高速公路的智能交通系统网络安全研究

肖 枫

（江苏交通控股有限公司， 江苏南京 210000）

0 引言

近年来， 由于互联网的普及和信息技术的飞速发展，高速公路的智能交通系统逐渐成为网络攻击的重点目标。黑客利用网络漏洞进行攻击，窃取、篡改交通信息，严重威胁道路交通安全。 需要注意的是，网络安全威胁倘若未能及时解决，那么就有很大的可能性引发连锁反应，影响整个交通网络的正常运行。 因此，加强高速公路的智能交通系统网络安全不仅是保障道路交通安全、提升运输效率的必要手段，更是维护国家安全和社会稳定的重要举措。

1 智能交通系统的概念与特征

1.1 概念

智能交通系统（IntelligentTransportationSystem，ITS）是一个基于现代电子信息技术， 面向交通运输的服务系统。整个系统的核心在于，将信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用作为主线，进而为交通参与者提供多样性的服务。智能交通系统通过集成先进的信息技术、通信技术、传感器技术、自动化控制技术等，实现对交通信息的实时获取、处理和应用，以提高交通运输的安全性、效率和便捷性。

智能交通系统的网络架构是实现各子系统之间协同工作的关键。 现阶段，智能交通系统的网络架构，主要包括边缘计算架构和中心化计算架构。 一方面， 边缘计算架构将数据处理和计算能力下沉到设备侧，即：各类交通设施和车辆上，实现就近处理和实时响应。 对于高速公路而言，通过这样的架构，不仅可以将数据传输的时延有效降低，而且处理效率会随之提升， 进而满足高速公路智能交通系统对实时性的要求。 同时，边缘计算架构还能够减轻中心服务器的负担，降低网络负载，提高系统的可扩展性和稳定性。 另外一方面，中心化计算架构则将所有或大部分数据处理和计算任务集中到中心服务器或数据中心进行。 结合高速公路实际运行需求来讲，在这种架构的帮助下，能够实现对海量数据的集中管理和分析， 提供更强大的数据处理能力， 不仅可以满足智能交通系统对数据挖掘和决策支持的需求， 而且该架构有利于实现全局优化和协同工作，系统的安全性与运行效率将会得到保障。

在实际应用中， 边缘计算架构和中心化计算架构并不是互斥的，而是可以相互补充、协同工作。以“高速公路的智能交通系统”为例，该系统需要处理大量的实时数据，包括车辆流量、速度、行驶轨迹等，并快速作出相应的控制决策。在高速公路沿线部署传感器和摄像头等设备，实时采集车辆数据和交通信号状态等信息，并借助通信网络传输至中心服务器或边缘计算节点。在边缘计算节点上，对实时采集的数据进行初步处理和分析， 包括数据清洗、筛选、降噪等操作，作用是减轻中心服务器的负担，并降低网络传输的压力。 中心服务器负责全局的决策和控制，所以，需要接收来自边缘计算节点处理后的数据， 进行进一步的分析和处理，包括交通流量预测、信号配时优化等，再由中心服务器根据计算结果，向边缘计算节点发送控制指令，调整交通信号的配时方案。 当边缘计算节点接收到中心服务器的控制指令后，执行相应的操作，常见的是调整信号灯的时长、向车辆发送诱导信息等。 同时，边缘计算节点将执行结果反馈给中心服务器，以便进行后续的优化和控制[1]。

1.2 特征

第一，信息化。智能交通系统通过广泛的信息收集手段以及设备，包括大数据、云计算等技术手段，以及传感器、摄像头等设备，收集道路状况、车辆状态、交通流量等信息，并通过数据处理和分析，提供实时、准确的交通信息服务。第二，自动化。在自动化技术的支持下，实现车辆的辅助驾驶，以及交通信号的自动控制等功能，一定程度上可以减轻驾驶员的负担， 从而提高道路使用效率和安全性。 第三，个性化。 系统能够根据用户的需求和行为习惯，提供个性化的出行服务，包括导航、路线推荐、泊车辅助等，进而满足不同用户的出行需求。第四，协同化。在系统的支持下，车与车、车与路、车与人能够实现协同交互，进而对交通流量进行优化调节， 能够让整个交通系统的安全性以及运行效率得到提升。 最后，节能环保。 通过系统对交通运行与管理进行优化， 交通拥堵能够得到明显减少，也就意味着可以降低能源消耗和尾气排放，达到节能环保的目标，进而促进交通的可持续发展[2]。

