基于信息环境的网络安全数据可视化研究

摘要：随着信息技术的飞速发展，网络安全在信息环境中愈发重要。本文聚焦于信息环境下的网络安全数据可视化研究，运用文献研究、案例分析等方法，深入剖析相关理论基础，涵盖网络安全概述及数据可视化理论。详细阐述网络安全数据可视化技术体系，包括数据采集与预处理、可视化映射与呈现、可视化分析与决策支持。通过企业网络安全管理、智慧城市建设、金融行业等多领域的应用实践，展现其实际价值。网络安全数据可视化虽在多方面取得成果，但仍面临数据质量、技术局限、人员组织等挑战。

关键词：信息环境；网络安全；数据可视化；应用实践

引言

在当今数字化时代，信息环境日益复杂，网络安全威胁不断升级。从企业的核心数据保护到智慧城市的平稳运行，再到金融行业的稳定交易，网络安全已成为关乎各方发展的关键因素。大量的网络安全数据随之产生，如何从这些海量、复杂的数据中快速准确地获取关键信息，成为网络安全领域亟待解决的问题。数据可视化技术作为一种将数据转化为直观图形或图像的有效手段，能够帮助安全人员更清晰地理解网络安全态势，及时发现潜在威胁，做出科学决策。

一、相关理论基础

1.1 网络安全概述

网络安全是指为保护网络系统中的硬件、软件及数据不因偶然或恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，确保系统连续可靠正常地运行，网络服务不中断。在信息环境中，网络安全涵盖多个层面，包括网络基础设施安全，防止黑客攻击、网络入侵等行为破坏网络设备；数据安全，保障数据的完整性、保密性和可用性，防止数据被窃取或篡改；应用安全，确保各类网络应用程序无漏洞，不被恶意利用。随着网络技术的不断发展，网络安全面临着日益严峻的挑战，如新型网络攻击手段层出不穷，像勒索软件攻击、DDoS分布式拒绝服务攻击等，给个人、企业乃至国家都带来巨大的安全风险。

1.2 数据可视化理论

数据可视化是将数据以直观的图形、图表、地图等视觉形式呈现出来，以更高效地传达数据中的信息和模式。其原理基于人类对视觉信息的快速处理能力，通过将复杂的数据转化为可视化元素，帮助用户更直观地理解数据特征、趋势和关系。常见的数据可视化类型有柱状图，可清晰对比不同类别数据的大小；折线图，用于展示数据随时间或其他连续变量的变化趋势；散点图，能呈现两个变量之间的相关性；还有树形图、热力图等，适用于不同的数据结构和分析目的。数据可视化不仅能使数据解读更高效，还能辅助决策，通过直观的展示，帮助决策者快速把握关键信息，做出准确判断。

二、网络安全数据可视化技术体系

2.1 数据采集与预处理

数据采集作为网络安全数据可视化的根基，致力于收集来自多源的原始数据。防火墙日志作为数据源之一，详细记录了网络访问控制信息，比如哪些IP地址尝试访问了特定端口，访问是否被允许或拒绝等，这对于追踪非法访问行为至关重要。入侵检测系统数据则聚焦于监测异常流量和攻击行为，一旦发现疑似攻击的流量模式，如大量的SYN请求包，便会及时记录。服务器日志全面反映了服务器的运行状态和用户操作记录，从用户登录登出时间到各类文件操作，都被详实记录。采集方法丰富多样，网络探针能实时抓取网络流量数据，精准捕捉网络传输中的每一个数据包，为后续分析提供原始素材。日志采集工具Filebeat通过配置可从不同设备高效收集日志文件，它支持多种输入源和输出目的地，确保数据收集的高效性和稳定性。但采集到的数据常存在诸多问题，格式不统一使得数据难以整合分析，噪声数据干扰判断，冗余数据占用存储和计算资源。预处理必不可少。数据清洗利用特定算法和规则去除错误、重复和不完整的数据记录，数据转换通过编写脚本或使用ETL工具将时间戳等数据格式标准化。

