高速公路的智能交通系統網絡安全研究

肖 楓

（江蘇交通控股有限公司， 江蘇南京 210000）

0 引言

近年來， 由于互聯網的普及和信息技術的飛速發展，高速公路的智能交通系統逐漸成為網絡攻擊的重點目標。黑客利用網絡漏洞進行攻擊，竊取、篡改交通信息，嚴重威脅道路交通安全。 需要注意的是，網絡安全威脅倘若未能及時解決，那么就有很大的可能性引發連鎖反應，影響整個交通網絡的正常運行。 因此，加強高速公路的智能交通系統網絡安全不僅是保障道路交通安全、提升運輸效率的必要手段，更是維護國家安全和社會穩定的重要舉措。

1 智能交通系統的概念與特征

1.1 概念

智能交通系統（IntelligentTransportationSystem，ITS）是一個基于現代電子信息技術， 面向交通運輸的服務系統。整個系統的核心在于，將信息的收集、處理、發布、交換、分析、利用作為主線，進而為交通參與者提供多樣性的服務。智能交通系統通過集成先進的信息技術、通信技術、傳感器技術、自動化控制技術等，實現對交通信息的實時獲取、處理和應用，以提高交通運輸的安全性、效率和便捷性。

智能交通系統的網絡架構是實現各子系統之間協同工作的關鍵。 現階段，智能交通系統的網絡架構，主要包括邊緣計算架構和中心化計算架構。 一方面， 邊緣計算架構將數據處理和計算能力下沉到設備側，即：各類交通設施和車輛上，實現就近處理和實時響應。 對于高速公路而言，通過這樣的架構，不僅可以將數據傳輸的時延有效降低，而且處理效率會隨之提升， 進而滿足高速公路智能交通系統對實時性的要求。 同時，邊緣計算架構還能夠減輕中心服務器的負擔，降低網絡負載，提高系統的可擴展性和穩定性。 另外一方面，中心化計算架構則將所有或大部分數據處理和計算任務集中到中心服務器或數據中心進行。 結合高速公路實際運行需求來講，在這種架構的幫助下，能夠實現對海量數據的集中管理和分析， 提供更強大的數據處理能力， 不僅可以滿足智能交通系統對數據挖掘和決策支持的需求， 而且該架構有利于實現全局優化和協同工作，系統的安全性與運行效率將會得到保障。

在實際應用中， 邊緣計算架構和中心化計算架構并不是互斥的，而是可以相互補充、協同工作。以“高速公路的智能交通系統”為例，該系統需要處理大量的實時數據，包括車輛流量、速度、行駛軌跡等，并快速作出相應的控制決策。在高速公路沿線部署傳感器和攝像頭等設備，實時采集車輛數據和交通信號狀態等信息，并借助通信網絡傳輸至中心服務器或邊緣計算節點。在邊緣計算節點上，對實時采集的數據進行初步處理和分析， 包括數據清洗、篩選、降噪等操作，作用是減輕中心服務器的負擔，并降低網絡傳輸的壓力。 中心服務器負責全局的決策和控制，所以，需要接收來自邊緣計算節點處理后的數據， 進行進一步的分析和處理，包括交通流量預測、信號配時優化等，再由中心服務器根據計算結果，向邊緣計算節點發送控制指令，調整交通信號的配時方案。 當邊緣計算節點接收到中心服務器的控制指令后，執行相應的操作，常見的是調整信號燈的時長、向車輛發送誘導信息等。 同時，邊緣計算節點將執行結果反饋給中心服務器，以便進行后續的優化和控制[1]。

1.2 特征

第一，信息化。智能交通系統通過廣泛的信息收集手段以及設備，包括大數據、云計算等技術手段，以及傳感器、攝像頭等設備，收集道路狀況、車輛狀態、交通流量等信息，并通過數據處理和分析，提供實時、準確的交通信息服務。第二，自動化。在自動化技術的支持下，實現車輛的輔助駕駛，以及交通信號的自動控制等功能，一定程度上可以減輕駕駛員的負擔， 從而提高道路使用效率和安全性。 第三，個性化。 系統能夠根據用戶的需求和行為習慣，提供個性化的出行服務，包括導航、路線推薦、泊車輔助等，進而滿足不同用戶的出行需求。第四，協同化。在系統的支持下，車與車、車與路、車與人能夠實現協同交互，進而對交通流量進行優化調節， 能夠讓整個交通系統的安全性以及運行效率得到提升。 最后，節能環保。 通過系統對交通運行與管理進行優化， 交通擁堵能夠得到明顯減少，也就意味著可以降低能源消耗和尾氣排放，達到節能環保的目標，進而促進交通的可持續發展[2]。

