大量匯集使得一次成功的黑客攻擊可以獲得更多數(shù)據(jù)。并且因?yàn)殡娦胚\(yùn)營商數(shù)據(jù)具有低密度特性，很難分析出潛在風(fēng)險(xiǎn)，持續(xù)攻擊很可能隱藏在海量數(shù)據(jù)中，從而進(jìn)一步加大了用戶信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)和安全分析的難度，導(dǎo)致安全監(jiān)測偏離應(yīng)有方向，事故處理難度大大提升。

3.2 面臨管理的挑戰(zhàn)

電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)安全保護(hù)面臨的管理方面的挑戰(zhàn)如下。

?? 數(shù)據(jù)保護(hù)管理主體多，缺乏管理體系。我國沒有獨(dú)立的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)關(guān)，數(shù)據(jù)保護(hù)管理職責(zé)散落在工業(yè)和信息化部、商務(wù)部、公安部以及各個(gè)行業(yè)主管部門，數(shù)據(jù)保護(hù)行政管理體系尚未建立。

?? 行業(yè)自律組織較為欠缺。我國目前尚無受到行業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可的針對數(shù)據(jù)保護(hù)的行業(yè)自律組織或第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)。

?? 數(shù)據(jù)生態(tài)環(huán)境中各個(gè)角色的權(quán)利、義務(wù)尚未明確，數(shù)據(jù)開放和共享過程中的產(chǎn)權(quán)保護(hù)、權(quán)限管理和隱私保護(hù)等問題需要解決。

?? 尚未建立可管理、維護(hù)、可信、易于互操作的數(shù)據(jù)資源集。

3.3 缺乏安全標(biāo)準(zhǔn)與有效安全評估手段

我國數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)起步較晚，目前逐步受到重視，已有專門針對數(shù)據(jù)保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，首個(gè)關(guān)于個(gè)人信息保護(hù)的國家標(biāo)準(zhǔn)《信息安全技術(shù)公共及商用服務(wù)信息系統(tǒng)個(gè)人信息保護(hù)指南》也已于2013年2月1日起實(shí)施。2014年發(fā)布電信和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)用戶信息保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，如《電信和互聯(lián)網(wǎng)用戶個(gè)人電子信息保護(hù)通用技術(shù)要求和管理要求》《電信和互聯(lián)網(wǎng)用戶個(gè)人電子信息保護(hù)檢測要求》。

我國至今尚未建立針對數(shù)據(jù)安全的安全評估體系，針對數(shù)據(jù)安全及用戶信息保護(hù)的安全評估尚為空白。一般由政府委托檢測機(jī)構(gòu)對安全事故單位開展檢測，未形成常態(tài)化的數(shù)據(jù)安全評估體系。針對各個(gè)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)及新興技術(shù)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)安全要求，分散在各個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，數(shù)據(jù)安全評估開展落地困難?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)安全評估僅針對某個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)開展，尚未形成完整的數(shù)據(jù)安全評估通用體系。

4 電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)安全實(shí)施方案

數(shù)據(jù)的生命周期[7]一般可以分為生成、變換、傳輸、存儲(chǔ)、使用、歸檔、銷毀7個(gè)階段。根據(jù)數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)及應(yīng)用需求，如圖1所示，結(jié)合上述階段進(jìn)行合并與精簡，可以得出數(shù)據(jù)應(yīng)用過程應(yīng)劃分為采集、存儲(chǔ)、挖掘與應(yīng)用、發(fā)布4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

?? 數(shù)據(jù)采集階段：確保數(shù)據(jù)安全傳輸并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分級管理。

?? 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段：對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊保護(hù)與脫敏處理，并對數(shù)據(jù)使用人員進(jìn)行細(xì)粒度的授權(quán)管理與訪問控制。

?? 數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用階段：對數(shù)據(jù)的使用行為進(jìn)行審計(jì)與溯源。

?? 數(shù)據(jù)發(fā)布階段：對發(fā)放數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行安全審計(jì)。