2.2 可视化映射与呈现

可视化映射是连接数据与可视化呈现的桥梁，依据数据属性和特征选择合适视觉通道。在网络安全领域，当区分正常流量和攻击流量时，可用红色表示攻击流量，绿色表示正常流量，颜色成为区分数据类别的直观标识。大小可用于表示攻击强度或流量大小，帮助快速识别关键信息。呈现方式丰富多元，折线图在展示网络流量随时间变化时，能清晰呈现趋势，如流量高峰低谷出现的时间和规律。地图可视化在展示不同地区网络安全事件分布时极具优势，通过在地图上标记不同区域的事件数量或风险等级，管理者能快速定位安全问题高发区域，合理调配安全资源。

2.3 可视化分析与决策支持

可视化分析基于可视化结果深度挖掘数据背后信息。趋势分析通过对历史数据的分析，绘制网络安全指标随时间变化的曲线，预测未来可能出现的安全风险，如依据近期攻击频率上升趋势，提前做好防护准备。关联分析利用图数据库或数据分析算法，找出不同安全事件之间的潜在联系，通过分析攻击事件的时间、IP 地址、攻击类型等信息，判断攻击的来源和传播路径。

三、信息环境下的应用实践

3.1 企业网络安全管理中的应用

在数字化转型加速的背景下，企业面临着愈发复杂的网络安全威胁。企业内部网络结构复杂，员工众多，数据资产价值高，一旦遭受攻击，将带来巨大损失。网络安全数据可视化在企业中的应用主要体现在实时监控和风险预警。通过部署可视化工具，企业可以实时监控网络流量，将正常流量和异常流量以不同颜色和大小的图形展示，一旦出现异常流量突增，如短时间内大量的外部IP访问内部敏感数据端口，系统会立即发出预警。安全人员可根据可视化呈现的信息，快速定位问题源头，及时采取封禁 IP、加强访问控制等措施，有效降低安全风险。

3.2 智慧城市建设中的网络安全可视化

智慧城市涵盖交通、能源、医疗等多个关键领域，各领域数据交互频繁，网络安全至关重要。网络安全数据可视化助力智慧城市实现整体态势感知。通过地图可视化技术，将城市各个区域的网络安全状况直观呈现，不同区域以不同颜色代表安全风险等级，绿色表示安全，红色表示高风险。当某一区域出现网络攻击时，地图上该区域会实时变色并闪烁提醒。通过关联分析不同领域的安全数据，如交通系统与能源系统的数据，可发现潜在的跨领域安全威胁，从而实现跨部门协同防御，保障智慧城市的稳定运行。

3.3 金融行业网络安全数据可视化

金融行业涉及大量资金交易和客户敏感信息，对网络安全的要求极高。网络安全数据可视化在金融行业主要应用于交易风险监控。通过实时收集和分析交易数据，将每一笔交易以可视化图表展示，横坐标为时间，纵坐标为交易金额，正常交易处于一定波动区间，一旦出现异常大额交易或交易频率异常增加，系统会立即发出警报。利用关系图展示客户、账户、交易之间的关联关系，当发现异常的资金流向或账户关联时，能够快速识别出潜在的欺诈风险，及时采取冻结账户、核实身份等措施，保障金融交易的安全和客户资金的安全。

结语

本研究系统阐述了网络安全数据可视化相关理论、技术体系以及在多领域的应用实践。通过对网络安全和数据可视化理论剖析，构建技术体系，揭示其在企业、智慧城市和金融行业的重要价值。但研究仍存在局限，如部分可视化技术对复杂场景适应性待提升。未来，需进一步探索新技术应用，优化可视化效果，以更好应对不断变化的网络安全挑战，助力信息环境安全稳定发展。

参考文献

[1]修宇，陈宇.基于信息环境的网络安全数据可视化研究[J].电子世界，2021，（14）：49-50.

[2]陈成龙.基于大数据环境的网络安全计算机信息技术探讨[J].中国信息界，2024，（06）：183-185.