大數據時代的智慧城市與信息安全（簡體書）

隨著信息技術的迅猛發展，信息技術與經濟社會的交匯融合，引發了數據的爆炸式增長，大數據時代已經到來，全球社會正式進入了“數據驅動”的時代。大數據技術賦予了人類前所未有的對海量數據的處理和分析能力，促使數據成為國家基礎戰略資源和創新生產要素，戰略價值和資產價值急速攀升，運用大數據推動經濟發展、完善社會治理、提升政府服務和監管能力正在成為趨勢，大數據的出現使得“智慧城市”的核心內容建設成為了可能。但是，當數據成為了新的生產資料，在城市發展中發揮著越來越重要的作用時，其安全問題也被進一步的擴大，大數據時代智慧城市的安全建設面臨著越來越嚴峻的挑戰。

范淵，杭州安恒信息技術有限公司董事長兼總裁。范淵先生畢業于美國加州州立大學，獲得計算機科學碩士學位，曾在美國矽谷國際著名安全公司從事多年的技術研發和項目管理，對在線應用安全、數據庫安全和審計、Compliance（如SOX, PCI, ISO17799/27001）有極其深入的研究；是第一個登上全球頂級信息安全大會BLACKHAT（黑帽子）大會進行演講的中國人；承擔多個國家級科技計劃項目，並擁有多項發明專利；所帶領的技術團隊曾承擔北京奧運會、建國60周年、上海世博會、世界互聯網大會、抗戰勝利70周年、G20峰會等重大活動的網絡安保任務。
范淵先生2012年2月入選中組部國家 “千人計劃”，兼職多個技術團體，2014年3月入選國家科技部創新人才推進計劃“科技創新創業人才”，還榮獲2015年度中國長三角十大傑出青商，央視“雙創之星”等稱號。

序
黨的十九大把習近平新時代特色社會主義思想確立為黨必須長期堅持的指導思想，具有重大的政治意義、理論意義和實踐意義。而建設新型智慧城市是習近平新時代中國特色社會主義思想的重要組成部分。早在2016年4月19日的網信工作座談會上，習近平總書記就提出“要以信息化推動國家治理體系和治理能力現代化，統籌發展電子政務，構建一體化在線服務平臺，分級分類推進新型智慧城市建設，打通信息壁壘，構建全國信息資源共享體系，更好用信息化手段感知社會態勢、暢通溝通渠道、輔助科學決策。”同年，習總書記在10月9日中央政治局第36次集體學習時的講話中又指出：“我們要深刻認識互聯網在國家管理和社會治理中的作用，以推行電子政務、建設新型智慧城市等為抓手，以數據集中和共享為途徑，建設全國一體化的國家大數據中心，推進技術融合、業務融合、數據融合，實現跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的協同管理和服務。”習近平總書記的講話高屋建瓴、意蘊深刻，對新時期深化推進新型智慧城市建設，深入落實國家大數據戰略，建設新時代中國特色社會主義具有重大而深遠的意義。
習近平總書記在十九大報告中專門指出“推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟的深入融合”，而新型智慧城市建設正是運用現代信息技術深入融合各類實體經濟的重要舉措，必須認真貫徹這一城市可持續發展的重要路徑。然而信息安全問題一直伴隨著信息技術的發展，特別是智慧城市這個複雜而龐大的系統工程，更是面臨著諸多的信息安全風險與挑戰。一旦智慧城市的信息安全防護不當，就可能造成城市管理局部混亂、個人隱私遭到惡意洩露、政府管理應急決策失誤，甚至引發社會局部動盪。因此，有效管控與防範信息安全風險是智慧城市建設中非常重要的一環。特別是隨著國家大數據戰略的實行，數據成為了新的生產資料，數據的共享、交易和流通成為了一種新的常態，帶來了比傳統數據應用更複雜的應用場景，給數據安全防護帶來了全新的挑戰，而智慧城市建設本身就是一個信息系統和數據資源不斷融合共享利用的過程，如何確保這些城市數據資源在共享使用過程的安全性，是城市管理者必須要面對的挑戰。
范淵同志率領的信息安全團隊近年來一直關注智慧城市的發展，積極參與各地的智慧城市信息化安全建設，取得了不錯的成績，更難得可貴的是將這些寶貴的實踐經驗進行了總結並奉獻給了社會，先後推出了《智慧城市與信息安全》第一版和第二版，受到了廣大讀者特別是業內人士的一致好評。本次出版的《大數據時代的智慧城市與信息安全》是該系列的第三本作品，並且將重點放在了目前火熱的大數據領域，不僅詳細闡述了大數據環境下智慧城市該如何安全建設，更是將安恒信息在信息安全領域的眾多創新成果進行了分享，相信該書一定會給廣大智慧城市信息化從業人員和讀者帶來啟發和收益。
何積豐