4.1 數(shù)據(jù)采集傳輸安全

數(shù)據(jù)傳輸加密可以選擇在鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等層面實(shí)現(xiàn)，采用網(wǎng)絡(luò)傳輸加密技術(shù)保證網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息的機(jī)密性、完整性、可用性[8]。一般來說，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩笥腥缦聨c(diǎn)。

?? 機(jī)密性：只有預(yù)期的目的段才能獲得數(shù)據(jù)。

?? 完整性：數(shù)據(jù)在傳輸過程中未受到未經(jīng)授權(quán)的篡改，即接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)完全相同。

?? 真實(shí)性：數(shù)據(jù)來源真實(shí)可靠。

?? 防止重放攻擊：每個(gè)數(shù)據(jù)分組必須是單一的，保證攻擊者捕捉的數(shù)據(jù)分組不能重發(fā)或者重用。

要達(dá)到上述安全要求，一般采用的技術(shù)手段如下。

?? 目的端認(rèn)證源端的身份，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

?? 數(shù)據(jù)加密以滿足數(shù)據(jù)機(jī)密性要求。

?? 密文數(shù)據(jù)后附加MAC（消息認(rèn)證碼），以達(dá)到數(shù)據(jù)完整性保護(hù)的目的。

?? 數(shù)據(jù)分組中加入時(shí)間戳或不可重復(fù)的標(biāo)識來保證數(shù)據(jù)抵抗重放攻擊的能力。

VPN（虛擬專用網(wǎng)）技術(shù)將隧道技術(shù)、協(xié)議封裝技術(shù)、密碼技術(shù)和配置管理技術(shù)結(jié)合在一起，采用安全通道技術(shù)在源端和目的端建立安全的數(shù)據(jù)通道，通過將待傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)進(jìn)行加密和協(xié)議封裝處理后再嵌套裝入另一種協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文中，像普通數(shù)據(jù)報(bào)文一樣在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸[9]。只有源端和目的端的用戶對通道中的嵌套信息能夠進(jìn)行解釋和處理。因此，采用VPN技術(shù)可以通過在數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)以及管理節(jié)點(diǎn)之間布設(shè)VPN的方式，滿足安全傳輸?shù)囊蟆?/p>

目前較成熟的VPN實(shí)用技術(shù)均有相應(yīng)的協(xié)議規(guī)范和配置管理方法。這些常用配置方法和協(xié)議主要包括路由過濾技術(shù)、通用路由封裝（generic routing encapsulation，GRE）協(xié)議、第二層轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（level 2 forwarding protocol，L2F）、IP安全（IP security，IPSec）協(xié)議、SSL協(xié)議等，如圖2所示。其中，SSL VPN憑借其簡單、靈活、安全的特點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展，尤其在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的遠(yuǎn)程接入訪問應(yīng)用方面，SSL VPN具有明顯的優(yōu)勢。

4.2 數(shù)據(jù)安全分級

為加強(qiáng)用戶個(gè)人信息安全保護(hù)的精細(xì)化管理，按各類用戶信息的敏感程度，可將用戶信息分為3個(gè)級別，從低到高分別為一級、二級、三級。一級用戶信息主要包含用戶的消費(fèi)信息與業(yè)務(wù)、合作信息；二級用戶信息主要包含用戶的身份信息，如用戶姓名、證件號碼、地址信息、銀行賬號信息等；三級用戶信息主要包含用戶通信信息，如用戶通信詳單、定位（位置）信息、用戶身份鑒權(quán)信息等。

因此，需要發(fā)現(xiàn)定位和分類企業(yè)數(shù)據(jù)庫中的敏感信息（哪些是敏感信息），敏感數(shù)據(jù)應(yīng)該分類并加密存儲(chǔ)，同時(shí)需要跟蹤哪些用戶下載了敏感數(shù)據(jù)，控制敏感數(shù)據(jù)下載的生命周期，二級、三級用戶信息必須做脫敏處理。對敏感數(shù)據(jù)保護(hù)，可對數(shù)據(jù)記錄分配數(shù)據(jù)標(biāo)簽，可對應(yīng)用用戶分配用戶標(biāo)簽，使用內(nèi)置的算法實(shí)現(xiàn)對表的透明訪問。敏感數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)與分類如圖3所示。