2 高速公路智能交通系統網絡安全威脅

2.1 網絡攻擊

由于高速公路智能交通系統需要與外部網絡進行數據交互，因此，就可能會遭受來自外部的網絡攻擊。

（1）拒絕服務攻擊（DoS）。 從實際情況來看，DoS 攻擊可能導致交通信號燈控制系統、實時路況信息發布系統、緊急事故響應系統等服務中斷。 隨著服務的中斷，那么就會出現交通擁堵等現象，意味著事故發生的風險會大大增加，而使用者的行程安排和行車安全必定受到影響。 如果服務中斷的時間過長，那么公眾對智能交通系統的信任度會逐步下降，進而影響系統的整體效益和可持續發展。

（2）病毒攻擊。 在病毒攻擊之下，交通監控攝像頭、傳感器、控制中心計算機等關鍵設施就會出現失效的情況，此時， 交通數據的收集和處理也會受到影響。 隨著病毒的傳播，交通信號控制系統的正常運作會受到影響，進而造成不合理的交通流量分配，增加交通擁堵和事故風險。需要注意的是， 嚴重的病毒攻擊， 甚至會破壞系統的備份和恢復機制，使得在遭受攻擊后系統難以迅速恢復正常運作。

（3）木馬攻擊。該攻擊能夠幫助攻擊者獲取智能交通系統的控制權，從而操縱交通信號燈、監控攝像頭等設施，直接威脅道路使用者的安全。同時，也會竊取系統中的敏感數據，包括交通管理策略、車輛行駛記錄等，用于非法目的或對系統進行更深入的滲透。 現階段，木馬攻擊日益多元化，有時候還會用于發起其他類型的攻擊，例如，釣魚攻擊、數據加密（勒索軟件）等，進一步損害系統的安全性和可靠性。

2.2 數據安全

高速公路智能交通系統涉及大量的交通數據， 包括車輛位置、速度、流量等敏感信息。 如果沒有采取足夠的安全措施，這些信息可能被非法獲取或篡改，導致交通安全事故或系統失靈。 首先，隱私泄露。 高速公路智能交通系統通常會收集包括司機行為、行程路線、車輛標識等個人數據。 若這些數據被未授權訪問， 個人的隱私將被泄露，可能對個人生活產生嚴重影響。其次，數據篡改。系統依賴準確的數據進行決策支持，包括車輛識別、路況分析等。若數據被篡改，可能會導致系統做出錯誤的判斷和指令，對交通安全構成威脅。第三，法律和合規風險，我國對個人數據有嚴格的法律保護，如《中華人民共和國網絡安全法》等。 若數據安全措施不到位，可能導致違反相關法律法規，從而面臨法律訴訟和合規風險。 最后，數據安全事件可能導致直接的經濟損失，包括系統修復成本、信譽損失導致的客戶流失等。同時，若有證據表明數據泄露是由于系統管理不善造成的， 可能還需要承擔相應的法律責任，進一步加重經濟損失[3]。

2.3 安全漏洞

從系統實踐來看，其中的設備、軟件和網絡協議等均存在安全漏洞，進而引發一系列風險。

（1）設備硬件與軟件漏洞。一方面，系統中涉及傳感器、監控攝像頭、 信號燈等硬件設備可能存在設計缺陷或制造缺陷， 而一些黑客等不法分子則可能會利用缺陷進行物理攻擊或電磁干擾。 另外一方面，系統運行的操作系統、應用程序和服務器軟件可能存在漏洞， 常見的有緩沖區溢出、SQL 注入、跨站腳本（XSS）等，也有可能被利用而實施攻擊。

（2）網絡協議漏洞與配置錯誤。通信協議存在的安全漏洞，主要體現在傳輸控制協議（TCP）或互聯網協議（IP）的漏洞， 這是導致服務中斷或者數據泄露的主要原因之一。 系統設備和軟件的配置存在不當，比如，默認密碼未更改、不必要的端口開放等，一旦被惡意利用，便會實施未經授權的訪問。

（3）弱密碼管理與未更新的軟件。系統賬戶使用弱密碼或密碼管理不嚴格，那么就會造成一系列風險，導致賬戶被破解，甚至可能會讓整個系統面臨風險。如果系統軟件未及時更新，導致已知的安全漏洞未被修復，那么系統被破壞攻擊的概率會增大。

（4）缺乏入侵檢測防御系統與人為錯誤。如果系統中缺少入侵檢測和防御系統， 黑客可能在不被察覺的情況下對系統進行攻擊。 操作人員的人為錯誤也可能導致安全漏洞，如不當操作、未遵循安全規程等。