前 言
自2014年出版《智慧城市與信息安全》第一版以來，已過去了近4年時間，回想當初的創作初衷，只是在看到智慧城市安全建設的雜亂無章後，想把團隊在智慧城市信息安全領域的一些研究和實踐情況做一個分享，也是想起個抛磚引玉的作用。不曾想到書籍的推出受到了業界的普遍歡迎，印刷了10餘次，總發行量達到了1萬餘冊，更獲得了客戶和行業專家的一致認可。這樣的成績，對我們團隊既是壓力，也是動力，也堅定了我們持續創作下去的決心。2016年，《智慧城市與信息安全（第2版）》順利出版了，第二版書籍在第一版的基礎上，融入了更多新的理念、新的技術、新的應用和新的案例，並邀請了多位業界專家參與了書籍的編制工作，更把我們團隊在智慧城市項目上遇到的難點以及客戶的痛點問題進行了闡述，提出了可行的解決方案，更有針對性和實踐性，深受讀者的肯定和歡迎，也獲得了不少業內人士的褒獎，至今仍作為暢銷書在網上和實體書店出售。
本書依然聚焦是智慧城市與信息安全系列，但與前兩版《智慧城市與信息安全》不同的是，這次我們團隊將重點放在了大數據上，大數據也是本書的核心主線。隨著大數據時代的到來，數據已然成為了新的生產資料，被喻為新時代的石油，大數據正日益對全球生產、流通、分配、消費活動以及經濟運行機制、社會生活方式和國家治理能力產生重要影響。對國家而言，對數據的掌握和利用已成為重塑國家競爭優勢、完善國家公共治理體系的關鍵，國家競爭力也將部分體現為一國對擁有數據的規模、質量以及運用數據的能力；對企業而言，數據驅動的創新應用成為企業全生產鏈條升級發展的全新模式，數據正在成為社會生產的新主導要素。大數據技術賦予了人類前所未有的對海量數據的處理和分析能力，運用大數據推動經濟發展、完善社會治理、提升政府服務和監管能力正在成為趨勢，同時大數據技術也使得“智慧城市”的核心訴求成為了可能。然而大數據技術引發的數據利用新模式與保護數據安全之間存在著天然的衝突，大數據環境下，數據的產生、流通和應用更加普遍化和密集化，數據的集聚和融合使得數據的價值攀升，對數據安全的防護工作更加複雜，也更為重要。從國家層面而言，數據安全是保障國家安全，維護國家網絡空間主權，強化相關國際事務話語權的工作重點；從企業層面來看，數據安全關係到商業秘密的規範化管理和合理保護與支配，是企業長久發展不可回避的新階段任務；對於個人而言，數據安全與個人生活息息相關，直接關係到每位公民的合法權益。
本書對大數據環境下的智慧城市發展進行了展望，提出了智慧城市數據大腦的建設模式，並重點講解了在大數據環境下如何安全的建設城市數據大腦的各個系統模塊，以及如何運用大數據分析、雲計算等新技術來創新網絡安全防護體系，來應對新的複雜的網絡安全威脅，保障智慧城市的安全運行。沒有信息安全，信息化發展越快，造成的危害就可能越大；沒有安全保障的智慧城市建設，也終究像空中樓閣一樣隨時會轟然倒塌，信息安全永遠是智慧城市的健康發展，其重要的基石。
在本書的編寫過程中，特別要感謝一些行業專家和技術專家的參與，其中包絡中國科學院院士何積豐、中央網信辦網絡安全協調局局長趙澤良、公安部十一局總工程師郭啟全、國家工業信息安全發展研究中心主任尹麗波、中國計算機學會計算機安全專業委員會主任嚴明、原國家信息中心總工程師甯家駿、浙江工商大學信息學院教授邵俊，感謝幾位專家對我們書籍創作工作的幫助和支持。