4.3 數(shù)據(jù)脫敏

在開發(fā)測試、統(tǒng)計(jì)分析、生產(chǎn)環(huán)境等過程中，需要對于用戶敏感信息要采用模糊化方法進(jìn)行處理，避免批量信息泄露。

數(shù)據(jù)脫敏處理指對某些敏感數(shù)據(jù)通過脫敏規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的變形、加密或屏蔽，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)[10]。

數(shù)據(jù)脫敏的關(guān)鍵步驟具體如下。

?? 確定需求：根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際需求，確定數(shù)據(jù)脫敏的方法以及數(shù)據(jù)的管理策略等。

?? 確定脫敏對象：確定哪些是需要脫敏的敏感數(shù)據(jù)以及來源。可以通過工具自動(dòng)探查敏感數(shù)據(jù)，也可以人工判斷。

?? 配置脫敏規(guī)則：根據(jù)不同的數(shù)據(jù)情況，采用合適的脫敏算法進(jìn)行配置。

?? 測試脫敏規(guī)則：通過測試，檢驗(yàn)規(guī)則的適用度、可靠性、業(yè)務(wù)適應(yīng)性以及效率等。如果有新的需求點(diǎn)出現(xiàn)，可以進(jìn)行迭代開發(fā)，不斷完善。

數(shù)據(jù)脫敏的方法主要有：數(shù)據(jù)替換（截?cái)?、加密、隱藏或使之無效）；隨機(jī)化（以隨機(jī)數(shù)據(jù)代替真值）；偏移（通過隨機(jī)移位改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)）；字符子鏈屏蔽（為特定數(shù)據(jù)創(chuàng)建定制屏蔽）；限制返回行數(shù)（僅提供可用回應(yīng)的小部分子集）[11]。

敏感信息脫敏邏輯部署方案如圖4所示。

4.4 數(shù)據(jù)加密

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，可以根據(jù)數(shù)據(jù)敏感特性，對數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性的加密。敏感數(shù)據(jù)加密，阻止攻擊者從數(shù)據(jù)傳輸過程中獲取非授權(quán)的敏感信息。數(shù)據(jù)加密可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)（文檔、報(bào)表、資料等不參與計(jì)算的數(shù)據(jù)）加密和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（需要檢索或參與計(jì)算的數(shù)據(jù)）加密。靜態(tài)數(shù)據(jù)加密可選擇文件或數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密[12]。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)加密主要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)紿adoop系統(tǒng)過程中要進(jìn)行保護(hù)，SASL（simple authentication and security layer，擴(kuò)充C/S模式驗(yàn)證能力的機(jī)制）認(rèn)證框架用于加密流動(dòng)中的數(shù)據(jù)。

每個(gè)安全級別定義唯一加密密鑰，存儲(chǔ)在有憑證的DateNode（數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)）中。只有授權(quán)響應(yīng)安全級別的用戶可以請求對應(yīng)的密鑰，敏感數(shù)據(jù)也基于安全級別選擇加密密鑰。當(dāng)用戶運(yùn)行MapReduce作業(yè)訪問分類的數(shù)據(jù)集時(shí)，要從有憑證的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)獲取對應(yīng)的密鑰發(fā)送給MapReduce作業(yè)。只有用戶通過對應(yīng)安全級別授權(quán)，才可以獲取到密鑰。在Hadoop中存儲(chǔ)和獲取數(shù)據(jù)以及在數(shù)據(jù)流動(dòng)過程中都要保證數(shù)據(jù)安全。

4.5 安全基線配置

安全基線是信息系統(tǒng)最小的安全保證，是系統(tǒng)滿足最基本的安全要求，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整個(gè)生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)中對網(wǎng)上的設(shè)備以及系統(tǒng)安全配置進(jìn)行定期檢查，而所遵守的最低安全標(biāo)準(zhǔn)[13]。

安全基線配置包括以下4個(gè)方面：操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用中間件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備[14]。評估大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)漏洞和配置缺陷，執(zhí)行安全加固；保護(hù)核心數(shù)據(jù)安全，建議使用風(fēng)險(xiǎn)評估工具，定期對大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)組件安全配置進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)檢查，以便發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)組件中的安全隱患，及時(shí)進(jìn)行人工加固；在應(yīng)用系統(tǒng)上線前，要對應(yīng)用進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評估測試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)存在的安全隱患。

