智慧城市密码应用解决方案

摘 要

随着《中华人民共和国密码法》及《国家政务信息化项目建设管理办法》（国办发〔2019〕57号）的正式出台，《网络空间安全的重要性愈发凸显》，这在一定程度上推动了相关领域的快速发展。然而，在国内智慧城市大规模建设过程中，“重业务、轻安全”的现象普遍存在。作为智慧城市网络安全的基础与核心技术，《网络信息安全技术的发展现状与应用研究》从智慧城市密码的应用架构设计、核心技术和防护能力提升等多个方面进行了深入探讨，并提出了相应的解决方案。该研究不仅能够有效解决智慧城市建设中存在的安全性问题，并重点解决了数据全生命周期的安全保障、数据共享交换与开放机制以及异构身份识别等关键问题。

内容目录：

1 智慧城市密码应用现状与问题

1.1 智慧城市密码应用现状

1.2 智慧城市密码应用困难和问题

2 智慧城市密码应用架构

2.1 统：统基础，建设统一的智慧城市密码基础支撑平台

2.2 保：密码应用保障，为智慧城市密码应用提供安全技术保障

2.3 服：利用密码应用支撑平台，为智慧城市提供统一的密码服务

2.4 管：做好智慧城市的密码使用管理、监管和应用安全评估工作

3 智慧城市密码核心技术

3.1 云密码机虚拟化 + 集群技术

3.2 密钥安全隔离技术
3.3 多加密卡扩展技术

3.4 安全移动办公技术

3.5 面向切面加密的插件技术

4 智慧城市密码防护能力

4.1 统一密码服务能力

4.2 统一网络信任服务能力
4.3 统一数据安全共享交换服务能力

4.3 统一数据安全共享交换服务能力

4.4 安全区块链服务能力

4.5 城市级密码应用态势的可感、可视、可管、可控

4.6 数据安全治理能力

5 智慧城市密码技术的应用实践与优势

5.1 部分应用场景

5.1.1 云密码服务

5.1.2 城市数据安全共享交换

5.1.3 个人隐私保护

5.1.4 安全移动办公

5.2 主要优势

5.2.1 构建密码整体防护架构

5.2.2 形成高效密码运维监管体系
5.2.3 提升身份和数据保护水平

5.2.4 打造数据治理新模式

5.3 应用案例

6 结 语

智慧城市建设正在方兴未艾，在智慧城市建设中涉及的业务领域广泛分布在交通、社区、教育等多个方面，并延伸至医疗和政务领域。在这一背景下，在智慧城市中加强密码技术研发与创新，并将其有效应用于智慧城市建设中是当务之急。与此同时，在推进城市信息化的过程中必须高度重视数据安全问题，并采取一系列措施来保障数据安全。为了实现智慧城市的可持续发展，在构建完善的商用密码管理体系的同时还需要制定相应的规划以促进其在智慧城市中的应用。通过这样的方式不仅能够提升城市的安全防护能力还能为智慧城市的长远发展奠定坚实基础

１智慧城市密码应用现状与问题

1.1 智慧城市密码应用现状

智慧城市是一个庞大而错综复杂的系统,它涵盖了物联网感知、数据汇聚与共享等关键领域的功能模块,还包括政务协同运作、惠民服务提供以及城市公共设施管理等多个方面。就其整体安全防护需求而言,随着城市化进程加快,这一保障层面的要求也日益增强。当前,密码技术在智慧城市局部网络信息系统中承担了数据保护、实体认证以及签名验签等功能模块,并且国家已出台相关密码标准规范,但就整个智慧城市而言,现有的密码保障体系尚未形成完整的管理体系,其应用范围有待进一步拓展

1.2 智慧城市密码应用困难和问题

解析说明

（1）智慧城市密码应用和测评相关规范缺乏

国家发布了智慧城市建设的相关指导方针和信息安全通用标准，在基于云计算的大数据环境下进行物联网设备的安全防护以及城市公共设施中的安全与密码管理活动方面，并未制定统一的技术标准；同时，在智慧城市建设系统的安全性评估与测试方面也存在相关技术规范缺失。