範 淵
2018年2月

目 錄

本書編委會
序
前 言
目 錄
第一部分 大數據驅動下的智慧城市
第1章 大數據升級城市智慧 2
1.1 城市病與信息化機遇 2
1.1.1 城市化帶來的挑戰 2
1.1.2 智慧城市的應運而生 3
1.1.3 大數據城市發展的新引擎 5
1.2 大數據引領未來智慧城市建設 6
1.2.1 大數據促進城市治理能力現代化 6
1.2.2 大數據構建民生服務新體系 8
1.2.3 大數據開啟企業創新發展新格局 9
1.2.4 大數據讓城市生活更加智能 11
1.3 智慧城市“數據大腦”建設 12
1.3.1 城市物聯網建設 13
1.3.2 移動互聯網、下一代互聯網建設 14
1.3.3 基於雲計算的城市數據大腦建設 15
1.3.4 大數據驅動下的城市智能化管理 17
1.4 城市無處不在的網絡安全威脅 18
1.4.1 信息化發展與網絡安全的博弈 18
1.4.2 愈演愈烈的網絡違法犯罪 20
1.4.3 網絡安全是智慧城市健康發展的基石 21
第二部分 大數據時代智慧城市“數據大腦”的安全建設
第2章 城市“數據大腦”的感知系統――物聯網安全 25
2.1 智慧城市的物聯網應用及發展 25
2.1.1 城市能源管理 26
2.1.2 居住環境安全 27
2.1.3 城市生活、工業廢棄物管理 27
2.1.4 城市交通管理 28
2.1.5 城市應急與執法管理 29
2.1.6 物聯網的發展方向 29
2.2 物聯網安全威脅 30
2.2.1 物聯網安全威脅大事件 30
2.2.2 物聯網安全威脅分析 35
2.3 物聯網安全治理 37
2.3.1 智慧城市下的物聯網安全治理概述 37
2.3.2 物聯網安全目標及防護原則 38
2.3.3 全球物聯網安全防禦策略 39
2.3.4 我國物聯網安全標準 40
2.3.5 物聯網層次結構及安全模型 41
2.3.6 物聯網安全關鍵技術 45
2.3.7 物聯網的安全體系設計 52
第3章 城市“數據大腦”的中樞神經系統――雲計算安全 57
3.1 雲計算是城市數據大腦的核心 57
3.2 雲計算的安全威脅與挑戰 58
3.2.1 雲計算安全威脅 58
3.2.2 雲計算平臺側面臨的威脅 61
3.2.3雲計算租戶側面臨的威脅 63
3.3 雲計算的安全防護實踐 64
3.3.1 雲安全總體防護目標與原則 64
3.3.2 雲安全總體防護設計思路 66
3.3.2.1 體系化設計方法 67
3.3.2.2 等級化設計方法 68
3.3.2.3 PDCA管理方法 69
3.3.2.4 總體安全保障體系框架 70
3.3.3 面向雲平臺側安全體系 71
3.3.3.1 雲平臺安全體系架構 71
3.3.3.2 雲平臺安全防護技術要求 72
3.3.4 面向雲租戶側安全體系 76
3.3.4.1 雲租戶安全體系架構 76
3.3.4.2 雲租戶安全防護技術 78
第4章 城市“數據大腦”的智慧源泉――數據資源安全 83
4.1 智慧城市的數據資源 83
4.1.1 智慧城市數據資源的特點 83
4.1.2 智慧城市數據資源管理的關鍵問題 84
4.1.2.1 資源整合 84
4.1.2.2 數據建模 86
4.1.2.3 技術平臺 89
4.1.2.4 安全防護 91
4.2 智慧城市數據資源面臨的安全風險 91
4.3 智慧城市數據安全防護思路 93
4.3.1 數據安全的原則和策略 93
4.3.2 總體防護思路 94
4.3.3 安全控制措施 94
4.4 智慧城市數據安全防護實踐 100
4.4.1 安恒大數據安全實踐 100
4.4.2 阿裡雲大數據安全實踐 103
4.4.3 華為大數據安全實踐 105
4.4.4 京東大數據安全實踐 107
4.4.5 中國移動大數據安全實踐 108
4.4.6 IBM大數據安全實踐 110
第5章 城市“數據大腦”的動力系統――工業互聯網安全 113
5.1 工業互聯網是城市的動力保障 113
5.1.1 工業互聯網基本情況 113
5.1.2 工業互聯網發展現狀 115
5.1.3 工業互聯網與智慧城市 118
5.2 工業互聯網安全威脅與挑戰 120
5.2.1 工業互聯網面臨的安全問題 120
5.2.2 工業互聯網帶來的全新挑戰 123
5.3 工業互聯網安全防護體系與實踐 125
5.3.1 國外安全防護實踐 125
5.3.1.1 政府以工業控制系統安全和製造業安全為核心， 推進工業互聯網安全保障 125
5.3.1.2 行業共同協作，促進工業互聯網安全的行業自律和產業推進 126
5.3.2 安全防護整體方案 127
第6章 城市“數據大腦”的安全底線――個人信息和隱私保護 131
