论微服务框架下的网络安全防护 #

摘要 #

​ 本文以某县域智慧城市项目为背景，针对传统城市治理中存在的部门数据孤岛、事件响应滞后、跨域协同低效等问题，提出基于“网格化+数字化+智能化”的智慧城市解决方案。项目将城市划分为县-乡镇（街道）-社区-网格四级管理网格，集成物联网感知设备、视频AI分析算法及政务数据中台，构建“一网统管”智能中枢。在安全防护层面，通过RPC技术实现微服务间通信加密与动态鉴权，采用边缘计算节点实现敏感数据的本地化脱敏处理，并设计多租户RBAC权限模型保障跨部门数据共享安全。平台上线后，实现城市管理事件自动识别准确率提升至92%，跨部门协同处置效率提高60%，重大风险预警响应时间缩短至15分钟内。本文重点论证了微服务项目体系中数据安全流动、系统韧性保障及隐私合规管控的技术路径，为智慧城市数字化治理体系的安全建设提供实践参考。

正文 #

​ 网络安全是指网络系统的硬件、软件以及其系统中的数据收到保护，不因偶然或者恶意的原因而遭受的破坏、更改、泄露，系统可以连续可靠正常地运行，网络服务不中断。近年来，随着互联网的飞速发展，网络安全已成为数字时代的生存基石，其重要性随着技术渗透到社会每个角落而愈发凸显。而网络攻击，数据泄露，数据勒索事件的频发，也进一步印证了系统建设的首要任务是进行网络安全防护的设计。

​ 2021年9月，我司正式启动智慧城市项目。该项目以“1+3+3+N”为口号，构建一个平台，居民端、政务端、企业端为入口，产、城、人为服务目标，N个应用场景的建设方案。整个项目包括网格治理体系，城市基础数据维护，智慧政务，市民监督，企业服务，环保监测等功能。为了实现N个场景应用，项目采用了微服务框架体系，预先建设系统功能：路由，字典，用户，角色，组织架构，权限，日志等，将N个场景应用采用不同的微服务进行建设。本文以该项目为示例，详细论述在微服务架构体系下的网络安全防护设计，可能遇到的问题和实际解决方案。

​ 微服务架构系统相对于普通单体应用，需要面临的网络安全风险更大，服务暴露面扩大，横向攻击风险，认证授权复杂等。对此，我们团队基于威胁分析和过往项目经验构建了纵深防御安全体系，在不同维度进行网络安全防护。

​ 一、基于WAF（网络应用防火墙）流量防护和统一网关入口进行流量治理与非法访问拦截。本项目使用了Spring Gateway作为网关，统一访问入口，将不同的微服务隐藏在起来。并集成了开源的雷池WAF，对所有访问请求的IP，频率，携带参数等进行动态研判，智能识别恶意请求，主动进行拦截。例如某IP在同一时间段里请求次数过多，WAF就会将该IP进行封禁，防止出现暴力破解密码等行为，WAF还可以自动添加人机认证功能，在检测到异常情况时自动返回人机认证页面，只有通过认证才能继续使用系统。网关作为系统的第一道关口，集成WAF可以极大的减少一些无差别的恶意攻击和CC攻击，并有效杜绝爬虫请求。统一入口也可以将大大减少服务的暴露面，减少安全风险。

​ 二、基于RBAC（基于角色的访问控制）模型和敏感操作二次验证机制，保障用户的数据权限和操作权限安全。本项目中用户体系使用了RBAC（基于角色的访问控制）模型，通过抽象角色这一概念，将系统中的不同权限赋予角色，再将角色赋予用户，对同一类型人员可以赋予一个相同的角色，这样在调整权限时只需要调整角色权限即可修改所有用户的权限，这样可以极大的方便权限的赋予和管控。有效控制了不同用户不同部门之间的数据隔离和权限控制。并对一些较为敏感的操作通过手机号验证码进行二次验证，二次验证是指对已授权的用户进行再次校验，一般使用和当前登录方式不同的认证方式，例如当前用户通过账号密码登录，那二次校验则可使用手机号验证码，二次校验一般有效期较短，约在5-30分钟，在相应时间内再进行敏感操作则无需再次校验。本项目中将批量导出系统信息、查询用户隐私信息，删除或修改用户信息等都添加了二次校验，确保操作者是账号和使用者统一。对于一些高权限账号，强制启用MFA（多因子认证），提供密码、手机或邮箱验证码、TOTP（基于时间的一次性密码）等2个或多个凭证才能进行登录，有效防止单一凭证泄露导致的安全风险和数据泄露问题。