（2） 智慧城市安全和密码应用顶层设计不足

在我国一线城市以及部分二线城市和省会城市都实施了智慧城市建设的顶层规划与方案设计，在这些领域中着重在物联网感知、城市公共设施智能化以及政务惠民应用等方面展开工作。然而，在密码应用领域缺乏针对其发展需求的系统化顶层设计来加以引导。

（3）智慧城市密码应用产业支撑能力不强

现有密码技术和产品不能完全支撑智慧城市的安全需求，在物智慧端的轻量级密码应用、城市公共基础设施的密码应用、城市高带宽融合通信网络的密码应用、跨领域数据安全汇聚和共享交换等方面的需求尤其突出。

（4） 智慧城市密码管理保障和推进措施不力

国内智慧城市建设尚未完全按照"四同步"原则建立完善的安全管理体系。其中,相关方普遍依照等级保护制度的基本要求及规范化流程开展安全管理与工程建设。尽管在安全管理方面已形成了一定的基础,但并未根据智慧城市的具体需求量身定制相应的保障方案,并有效推动多部门协作与多方主体互动。

（5） 智慧城市建设领域主动应用密码意识不够

城市建设项目方高度重视智慧城市业务的发展，在顶层设计到具体实施阶段均进行了较为充分的资源投入。然而，在安全管理方面存在明显不足之处。通常情况下会将网络安全等级保护制度视为确保系统安全性的重要保障措施，并特别强调在智慧城市建设中复杂网络环境下缺乏对体系化密码应用方案的有效利用意识。

2 智慧城市密码应用框架

智慧城市全面整合物联网、云计算与大数据等新兴技术的应用。对城市信息化资源进行全方位整合，在智慧城市建设中构建多层次的安全保障体系，并从"统一指挥""全面保障""便捷服务"以及"智能化管理"四个方面构建完整的安全保障机制。具体情形如图1所示。

图 1 智慧城市密码应用体系框架

2.1 统：统基础，建设统一的智慧城市密码基础支撑平台

通过搭建城市密码管理基础设施（包括物联网轻量级密钥管理系统）、城市电子认证基础设施（包含物联网标识系统）、城市网络信任服务设施以及城市联盟链等多维度体系架构，在为智慧城市构建安全可靠的密码保障体系方面发挥基础性作用。该体系主要涵盖密码基础支撑、统一的用户身份认证服务、多因素身份认证技术以及区块链应用支持等内容，旨在为智慧业务系统的安全运行提供全方位的技术保障。

2.2 保：密码应用保障，为智慧城市密码应用提供安全技术保障

通过公共钥匙实现数据完整周期的安全管理，在城市大脑云平台的大数据支撑下构建重要信息基础架构的安全体系；以多维网络为框架整合感知层、传输层、感知层以及应用层等多维度资源，在智慧业务应用和各类终端用户之间建立起统一化的安全防护体系。

以密码学为基础的多种核心技术手段相结合，在智慧城市的数据全生命周期中实现全方位的安全防护：通过身份认证机制的有效实施以及访问控制规则的确保执行，在保障系统运行的同时有效规避隐私泄露风险；同时结合密钥管理和密文处理技术，在确保数据完整性的同时实现精准的数据加密与解密操作；通过可信计算框架的构建以及密态计算算法的应用，在提升系统抗干扰能力的同时保证关键运算的安全可靠性；借助可搜索加密技术实现对敏感信息的高效检索功能；通过数据脱敏技术的应用，在降低存储成本的同时有效保护原始信息的核心特征；结合多级访问策略设计，在确保最小化信息泄露的前提下最大化权限分配效率；通过建立完善的数据脱敏机制，在防止逆向工程攻击的同时保障用户隐私权益；运用区块链技术和身份标签识别方法，在提升系统抗欺诈能力的同时实现用户行为轨迹的有效追踪；通过建立动态更新机制，在确保系统实时性的同时有效应对环境变化带来的威胁挑战。