6.1 個人信息與隱私 131
6.1.1 個人信息的概念 131
6.1.2 個人信息的分類 132
6.1.3 個人信息、個人數據和隱私的關係 133
6.2 國外個人信息與隱私保護實踐 135
6.2.1 個人信息保護的法律模式 135
6.2.2 個人信息保護的立法原則 135
6.2.3 美國的個人隱私保護 136
6.2.4 歐盟的個人隱私保護 137
6.3 我國網絡安全法與個人信息保護 140
第7章 區塊鏈技術助力智慧城市建設 143
7.1 日益興起的新技術――區塊鏈 143
7.1.1 區塊鏈技術的發展 143
7.1.2 區塊鏈的概念 144
7.1.3 區塊鏈技術的特點 145
7.2 目前智慧城市建設中面臨的問題 146
7.3 使用區塊鏈技術解決智慧城市中的問題 147
7.3.1 區塊鏈在智慧城市中的基礎應用 148
7.3.1.1智慧教育 148
7.3.1.2 智慧醫療 148
7.3.1.3 智慧政務 149
7.3.1.4 智慧供應鏈 149
7.3.1.5 智慧交通 149
7.3.2 區塊鏈在智慧城市中應用的最新研究 150
第三部分 數據驅動安全，安全助智慧騰飛
第8章 什麼是大數據分析 153
8.1 數據采集是一切的食糧 153
8.1.1 數據是智慧城市的核心資源 153
8.1.2 數據采集的特點 153
8.1.3 數據采集的設計 154
8.1.4 建設智慧城市數據中心 155
8.2 小數據是試驗田 155
8.2.1 小數據的價值 155
8.2.2 數據分析的實驗技能 156
8.2.3 小數據的局限 157
8.2.4 從小數據走向大數據 157
8.3.3 讓實時大數據交互式分析用上大索引利器 160
8.3.4 智慧城市中必不可少的實時大數據交互式分析 161
8.4 分布式計算不是簡單的1+1=2 161
8.4.1 分布式計算的概念與發展 161
8.4.2 Map-reduce計算框架解析 163
8.4.3 分布式計算環境下各種組件的相互協調作用 164
8.4.4 分布式計算 166
8.5 深度學習有多深 166
8.5.1 深度學習簡介及歷史回顧 166
8.5.2 何為深，深為何 168
8.5.3 深度學習在智慧城市中的應用 174
8.6 大數據技術助推人工智能 174
8.6.1 人工智能的前世今生 175
8.6.2 大數據和人工智能的關係 177
第9章 大數據分析在網絡安全中的應用 179
9.1 大數據是手段不是目的 179
9.2 大數據是網絡安全的未來 181
9.3 大數據態勢感知保護關鍵網絡應用 183
9.3.1 大數據態勢感知是攻防分析，不是“地圖炮” 183
9.3.2 大數據態勢感知是能力落地，不是“看熱鬧” 184
9.3.3 大數據態勢感知是智能安全中心，不是“數據雜燴” 184
9.3.4 態勢感知是手段，核心應用才是關鍵 184
9.4 大數據建模防禦數據洩漏和竊取 185
9.4.1 傳統數據防洩漏方案分析 186
9.4.2 大數據建模防數據洩露方案 187
9.5 利用大數據分析進行反欺詐 188
9.5.1 詐騙與反欺詐 188
9.5.2 電信反欺詐 189
9.5.3 金融反欺詐 189
9.6 借助大數據分析技術保障電子郵件安全 190
第10章 大數據與雲計算融合下的新一代安全防護技術 193
10.1 網絡空間信息普查和風險感知 193
10.1.2 網絡空間元素探測與安全底圖建設 194
10.1.3 安全漏洞探查與驗證 195
10.1.4 0day漏洞精准識別與預警技術 196
10.1.5 安全事件感知技術 197
10.1.6 對暗鏈的識別技術 197
10.1.7 基於大數據的識別釣魚技術 198
10.1.8 多線路網站服務質量監測 198
10.1.9 多維度態勢感知分析技術 199
10.1.10 網絡安全重點事件專題分析 200
10.2 基於機器學習的雲端安全防護 201
10.2.2 基於頁面鏡像的篡改防護與永久在線技術 201
10.2.3 漏洞識別與虛擬補丁技術 202
10.2.4 基於大數據技術的攻擊識別與精准攔截 203
10.2.4.1 基於海量日誌學習生成正向規則的技術 203
10.2.4.2基於海量日誌學習業務流程生成防跳躍式攻擊規則 204
10.2.5 協同防護技術 205
10.2.5.2 基於訪問行為的情景式防護 206
10.2.5.3 基於信譽評估的防護思路與實踐 208
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