2 高速公路智能交通系统网络安全威胁

2.1 网络攻击

由于高速公路智能交通系统需要与外部网络进行数据交互，因此，就可能会遭受来自外部的网络攻击。

（1）拒绝服务攻击（DoS）。 从实际情况来看，DoS 攻击可能导致交通信号灯控制系统、实时路况信息发布系统、紧急事故响应系统等服务中断。 随着服务的中断，那么就会出现交通拥堵等现象，意味着事故发生的风险会大大增加，而使用者的行程安排和行车安全必定受到影响。 如果服务中断的时间过长，那么公众对智能交通系统的信任度会逐步下降，进而影响系统的整体效益和可持续发展。

（2）病毒攻击。 在病毒攻击之下，交通监控摄像头、传感器、控制中心计算机等关键设施就会出现失效的情况，此时， 交通数据的收集和处理也会受到影响。 随着病毒的传播，交通信号控制系统的正常运作会受到影响，进而造成不合理的交通流量分配，增加交通拥堵和事故风险。需要注意的是， 严重的病毒攻击， 甚至会破坏系统的备份和恢复机制，使得在遭受攻击后系统难以迅速恢复正常运作。

（3）木马攻击。该攻击能够帮助攻击者获取智能交通系统的控制权，从而操纵交通信号灯、监控摄像头等设施，直接威胁道路使用者的安全。同时，也会窃取系统中的敏感数据，包括交通管理策略、车辆行驶记录等，用于非法目的或对系统进行更深入的渗透。 现阶段，木马攻击日益多元化，有时候还会用于发起其他类型的攻击，例如，钓鱼攻击、数据加密（勒索软件）等，进一步损害系统的安全性和可靠性。

2.2 数据安全

高速公路智能交通系统涉及大量的交通数据， 包括车辆位置、速度、流量等敏感信息。 如果没有采取足够的安全措施，这些信息可能被非法获取或篡改，导致交通安全事故或系统失灵。 首先，隐私泄露。 高速公路智能交通系统通常会收集包括司机行为、行程路线、车辆标识等个人数据。 若这些数据被未授权访问， 个人的隐私将被泄露，可能对个人生活产生严重影响。其次，数据篡改。系统依赖准确的数据进行决策支持，包括车辆识别、路况分析等。若数据被篡改，可能会导致系统做出错误的判断和指令，对交通安全构成威胁。第三，法律和合规风险，我国对个人数据有严格的法律保护，如《中华人民共和国网络安全法》等。 若数据安全措施不到位，可能导致违反相关法律法规，从而面临法律诉讼和合规风险。 最后，数据安全事件可能导致直接的经济损失，包括系统修复成本、信誉损失导致的客户流失等。同时，若有证据表明数据泄露是由于系统管理不善造成的， 可能还需要承担相应的法律责任，进一步加重经济损失[3]。

2.3 安全漏洞

从系统实践来看，其中的设备、软件和网络协议等均存在安全漏洞，进而引发一系列风险。

（1）设备硬件与软件漏洞。一方面，系统中涉及传感器、监控摄像头、 信号灯等硬件设备可能存在设计缺陷或制造缺陷， 而一些黑客等不法分子则可能会利用缺陷进行物理攻击或电磁干扰。 另外一方面，系统运行的操作系统、应用程序和服务器软件可能存在漏洞， 常见的有缓冲区溢出、SQL 注入、跨站脚本（XSS）等，也有可能被利用而实施攻击。

（2）网络协议漏洞与配置错误。通信协议存在的安全漏洞，主要体现在传输控制协议（TCP）或互联网协议（IP）的漏洞， 这是导致服务中断或者数据泄露的主要原因之一。 系统设备和软件的配置存在不当，比如，默认密码未更改、不必要的端口开放等，一旦被恶意利用，便会实施未经授权的访问。

（3）弱密码管理与未更新的软件。系统账户使用弱密码或密码管理不严格，那么就会造成一系列风险，导致账户被破解，甚至可能会让整个系统面临风险。如果系统软件未及时更新，导致已知的安全漏洞未被修复，那么系统被破坏攻击的概率会增大。

（4）缺乏入侵检测防御系统与人为错误。如果系统中缺少入侵检测和防御系统， 黑客可能在不被察觉的情况下对系统进行攻击。 操作人员的人为错误也可能导致安全漏洞，如不当操作、未遵循安全规程等。

