第一篇 密码发展形势篇
第1章 数字时代网络安全形势
1.1 数字时代网络空间安全面临挑战
1.1.1 数字时代的内涵与特征
1. 数字时代的发展概况
数字时代(digital age)，是现代信息技术高度发展的产物，将工业革命通过工业化打造的以传统工业为主导的产业模式，转变为信息革命引领的以信息技术为主导的新产业模式，促进社会经济结构发生了质的飞跃。人类已经进入数化万物、虚实孪生的数字化生存时代。
人类社会的发展离不开信息技术，伴随着科学技术的发展，信息技术正不断发生新的变革。语言、行为、文字是*早人与人之间传达信息的方式，口哨、烟火是早期远距离传达信息的重要手段。随着印刷术的发明，纸张的广泛应用，信息有了有效的载体，促进了信息的流通和保存。伴随19世纪中叶的第二次工业革命，人类进入电气时代，信息技术伴随光电技术的发展产生了新的变革。电话、电报的发明使得人类能够更加快速地传递信息，收音机、电视机的普及扩展了人类社会信息传递的广度。20世纪50年代开始，以计算机为代表的第三次工业革命，促进信息和通信领域发生了深刻的变革，计算机、数字通信、互联网的深度发展，打造了数字时代发展的技术基础，使得人类信息传输、存储、处理能力快速提升。21世纪以来，云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等技术蓬勃发展，使得人类利用信息的手段发生了质的飞跃。
计算机的产生和发展开启了人类运算能力提升的里程，打造了数字时代的基础。从1946年第一台通用计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生至今，CPU的元器件经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路的发展历程，处理器运算速度从*初的每秒5000次发展到单片每秒5000亿次以上，18～24个月性能翻倍的摩尔定律侧面反映了处理器运算速度的飞速发展。在追求高性能计算的道路上，除采用CPU集成电路工艺提升、单核转向多核、GPU多线程技术等方式提升单机的运算能力之外，通过整合多台网络计算机进行分布式计算，也是提升计算能力的主要方法。高性能计算机主要采用分布式计算的思路，1台高性能计算机的运算能力相当于11万台个人计算机的运算能力。
分布式计算和虚拟化技术推动云计算和大数据走上舞台。云计算对网络、计算、存储等资源进行集合，通过资源虚拟化和统一分配管理，可按需弹性分配给用户使用。当前，亚马逊AWS、微软Azure、阿里云等提供的云计算服务已经被广泛接受和使用。海量信息系统应用带来各行业领域大数据资源的爆发式增长，在拥有大量数据的基础上，通过数据的分析和挖掘，提炼出有价值的数据，为人工智能的发展奠定了数字基础，进一步指导政府的科学治理，促进传统产业的数字化转型。Hadoop作为广泛应用的大数据处理平台，具备针对海量非结构化数据的分析计算能力和分布式并行处理能力。
数字时代所依托的全球互联网，使人类之间的交流跨越了时间和空间障碍，并不断创造互联网应用的新模式。滴滴没有一辆车，却做着出租车的生意；淘宝没有一件货，却整合着无数的商家；银联没有一家银行，却统合着众多国内的银行；微信没有一个店铺，却成就了无数的微商。20多年来，中国人的宽带下载速率翻了60倍以上，网络带宽的提升为互联网应用的发展提供了基础，也使得云计算、移动互联网、物联网的融合应用成为可能。
