Information Security October 2023 第 9 卷第 5 期 网络与信息安全学报 Vol.9 No.5 基于 5G 的智慧机场网络安全方案设计与安全性分析 邢馨心 1，左青雅 2，刘建伟 1 （1. 北京航空航天大学网络空间安全学院，北京 100083；2. 北京邮电大学国际学院，北京 100876） 摘 要：面向智慧机场网络安全方案的实际应用需求，提出了一种基于 智慧机场网络安全需求和 5G 认证与密 钥协商协议的安全问题，设计了抗攻击的改进 5G 认证与密钥协商协议，并通过形式化安全模型、安全目标 定义与形式化的安全性分析证明了所提方案的抗攻击能力。 关键词：5G；系统设计；安全协议；安全性分析 中图分类号：TP393 文献标志码：A DOI: 10.11959/j.issn.2096−109x The National Key R&D Program of China (2021YFB2700200) 引用格式：邢馨心, 左青雅, 刘建伟. 基于 5G 的智慧机场网络安全方案设计与安全性分析[J]. 网络与信息安全学报, 2023, 9(5): 116-126. Citation Format: XING X X, ZUO Q Y, LIU J W. 5G-based

2、以表格的方式展示所建立的子用户基本信息 输出业务对象及属性 单位名称，所属行业，地址，联系方式 15 功能需求描述 系统用户注册 界面要求 可考虑选择不同的展示方式来呈现 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 有此权限 1.1.1 综合总览 3.2.2.2.1 以区域（全省）维度展示用电企业数量统计 业务功能名称 用电企业数量统计 参与者 系统 1、在系统上手工录入用户的基本信息 2、以表格的方式展示所建立的子用户基本信息 输出业务对象及属性 单位名称，所属行业，地址，联系方式 功能需求描述 系统用户注册 界面要求 可考虑选择不同的展示方式来呈现 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 有此权限 16 3.2.2.2.2 以区域（全省）维度展示用电企业数量展示 业务功能名称 用电企业数量展示 参与者 各级交易员、业务员、代理商、系统管理员、用电企业 2、用户点击查询按钮，进行统计信息查询 3、呈现统计结果信息 输出业务对象及属性 全省区域维度用电企业数量 功能需求描述 根据区域（全省）维度查询用电企业数量 界面要求 无 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 当前用户具有使用此功能的权限 3.2.2.2.3 以区域（全省）维度展示用代维业数量统计 业务功能名称 代维企业数量统计 参与者 系统管理

展示企业数量、设备数量、企业设备负载情况、企业信息 功能需求描述 展示企业数量、设备数量、企业设备负载情况、企业信息 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 新增 3.3.3.1.2 气象信息 业务功能名称 气象信息 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 9 业务规则 监控 属性 温度、湿度、天气情况 功能需求描述 实时展示设备运行的外界情况 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询及业主查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.3 负荷晴雨表 业务功能名称 负荷晴雨表 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 不同维度统计企业负荷使用统计情况 输出业务对象及 属性 负荷统计数据 10 功能需求描述 负荷统计量多维度展示 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.4 负荷曲线 业务功能名称 负荷曲线 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 展现不同时段内企业的负荷曲线

可扩展性.....................................................................................43 2.4.3 安全性........................................................................................44 3. 需求分析 系统可靠性.................................................................................71 3.3.3 系统安全性.................................................................................73 4. 系统设计....... 模块化设计：系统采用模块化架构，便于功能扩展和升级，同 时提高系统的灵活性和可维护性。 2. 开放性与兼容性：系统应支持与现有空中交通管理系统、无人 机管理系统、气象系统等的无缝对接，确保数据的互通互联。 3. 高可靠性与安全性：系统需具备高可靠性和容错能力，确保在 极端情况下仍能稳定运行，同时采用多层次的安全防护措施， 防止数据泄露和网络攻击。 4. 智能化与自适应性：系统应具备自学习和自适应能力，能够根 据历史