3 高速公路的智能交通系統網絡安全應對策略

3.1 基于網絡攻擊的應對策略

（1）拒絕服務攻擊（DoS）的應對。實時監控網絡流量，一旦檢測到異常流量模式，立即啟動防御措施。配置防火墻規則以過濾非法或可疑的流量， 并使用IDS 來識別和響應潛在的DoS 攻擊。通過負載均衡器分散流量，防止單一節點過載?？紤]到服務攻擊帶來的影響，建議制定詳細的應急響應計劃，以便在攻擊發生時迅速采取行動。

（2）病毒攻擊的應對。在所有系統中安裝并及時更新最新的防病毒軟件。一方面，需要定期更新操作系統和應用程序，修補安全漏洞。 另外一方面，必須定期備份重要數據，以便在病毒攻擊后能夠迅速恢復。

（3）木馬攻擊的應對。首先，加大訪問控制力度，主要是嚴格控制對外部設備的接入，比如，USB 存儲設備的使用。其次，提升安全審計成效，結合實際情況與需求，實施安全審計策略，主要是監控系統中的異常行為。 最后，針對端點加大保護力度， 具體是安裝端點檢測和響應 （EDR）解決方案，及時發現和響應木馬活動[4]。

3.2 基于數據安全的應對策略

首先，對于隱私泄露，可以采用加密技術、訪問控制、匿名化處理。對敏感數據進行加密存儲和傳輸，確保只有經過授權的人員可以解密和訪問。 嚴格限制對數據的訪問權限，確保只有授權人員可以查看或使用相關數據。對于非必要的情況，對個人信息進行匿名化處理，避免直接暴露個人隱私。從實際情況來看，高速公路智能交通系統涉及多種用戶角色，包括管理員、駕駛員、乘客等，需要對不同角色的用戶進行身份認證和訪問控制，所以，必須建立完善的身份認證和訪問控制機制，從而避免用戶冒充、權限濫用等安全風險。 其次，為了防止數據篡改，可以采用數字簽名等技術確保數據在傳輸和存儲過程中不被篡改。對數據的修改進行跟蹤和審計，確保任何篡改行為都能被及時發現。還應該定期或實時進行數據校驗，確保數據的真實性和準確性。 第三，為了規避法律和合規風險，建議對員工進行法律和合規培訓， 確保他們了解并遵循相關法律法規。 同時，制定詳細的數據使用和保護政策，明確規定數據的收集、存儲、使用和銷毀等環節。 還可以定期邀請第三方機構進行審計， 確保系統和數據的使用完全符合法律法規。 最后，考慮購買數據安全保險，以應對可能的數據泄露或篡改導致的經濟損失。同時，制定詳細的數據安全危機應對計劃， 明確在數據安全事件發生時的應對措施，以最大程度地減少經濟損失。

3.3 基于安全漏洞的應對策略

首先，定期對硬件設備進行安全審計，確保沒有設計或制造上的缺陷。需要注意的是，在軟件開發過程中應采用安全編碼標準，并進行代碼審查和滲透測試。 然后，部署安全補丁管理流程，確保軟件及時更新和修補。 其次，使用安全的網絡協議，并對協議進行適當配置，以防止常見的攻擊，比如DDoS（分布式拒絕服務）攻擊。 為了限制攻擊者的橫向移動，還可以實施網絡隔離和分段。 同時，需要定期審計網絡配置，關閉不必要的端口和服務。 第三，對于弱密碼管理，當然要實施強密碼策略，包括密碼復雜性、定期更換密碼和多因素認證。 考慮到未更新軟件的原因，需要采用正版軟件，建議直接建立自動化的工作流程，以確保軟件和系統補丁的及時更新。第四，全面部署入侵檢測和防御系統（IDS/IPS），以實時監控和分析網絡流量，及時發現異常行為。對操作人員進行安全意識培訓，減少人為錯誤的發生。 還需要制定和遵循嚴格的安全操作規程，確保所有操作都在安全的框架內進行[5]。

4 結束語

綜上所述， 高速公路的智能交通系統需要對網絡安全威脅引起高度重視，但是威脅并不是一成不變的，所以需要實施定期的安全評估和滲透測試， 以發現和修復潛在的安全威脅、風險、漏洞。在日常使用過程中，不僅要善于使用加密技術來保護數據在傳輸過程中的安全， 而且建立快速響應機制， 以便在安全事件發生時能夠迅速采取行動。 此外， 建議能夠與網絡安全社區等組織保持溝通，這樣能夠及時了解最新的安全威脅和防御技術，從而為系統安全提供保障。