移动互联网以移动终端为载体，将移动通信和互联网结合起来，实现了互联网的移动化。伴随3G/4G/5G移动通信技术和安卓、苹果、微软等移动终端技术的发展，以及移动应用的爆发式增长，移动互联网迅速发展起来。根据《中国移动互联网发展报告》，2018年，在20年不到的时间里，中国移动互联网用户达到了15.7亿户(超过总人数)，全年移动互联网接入每户的月均流量达到4.42GB，是2017年的2.6倍。移动终端因其随时、随地、随心、随性的特点，逐渐成为人们工作和生活中不可或缺的组成部分。移动互联网丰富和扩展了人与人之间、人与信息之间的交互手段，移动互联网的高速发展促使传统企业诞生了融合发展新模式——互联网+。新模式下，信息交互不只局限于人与人之间、人与物之间、物与物之间的联动，还诞生了“物物相连”的物联网。物联网进一步提升了人类社会的智能化程度，已经在智能家居、智能交通等领域展现出勃勃生机，正不断辐射智能医疗、智能制造、智能电网等新领域，为数字时代的智能化发展赋能。
数字时代智能化的主要支撑技术是人工智能(artificial intelligence，AI)。人工智能的发展促进了人类处理复杂问题能力的提升和飞跃。人工智能刚诞生时，科学家希望解决“如何用机器模拟人的智能”的问题，随着人工智能技术的不断发展，人工智能正不断地在新的领域超越人类。1997年，IBM的“深蓝”超级计算机在一场人机大战中战胜国际象棋冠军Garry Kasparov。2016年，在全球范围内直播的围棋领域的人机大战中，谷歌DeepMind公司的AlphaGo击败了国际围棋世界冠军李世石，第二年，AlphaGo的升级版击败了世界围棋排名第一的柯洁。值得注意的是，击败国际象棋冠军的AI和击败国际围棋冠军的AI已经发生了质的变化。“深蓝”依赖的是计算机的运算能力，通过穷举获得*优解。AlphaGo则是将基于深度学习的大数据分析能力融入其中，通过对3000万盘棋局进行样本训练、深度学习，分析得出决胜策略。
同时，基于大数据深度学习的人脸识别的精度首次超过人类能力本身。2014年科学家将基于深度学习的卷积神经网络应用到人脸识别上，采用20万个训练数据，在LFW人脸识别公开竞赛上第一次超过人类水平的识别精度97.53%。AI正不断应用到电子商务、无人驾驶、医疗诊断、石油测井、气象预报、交通管理等领域，融入人类生产、生活的方方面面。
综上，以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能为代表的新一代信息技术是数字时代发展的技术支撑，要把握数字化、网络化、智能化融合发展的契机，以信息化、智能化为杠杆培育新动能，推进网络强国、智慧社会建设和数字经济发展。
2. 数字时代的主要特征
数字时代的特征主要体现为数字化、网络化和智能化[1]。在数字时代的背景下，可以将世界划分为人类的社会空间、物理空间、信息空间3个次元。这3个次元之间相互关联，彼此影响，反映出时代的信息化程度和数字演进状况，如图1-1所示。数字化是社会空间和物理空间的表达方式，构建了信息空间，信息空间体现出数字化的程度；网络化是社会空间和物理空间通过信息空间的融合；智能化是信息空间作用于物理空间与社会空间的高级方式，反映出人工智能技术的发展程度。数字化、网络化和智能化相互驱动，螺旋上升，如图1-1所示。
图1-1 数字时代的数字化、网络化、智能化
1)数字化：从计算机化到数据化
数字化狭义上是指信息以计算机二进制的数字编码形式进行存储、处理等操作，是信息的表示和处理方式。广义上看，随着云和大数据等技术的深度发展，数字化进一步扩展到了数据本身的采集、存储、传输、分析、处理等数据操作，以及具体业务应用的自动化和信息化。从发展趋势上看，当前数字化的重点发展领域是大数据的深度应用和合理运用，大数据正在不断改变人类的生产和生活方式，在商业模式、管理创新、科学研究等各个领域显现出新的发展机遇。
2)网络化：从互联网到物联网