2.3 服：利用密码应用支撑平台，为智慧城市提供统一的密码服务

面向智慧城市的云端、物端、移动端提供跨域身份信任相关服务、电子印章相关服务、电子证照相关服务、安全数据共享和交换功能、支持安全移动办公场景的数据处理能力、提供统一数据标签管理解决方案以及基于密码学的支持方案。

搭建统一的跨部门、跨行业密码服务基础支撑平台，并提供全方位的基础性、弹性化、高效性和大规模化的密码服务能力；构建基于商用密码平台化服务的智慧城市建设数据安全保障体系；制定数据分级分类保护与共享交换的标准体系，并强化对数据分类共享流转过程中的监管机制。

全共享互换机制；智慧城市建设中的移动式安全办公体系；为共享和开放的数据及标签信息进行统一签名，并采取分级保护措施以确保数据来源可追溯性；通过区块链技术实现数据共享责任划分的同时保障信息安全；在智慧城市中构建安全移动办公环境以实现通信通道加密处理以及人员身份验证与权限管理等多重安全保障；通过建立完整的多层次防护体系来确保资源访问隔离与动态交互的安全性。

2.4 管：做好智慧城市的密码使用管理、监管和应用安全评估工作

为城市态势提供了有力的安全保障措施，并实现了网络安全防护；同时强化智慧城市网络安全防护体系的建设，在加密技术与系统安全方面持续优化。

建立完善的安全管理体系以确保智慧城市的运行效率与安全性；优化 password 应用管理制度使其覆盖至智慧城市各关键环节；从制度层面构建完整的安全防护体系；开发统一的智慧城市 password 服务系统实现对各类 password 设备与资源的应用全面监管；开展定期的安全意识和 password 管理培训课程；通过科学评估与持续改进推动 citywide 的 password 管理水平提升。
制定分类化的 password 使用管理制度并建立相应的应急响应机制；在规划与实施阶段持续监测 password 的安全性并在关键节点进行评估反馈；通过标准化接口规范促进各系统间的信息共享与协同工作；将评估结果作为项目重要参考指标确保 citywide 密码管理工作的规范化推进。

３智慧城市密码核心技术

3.1 云密码机虚拟化 + 集群技术

虚拟化实现了对密码资源的分类与管理, 从而保证了其按需动态分配的能力：根据应用需求配置多样化的VSM参数设置, 一台云服务器上的多实例 VM 可同时运行各自定制化的配置；通过集群技术实现了对加密数据的小聚大, 进而确保了系统的高可用性、高性能以及弹性调度能力。

3.2 密钥安全隔离技术

云密码机内部在存储区域与加密卡之间设置了安全隔离带，在数据处理过程中可有效防止敏感信息泄露。同时具备检测与阻止未经授权访问密钥的能力，在发现异常行为时会立即采取措施：对该行为进行截断、关闭相关服务，并发出警报。

3.3 多加密卡扩展技术

云密码机内部具备对多张加密卡进行虚拟化的功能，并采用了动态进程池技术对其进行高效调度。该系统能够最大限度地发挥多张加密卡的性能潜力。

3.4 安全移动办公技术

该系统支持以下关键功能：为移动应用提供内存、本地存储以及安全VPN网络连接的安全防护机制，并构建独立的安全隔离运行环境。该系统能够实现对内存空间、本地数据以及通信网络的全方位安全隔离防护。

3.5 面向切面加密的插件技术

确保数据安全的关键在于从保障数据在离开前的安全性入手。
采用这种策略较为有效的做法是以业务应用为基础来构建防护体系。
通过这一策略，在保障业务正常运行的同时也能提升整体安全性。
具体实施时应重点关注如何确保敏感信息不被泄露，
并采取相应的技术措施来防止潜在风险。
如图 2所示，
这种架构设计能够有效降低系统运行中的风险，
从而实现更加全面的数据保护。

图 2 以“数据离开应用前”为切入点实现数据安全

该加密技术借鉴了编程思想（如 Aspect Oriented Programming），其名称为 Aspect Oriented Encryption。通过不修改源代码的情况下实现了对数据库访问驱动的封装，并具备针对数据安全的防护能力。