能问答、自动回复、个性化推荐等功能，提升公众满意度。 4. 安全保障需求：政务数据涉及国家安全和公共利益，数据安全 和隐私保护是平台建设的重中之重。需要通过加密技术、访问 控制、审计日志等手段，确保数据的安全性和合规性。 为了更直观地展示平台的功能需求，以下表格列出了各功能模 块及其对应的应用场景： 功能模块 应用场景 文档智能处理 公文自动分类、关键词提取、内容摘要生成 决策支持系统 数据挖掘、趋势预测、模拟分析 法有效共享和整合， 导致决策支持能力不足。此外，现有的办公系统大多功能单一，缺 乏智能化的支持，无法满足现代政务处理中对大数据分析、智能决 策支持等高级功能的需求。 在现代政务办公中，数据安全性和隐私保护是重中之重。然 而，现有的安全防护措施往往不足以应对日益复杂的网络安全威 胁，如数据泄露、黑客攻击等问题频繁发生，严重威胁政务数据的 安全。同时，由于缺乏统一的标准和规范，各部门在数据管理和信 水平不均，部分地区仍依赖传统办公方式； - 数据孤岛现象严重， 信息共享和整合困难； - 系统功能单一，缺乏智能化的高级功能支 持； - 数据安全性和隐私保护措施不足，面临严重的网络安全威 胁； - 缺乏统一的标准和规范，系统兼容性差，协同办公效率低。 为了进一步提升政务办公的效率和安全性，构建一个集成化、 智能化的政务办公大模型 AI 公共支撑平台显得尤为必要。该平台 将通过引入先进的人工智能技术，实现数据的高效处理和智能分

..........................................................................................22 3.1 安全性.................................................................................................24 增加。根据国际民航组织（ICAO）的统计数据，预计到 2035 年， 全球航空旅客量将比 2019 年增加约 50%。这意味着，现有的空中 交通管理系统（ATM）面临巨大的挑战，需提高其效率、安全性及 可靠性，以适应日益增加的航空流量。 随着民航业的发展，传统的空中交通管制方式已经逐渐显露出 其局限性。例如，全世界的航空器数量显著增加，而现有的管制员 数量及其工作强度却并未得到相应提升。此外，现有系统中信息交 空中交通管制系统显得尤为重要。 主要背景因素包括：  全球航空流量的增长：根据数据显示，全球航空航班量在过去 十年内呈现出显著的年增长率，预计未来数年内仍将维持这个 增长趋势。  安全性要求提高：随着航空事故频率的变化，空中交通安全的 问题愈发受到重视，特别是在繁忙的机场和航线区域，必须加 强管制以减少事故发生的风险。  技术创新：现代技术的发展，如卫星导航、数据链通信、人工

..........................................................................................22 3.1 安全性................................................................................................... 增加。根据国际民航组织（ICAO）的统计数据，预计到 2035 年， 全球航空旅客量将比 2019 年增加约 50%。这意味着，现有的空中 交通管理系统（ATM）面临巨大的挑战，需提高其效率、安全性及 可靠性，以适应日益增加的航空流量。 随着民航业的发展，传统的空中交通管制方式已经逐渐显露出 其局限性。例如，全世界的航空器数量显著增加，而现有的管制员 数量及其工作强度却并未得到相应提升。此外，现有系统中信息交 空中交通管制系统显得尤为重要。 主要背景因素包括：  全球航空流量的增长：根据数据显示，全球航空航班量在过去 十年内呈现出显著的年增长率，预计未来数年内仍将维持这个 增长趋势。  安全性要求提高：随着航空事故频率的变化，空中交通安全的 问题愈发受到重视，特别是在繁忙的机场和航线区域，必须加 强管制以减少事故发生的风险。  技术创新：现代技术的发展，如卫星导航、数据链通信、人工