互联网作为改变世界的重要发明，已经成为当前人类活动的重要组成部分。人们通过互联网以及移动互联网获取信息、发布信息、交换信息、消费信息，已经成为不可或缺的生活方式。互联网活动主要是人与人之间、人与信息之间的交互，随着网络技术的发展，交互方已不再局限于人的范畴，物联网作为互联网的拓展，将信息技术运用于各种物体之间的连接。在物体上安装感知和传感设备，通过无线网络将物体与互联网联通，实现了物与物的互联，人们可以与物体进行实时的信息交换和通信。物联网技术正焕发出新的动能，在车联网、无人驾驶、智能家居、工业物联网等领域有广阔的发展空间。
3)智能化：从专家系统到深度学习
对智能化简单的理解是机器能够拥有人的智慧，完成人类的工作。更深一层次的智能化发展要求是机器的智慧能够超越人类。智能化的理念，在计算机刚诞生时就已经是人类追求的目标，主要依赖的是人工智能技术。早期的人工智能主要依赖人类总结出的一些规律和技术，形成专家系统，基于计算机的高速运算能力，实现语言识别、符号处理等一些领域的人工智能。近年来，伴随云计算、大数据等技术的发展，深度学习成为新一代人工智能技术的卓越代表。人工智能不局限于专家系统，正在往自适应、自学习、自博弈的方向发展，深度学习依赖于大数据智能，通过大量的样本训练，不断积累，不断提高。新一代人工智能发展热潮正在上演，它将以算法创新为核心，以大数据为基础，以强大的计算能力为支撑。
1.1.2 数字时代网络空间安全风险
随着数字时代新技术的不断深度发展，新技术的复杂性以及与传统服务模式的巨大区别，使安全问题成为*受关注的问题。云计算将数据从原有的用户拥有转移到云端，并带来网络安全边界模糊化问题；物联网把计算能力扩展到物端，使得对数据的访问控制能力发生迁移，并带来海量网络空间实体安全接入与管理问题；大数据将各政务部门、各行业分散的数据进行集中汇聚存储，通过跨部门、跨层级、跨领域共享融合利用，在发挥数据价值的同时，也容易成为网络恶意攻击的重点目标。当前，在国际形势波谲云诡、重要企业组织利益驱动、个人隐私保护体制欠缺的背景下，数字时代面临一系列严峻的网络安全问题威胁。
1. 国家间的网络安全博弈
1)美国网络安全战略
2018年美国发布了《国家网络战略》，这是15年来美国公布的首项内容全面的网络战略，将保卫美国、促进繁荣、以实力维护和平、提升美国影响力列为四大支柱，并提出战略目标及实现举措。该战略的核心观点是，美国创造了互联网，因此美国政府必须在界定、塑造和管理网络空间方面保持主导地位。战略报告认为，“美国的繁荣与安全取决于如何应对网络空间的机遇与挑战”，提出需要确保联邦网络与信息安全、关键基础设施安全，打击网络犯罪并完善事件上报机制；为促进美国繁荣，需要加速推进数字经济建设、培育和保护创造力、培养优秀网络人才；为实现“以实力求和平”的目标，一方面需推动达成“负责任国家行为准则”以促进网络稳定，另一方面也要对不可接受的网络行为进行溯源和威慑；为提升美国影响力，应建设开放、互操作、可靠、安全的互联网，并与盟友、伙伴展开广泛合作。
2018年美国五角大楼发布了《2018国防部网络空间战略》，以“防御前置”“塑造竞争优势”和“做好战争准备”为关键词，提出“在任何空间作战并获胜，以先发制人、击败、威慑等方式抵御重大网络攻击，以及与盟友、伙伴合作”三大目标。为实现这些目标，该战略提出了“建设更致命的联合力量、开展竞争与实施威慑、强化联盟与吸引伙伴、在国防部内实施革新、培养网络人才”五大具体举措。
这两份网络战略文件都强调加快美国网络军事力量建设，进攻性色彩浓厚。强调“防御前置”，突出“大国竞争”，将其作为今后网络安全的主基调。网络作战概念由“主动网络防御”更新为 “网络前置”，要让网络恶意行为体承受“反应快速、代价巨大、清晰可见的后果”，要“在源头扰乱或阻滞网络威胁，包括那些未达到武装冲突层级的行
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