４智慧城市密码防护能力

4.1 统一密码服务能力

通过资源池化技术融合硬件密码设备的计算资源，在智慧城市中云平台承载的各种应用需求下提供弹性化的统一型密码运算服务包以保障关键数据的安全性实现对敏感信息的安全管理同时还可以满足个人隐私保护下的数据处理要求该服务不仅包含数据加密解密以及散列和验证功能还能够有效防范网络传输过程中的安全威胁借助中间件服务接口向上层智慧业务提供便捷可靠的密码运算支持

4.2 统一网络信任服务能力

赋予智慧城市中的机构、个人、应用系统以及安全设备和物联网设备等各类实体独特的数字标识。通过使用独特的网络身份标识码，在智慧城市接入过程中完成对各类实体的身份验证过程，并实现对实体在智慧城市网络中的访问权限进行动态管控。通过构建覆盖所有网络行为的完整追踪机制，在线实时记录并追溯所有涉及的事件信息。确保所有接入智慧城市网络的 entities 都能提供可信赖的身份证明，并实现对其访问权限的有效控制和监督机制的同时保证其责任关系能够被全面追踪和核实。

4.3 统一数据安全共享交换服务能力

利用智慧城市建设统一的数据安全共享与交换平台，在此基础上建立身份认证机制，并实现双方身份信息的完整互认。为此目的，在防范外部非法人员对系统中敏感信息的未经授权访问的同时，在为了确保系统中存储的信息真实可靠的基础上建立访问权限管理机制，并采取必要措施保障个人隐私不受未经授权访问。通过提升ensitive information的安全防护能力，并采用加密技术手段来保护关键业务系统的sensitive资源，在确保系统中的 information具有不可否认性的同时能够有效追踪 data corruption行为的基础上建立完善的监控体系并对其行为进行实时监控以便及时发现并处理异常情况

4.4 安全区块链服务能力

借助智慧城市的综合安全区块链服务系统为智慧数据的防篡改和追踪提供全面保障。该系统以网络空间实体的可信身份为核心，在进行层级分明的数据分类与管理机制后，通过应用数据指纹技术和水印标记等手段进行精确标识。最终实现了利用区块链共识网络来完成安全接入验证、内容确权以及权限控制等关键功能：包括用户的安全接入验证、内容确权以及权限控制等关键功能：包括但不限于安全接入验证、内容确权以及权限控制等核心操作流程。

4.5 城市级密码应用态势的可感、可视、可管、可控

基于密码态势感知体系的构建与实施，在智慧城市建设中提供关键的技术支持保障；同时实现了对各类场景的安全防护功能布局优化；基于整体性的技术架构设计与系统集成，在全球范围内实时监控和分析各类应用场景的数据特征；该系统价值具有深远的意义。

4.6 数据安全治理能力

通过搭建数据安全治理体系框架，在智慧城市环境下对数据资产进行系统性梳理和归类。基于此框架构建数据资产画像，在此基础上识别各类敏感数据的分布特征，并根据不同数据类别制定相应的安全防护策略。通过平台整合城市各智慧应用的日志事件采集点、数据共享交换节点、各类安全防护设备及系统资源等关键节点信息，并实现对资产、权限、事件、行为等实时维度的数据采集与智能汇聚。基于日志主题库和分析引擎构建智能化关联分析模型，并结合安全态势分析方法论，在实时监测中实现对潜在风险的智能识别与关联分析，并通过多维度的安全态势展示模块实现风险状态的动态呈现与预警触发机制。最终达到智慧化提升数据安全治理能力的目标。

５智慧城市密码技术的应用实践和优势

5.1 部分应用场景

5.1.1 云密码服务

基于上述多个层面进行系统性的规划与部署, 体系化地构建云密码的应用服务体系.