2 版本回滚机制................................................................................58 3.3 模型安全性保障.......................................................................................61 3.3.1 数据加密 ，同时 确保数据的安全性和系统的可扩展性。 在目标方面，方案将聚焦于以下几个方面：首先，通过大模型 底座的建设，实现政府数据资源的整合与共享，打破信息孤岛，提 升数据利用效率。其次，构建智能化的决策支持系统，助力政府快 速响应园区发展中的各类需求，优化资源配置。第三，推动政务服 务向智能化、便捷化方向发展，提升企业和居民的满意度。最后， 确保系统的高可用性和安全性，满足未来业务扩展的需求。 秒。 * 模型训练与推理能力：支持每天 10TB 级别的数据训练任务，推 理速度达到毫秒级响应。 * 系统可用性：确保 99.99%的系统全年无故障运行时间，保障关 键业务连续性。 * 安全性：实现全链路数据加密和访问控制，符合国际及国家信息 安全标准。 通过以上目标与范围的设定，本方案将为工业园区数字政府的 建设提供坚实的底座支撑，助力政府实现智能化、高效化的管理目 标。 1

将数据传输到远程监控平台或数据库服务器 上，实现数据的实时传输和共享等功能。 数据存储 将数据存储在数据库服务器上，实现数据的 永久保存和管理等功能。同时，对数据进行 备份和恢复等操作，确保数据的安全性和可 靠性。 数据层规划：数据采集、传输与存储方案 通过自动化生产线实现产 品的自动化生产和加工过 程，提高生产效率和质量。 自动化生产线 智能调度 仓储管理 通过智能调度系统实现生 产过程的自动化调度和管 通，实现数据的实时传输和共享。 设备互联 通过物联网技术，我们可以实现对设备的智能化 控制，提高生产效率和管理水平。 智能化控制 通过物联网技术，我们可以实现数据的加密和备 份等功能，提高数据的安全性和可靠性。 安全性更高 物联网技术应用与设备互联互通 数字孪生模型构建 04 1 2 3 通过云计算技术，数字孪生智能工厂可以弹定地 扩展或收缩计算资源和存储空间，以满足不同规 模工厂的需求。 MES 、 ERP 、 SCM 等。 数据集成 数字孪生数据底座需要存 储工厂各个系统的数据， 并能够实现数据的备份和 恢复。 数据存储 数字孪生数据底座需要实 现数据的访问控制，以确 保数据的安全性和可靠性。 数据访问控制 数字孪生数据底座 扫描仪技术 通过扫描仪技术，可以对工厂内设备、生产线等对象进行快速测量 和扫描，以便对工厂进行数字化表示。 人工录入 对于部分无法自动化采集的数据，可以通过人工录入的方式进行数

速响应未来政 务服务的多样化需求。 最后，项目将注重用户隐私保护和数据安全。在 AI 大模型的 开发与应用过程中，严格遵守相关法律法规，采用加密存储、匿名 化处理等技术手段，确保用户数据的安全性和隐私性，提升公众对 政务平台的信任度。 通过以上目标的实现，本项目将为全省政务服务的智能化升级 提供坚实基础，推动政府数字化转型迈向新高度。 1.3 项目意义 在全省一体化政务平台的框架下，接入 用户体验设计：设计直观、易用的用户界面，确保 AI 功能如 智能问答、智能推荐等能真正提高用户满意度。  系统集成方案：制定详细的系统集成方案，确保新技术的引入 不会干扰现有系统的正常运行，同时保证数据的安全性。  成本控制与效益分析：通过详细的市场调研和技术分析，制定 合理的预算，并通过阶段性的效益评估来调整策略。  法律法规遵循：与法律专家合作，确保所有技术和应用都符合 最新的法律法规要求，避免法律风险。 如，在处理跨部门审批事项时，AI 模型可以自动识别相关部门的职 责，生成协同工作方案，减少沟通成本。 此外，政务平台还需具备强大的安全性和隐私保护能力。AI 大 模型能够通过智能化的安全监测和风险预警，实时识别和应对潜在 的安全威胁，确保政务数据的安全性和用户隐私的保护。例如，AI 模型可以实时监控网络流量，识别异常行为，及时发出警报并采取 相应措施。 最后，平台需要具备良好的可扩展性和兼容性，以适应未来技