3 高速公路的智能交通系统网络安全应对策略

3.1 基于网络攻击的应对策略

（1）拒绝服务攻击（DoS）的应对。实时监控网络流量，一旦检测到异常流量模式，立即启动防御措施。配置防火墙规则以过滤非法或可疑的流量， 并使用IDS 来识别和响应潜在的DoS 攻击。通过负载均衡器分散流量，防止单一节点过载。考虑到服务攻击带来的影响，建议制定详细的应急响应计划，以便在攻击发生时迅速采取行动。

（2）病毒攻击的应对。在所有系统中安装并及时更新最新的防病毒软件。一方面，需要定期更新操作系统和应用程序，修补安全漏洞。 另外一方面，必须定期备份重要数据，以便在病毒攻击后能够迅速恢复。

（3）木马攻击的应对。首先，加大访问控制力度，主要是严格控制对外部设备的接入，比如，USB 存储设备的使用。其次，提升安全审计成效，结合实际情况与需求，实施安全审计策略，主要是监控系统中的异常行为。 最后，针对端点加大保护力度， 具体是安装端点检测和响应 （EDR）解决方案，及时发现和响应木马活动[4]。

3.2 基于数据安全的应对策略

首先，对于隐私泄露，可以采用加密技术、访问控制、匿名化处理。对敏感数据进行加密存储和传输，确保只有经过授权的人员可以解密和访问。 严格限制对数据的访问权限，确保只有授权人员可以查看或使用相关数据。对于非必要的情况，对个人信息进行匿名化处理，避免直接暴露个人隐私。从实际情况来看，高速公路智能交通系统涉及多种用户角色，包括管理员、驾驶员、乘客等，需要对不同角色的用户进行身份认证和访问控制，所以，必须建立完善的身份认证和访问控制机制，从而避免用户冒充、权限滥用等安全风险。 其次，为了防止数据篡改，可以采用数字签名等技术确保数据在传输和存储过程中不被篡改。对数据的修改进行跟踪和审计，确保任何篡改行为都能被及时发现。还应该定期或实时进行数据校验，确保数据的真实性和准确性。 第三，为了规避法律和合规风险，建议对员工进行法律和合规培训， 确保他们了解并遵循相关法律法规。 同时，制定详细的数据使用和保护政策，明确规定数据的收集、存储、使用和销毁等环节。 还可以定期邀请第三方机构进行审计， 确保系统和数据的使用完全符合法律法规。 最后，考虑购买数据安全保险，以应对可能的数据泄露或篡改导致的经济损失。同时，制定详细的数据安全危机应对计划， 明确在数据安全事件发生时的应对措施，以最大程度地减少经济损失。

3.3 基于安全漏洞的应对策略

首先，定期对硬件设备进行安全审计，确保没有设计或制造上的缺陷。需要注意的是，在软件开发过程中应采用安全编码标准，并进行代码审查和渗透测试。 然后，部署安全补丁管理流程，确保软件及时更新和修补。 其次，使用安全的网络协议，并对协议进行适当配置，以防止常见的攻击，比如DDoS（分布式拒绝服务）攻击。 为了限制攻击者的横向移动，还可以实施网络隔离和分段。 同时，需要定期审计网络配置，关闭不必要的端口和服务。 第三，对于弱密码管理，当然要实施强密码策略，包括密码复杂性、定期更换密码和多因素认证。 考虑到未更新软件的原因，需要采用正版软件，建议直接建立自动化的工作流程，以确保软件和系统补丁的及时更新。第四，全面部署入侵检测和防御系统（IDS/IPS），以实时监控和分析网络流量，及时发现异常行为。对操作人员进行安全意识培训，减少人为错误的发生。 还需要制定和遵循严格的安全操作规程，确保所有操作都在安全的框架内进行[5]。

4 结束语

综上所述， 高速公路的智能交通系统需要对网络安全威胁引起高度重视，但是威胁并不是一成不变的，所以需要实施定期的安全评估和渗透测试， 以发现和修复潜在的安全威胁、风险、漏洞。在日常使用过程中，不仅要善于使用加密技术来保护数据在传输过程中的安全， 而且建立快速响应机制， 以便在安全事件发生时能够迅速采取行动。 此外， 建议能够与网络安全社区等组织保持沟通，这样能够及时了解最新的安全威胁和防御技术，从而为系统安全提供保障。