5.1.2 城市数据安全共享交换

基于密码学原理，在身份认证、访问控制、数据机密性保障、数据完整性维护以及抗抵赖等技术的支持下，在城市数据共享交换环节实施全方位的数据安全防护措施。通过日志审计系统和责任认定机制的配合应用，在确保数据交换流转的同时建立相应的管控体系，并实现对各方责任的有效追溯。该系统不仅能够有效保障城市数据共享交换平台的安全运行并降低相关安全风险，在实际应用中还能够为共享方提供可信赖的数据来源保障

5.1.3 个人隐私保护

通过融合数据分析技术与深度学习算法对脱敏日志中的用户行为特征及信息流动轨迹进行系统性研究。有效识别异常操作模式，并基于此动态生成可配置的静态与动态脱敏方案。该系统能够精准识别并隔离潜在的安全威胁节点，在线评估并优化各环节的安全防护配置参数。有效规避敏感信息泄露风险的同时，在不中断业务流程的前提下完成敏感信息的全生命周期管理。该机制不仅能够自动识别潜在的安全漏洞，并能根据实时监控结果快速响应并采取相应防护措施。同时该方案还具备灵活扩展性，在不同业务场景下都能提供针对性的解决方案以应对复杂多变的安全威胁环境

5.1.4 安全移动办公

基于终端、平台及应用一体化布局的移动安全防护体系为智慧城市移动端用户提供全方位的安全保障服务。该系统通过构建起覆盖全部安全要素的架构，在硬件设备层实现了基础安全性，在软件开发层保证了功能安全性，在网络接入层实现了通信安全性，并在服务端构建了完整的管理控制框架。该系统分别针对移动终端设备的安全性、通信信道的安全性、网络接入的安全性和服务端的安全性进行了独立的安全防护设计与实现，并最终构建起覆盖全部安全要素的计算环境架构

5.2 主要优势

5.2.1 构建密码整体防护架构

基于密码核心要素构建智慧城市的智慧城市密码应用体系框架，在智慧城市的基础支撑体系、服务保障机制、技术保障支撑以及安全管理体系等多维度构建覆盖全面的数字治理能力，在数字化转型中促进智慧城市建设与信息化发展深度融合，在系统性思维指导下推进城市智能化水平提升与安全性效能优化相辅相成的发展目标

5.2.2 形成高效密码运维监管体系

基于密码监管与运维平台

5.2.3 提升身份和数据保护水平

基于智慧城市建设体系框架内构建

5.2.4 打造数据治理新模式

借助数据分析技术实现城市运行状况的实时感知，在城市运行过程中通过智能分析系统实现对城市运行效率的持续优化。通过构建完善的数据治理规则体系，在保障城市运行高效性的同时实现资源利用效益的最大化。

5.3 应用案例

随着信息系统的日益复杂以及"云物移大智"等新兴技术的广泛应用,这些新型技术不仅为城市生活和管理提供了便利,也给某地智慧城市网络空间安全带来了越来越严峻的挑战.加强密码技术研发与创新应用是该地智慧城市安全工作的重要方向,而推动商用密码技术在智慧城市中的广泛应用则是当前该地网络安全工作的重要组成部分,也是保障智慧城市平稳运行的关键环节.通过构建以密码为核心的安全保障体系,某地智慧城市建设从密码基础支撑、服务保障、应用技术和安全管理等多个层面形成了完整的密码应用能力体系,最终打造出了具有示范效应的新型智慧城市密码应用示范区,有效推动了智慧城市建设与商用密码产业发展深度融合

6结 语

当前智慧城市已成为全球数字化战略的重要组成部分，在国内正蓬勃展开。然而智慧城市建设面临来自多端威胁的复杂性：潜在威胁持续存在且具有显著破坏性；与此同时数据主权与网络空间安全的高度关联要求我们必须从底层技术构建起完善的防护体系。具体而言密码技术作为网络安全的关键支撑体系不仅能够保障身份认证加密通信以及信任传递等多个环节的安全还能够通过构建多层次防御机制实现从离散被动防护到整体主动免疫的重大转变从而有效应对新型城市在数据治理网络架构协同运行等方面所面临的全方位挑战