​ 三、部署SQL防火墙和使用数据落库加密等技术，在数据库层面进行数据安全防护。使用SQL防火墙技术对请求的SQL进行判断，即将执行的SQL是否存在特殊符号、注释和异常SQL，例如查询数据库系统表，根据不同的情况进行及时告警甚至拦截SQL执行。有效防止SQL注入、拖库等攻击，并能检测全库或全表删除等异常操作。及时拦截防止出现误操作。而数据落库加密指数据只在使用时是可见的，保存进硬盘时处于加密状态，本项目中对用户信息中的手机号，姓名，企业信息中的统一信用代码，注册地址；人员信息中的证件号码，姓名，户籍地，住址等相关隐私信息使用AES-256算法进行加密。加密后的数据变为一串乱码，只有解密后才能使用。这样哪怕出现数据泄露或硬盘丢失，也只会泄露加密后的数据，是有效预防数据泄露保底手段。关于数据库加密后难以检索的问题，可以使用分词组合加密技术，简单来说就是将一个需要检索的值进行穷举分词。按照不同的长度进行分词，将这些分词分别加密后组合在一起放入同一个字段中，之后在模糊检索时使用该字段进行检索，即可实现模糊匹配搜索功能。一般使用该方案最小分词为4个字符，避免分词组合过多的从而导致存储和检索的成本增加。

​ 四、基于TLS（传输层安全）协议和RPC（远程过程调用）协议保护数据传输的安全。在前端与接口之间强制使用TLS协议对接口请求数据进行加密，有效防止了传输数据泄密，参数篡改，消除中间人攻击。对于不同的微服务之间，遵循着“零信任网络安全设计原则”。采用RPC协议，在所有的请求时都携带鉴权信息，防止无鉴权接口的出现，内网服务并不能一定保障安全。并实现负载均衡和请求降级，防止出现因部分服务异常导致的服务“雪崩”现象，保障系统正常运行，提高系统安全性。

​ 五、基于自动巡检和人工巡查的异常报警机制。部署自动巡检系统，对项目主要功能和界面进行定时自动巡检，如接口异常或界面无法打开则可自动告警，及时发现异常进行修复。人工对机房和硬件进行巡查，主动使用SQLMAP等渗透工具对系统进行检查，并不定时查询系统日志，发现任何异常及时告警，自动巡检加人工巡查有效降低系统异常时长，提高系统安全性。

​ 六、对秘钥和凭证进行集中化管理和加密。对代码中需要使用到的的一些重要秘钥和凭证，例如数据库连接信息和密码等使用NACOS进行统一集中管理，并对其进行加密。集中管理的好处是数据不容易造成泄露，并对多个微服务不会出现配置不统一情况。需要对开发人员开放的代码里面不包含密码信息。将大大增加安全性。对信息进行加密是代码或配置信息单一泄露不会严重出现问题，因为配置信息必须要在代码中进行解密才可以使用，两者缺一不可，进一步提供安全性。

​ 在项目运行期间也遇到了以下网络安全问题：一是正常接口携带了一些敏感信息，例如用户信息中携带手机号；二是使用一些通用接口，这些接口较为灵活，可通过调整参数返回不同信息。这些接口会造成部分数据泄露问题。主要解决办法就是增加接口设计原则：不使用所谓的灵活通用接口、减少非必要字段返回，对返回的敏感信息进行脱敏处理等。添加代码审计：在接口研发上线之前就检查是否存在不合规代码，杜绝不合规接口上线生产环境，这样可以在很大一部分情况下解决这个问题。

​ 目前项目已正常上线运行3年多，期间遇过多次网络安全攻防演练，境外IP扫描攻击等。始终保持着零重大安全生产事故的可靠记录，累计拦截异常请求1万+，精准封禁恶意IP794个。实战表明，基于零信任架构的微服务网络安全设计，动态演进的WAF规则引擎和SQL防火墙技术的组合防御策略，有效构建了“异常监测-主动拦截-快速响应-准确溯源”的一体化防御体系。面对不断发展的网络技术，安全技术也不能故步自封。未来拟引入自适应动态安全策略调优机制，AI智能判断体系。不断探索加密技术在微服务架构下的传输安全与认证优化，持续筑牢智慧城市数字化治理的安全底座，为新型城镇化建设提供可复制的网络安全范式。

结论 #

​ 本文以某县域智慧城市项目为背景，系统探讨了微服务架构下的网络安全防护设计，结合项目实践经验，本文提出并实施了六大核心安全技术措施，包括基于WAF的流量治理、RBAC权限模型与多因子认证、SQL防火墙与数据加密、TLS/RPC协议加固、自动巡检与人工巡查机制，以及密钥集中化管理。这些技术措施通过实际部署验证，显著提升了系统的安全性：保障系统稳定运行的同时，重大风险预警响应时间缩短至15分钟以内，累计拦截异常请求10,000余次，精准封禁恶意IP 794个，实现了零重大安全事故的可靠运行记录。

​ 然而，当前方案仍存在一定局限性。例如，敏感数据的模糊检索需依赖分词组合加密技术，虽解决了加密后检索难题，但增加了存储与计算成本；动态鉴权机制对新兴威胁（如AI驱动的自动化攻击）的适应性仍需优化。此外，零信任架构的深度整合及服务网格（如Istio）的安全能力尚未充分挖掘，未来可在此方向进一步探索。

​ 本项目的实践经验表明，微服务架构下的网络安全需以“纵深防御”为核心，结合动态技术演进与组织协同机制，方能应对日益复杂的威胁环境。本文提出的技术路径与优化方向，可为智慧城市及其他高复杂度系统的安全建设提供参考，助力数字化城市治理体系的可持续发展。