對Hadoop生態(tài)系統(tǒng)組件進(jìn)行安全配置，所有在Hadoop生態(tài)系統(tǒng)中運(yùn)行的服務(wù)都要向KDC（密鑰分配中心）進(jìn)行認(rèn)證，確保沒有惡意進(jìn)程創(chuàng)建惡意活動(dòng)。

服務(wù)進(jìn)程需要由Kerberos（一種安全認(rèn)證的系統(tǒng)）確保完全安全，運(yùn)行服務(wù)的主機(jī)也要限制用戶的訪問。身份認(rèn)證至關(guān)重要，任何安全失效都會(huì)導(dǎo)致惡意用戶冒充任何其他合法用戶。

加強(qiáng)集群的防火墻策略確保沒有非授權(quán)訪問，需要為Hadoop配置安全的VLAN并限制所有流量[15]。防火墻策略確保沒有任何來自非法的訪問。所有的連接限制建議只能通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器發(fā)起。

4.6 數(shù)據(jù)發(fā)布安全保護(hù)

數(shù)據(jù)發(fā)布前必須進(jìn)行全面的安全審查[15]，確保輸出的數(shù)據(jù)符合“不泄密、無隱私、不超限、合規(guī)約”等要求。在數(shù)據(jù)發(fā)布后，一旦出現(xiàn)機(jī)密外泄、隱私泄露等數(shù)據(jù)安全問題，必須要有必要的數(shù)據(jù)溯源機(jī)制，確保能夠迅速定位到出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)、出現(xiàn)問題的實(shí)體，以便對出現(xiàn)泄露的環(huán)節(jié)進(jìn)行封堵，追查責(zé)任者，杜絕類似問題發(fā)生。數(shù)據(jù)發(fā)布安全架構(gòu)如圖5所示。

5 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算時(shí)代，電信運(yùn)營商逐步把數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)搬到云上，面臨著新的數(shù)據(jù)安全挑戰(zhàn)。在中國電信云安全實(shí)際業(yè)務(wù)需求的指引下，根據(jù)電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)敏感程度，將數(shù)據(jù)分為3個(gè)級別，并且從數(shù)據(jù)采集傳輸安全保護(hù)、數(shù)據(jù)脫敏加密、安全基線配置、數(shù)據(jù)發(fā)布階段安全保護(hù)等方面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)保護(hù)方案，對電信運(yùn)營商大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)安全保護(hù)機(jī)制的新建和完善、安全管理架構(gòu)的設(shè)置、安全管理制度的制定、安全管理流程梳理等有一定的指導(dǎo)意義，并且將納入中國電信大數(shù)據(jù)資源池安全加固工程中實(shí)施。

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Data security protection schema of telecom operators under the environment of big data

ZHOU Shengli1,2, CHEN Bin3, WU Lifa1

1.The Chinese People’s Liberation Army (PLA) University of Science and Technology, Nanjing 210095, China 2.Zhejiang Police College, Hangzhou 310053, China 3.Huaxin Design Consulting Institute, Hangzhou 310014, China

With the popularity of big data and cloud computing technology, data of telecom operators collected is increasingly larger, and much more various. The data faces the risk of broken security management, hacker attacks, and imperfection of risk assessment, etc. The current situation of data security in the environment was analyzed, and a more complete data security implementation plan was put forward. From the two aspects of data security technology and management, several strategies were proposed, including security classification, privacy protection, data desensitization encryption and security protection. The proposed schema has been implemented in China Telecom data security protection project.

telecom operator, data security, privacy protection, data encryption

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017136

2016?03?22；

2017?05?10

周勝利（1982?），男，浙江警察學(xué)院工程師，中國人民解放軍理工大學(xué)博士生，主要研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)安全管理。

陳斌（1969?），男，華信設(shè)計(jì)咨詢研究院教授級高級工程師，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算、大數(shù)據(jù)安全。

吳禮發(fā)（1968?），男，博士，中國人民解放軍理工大學(xué)教授，主要研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)安全。