（管理科学与工程专业论文）建设工程网上招投标系统安全问题的研究.pdf

武汉理工夫学硕士学位论文 摘要 随着互联网的普及，电子商务的安全问题已成为阻碍电子商务广泛应用的首 要问题。 我的论文工作就是对一个具体的电子商务系统建设工程网上招投标系 统的安全保护进行了探讨，以保证招投标业务公平、公开、公正地进行。 本文结合论文的展开，主要讨论了以下内容： 1 1 论文背景。 2 、主要介绍信息安全的关键技术加密技术。加密技术是保障信息安全 的最基本、最核心的技术措施，其它所有的安全防范措施都是建立在加密技术的 基础之上的。它能够以较小的代价获得较大的安全保护。本章内容包括密码学的 基础、单钥密码体制( 对称密码体制) 、公钥密码体制( 非对称密码体制) 等。 3 ) 讨论了公开密钥基础设施p k i c a 认证系统。p k i c a 可以支持认证、完 整性、机密性和不可否认性。它是在s s l 协议的支持下，通过将对称和非对称 密码技术结合起来实现的，为系统实施安全提供了种体系结构。本章内容主要 包括p k i c a 的定义，核心p k i c a 服务，p k i c a 所支持的其它服务，一个p k i c a 系统的组成以及实施p k i c a 所必需的s s l 协议。 4 1 重点介绍了建设工程网上招投标系统的总体目标、业务流程、整体架构、 层次功能、设计方案及开发环境。 5 1 探讨了建设工程网上招投标系统中安全子系统的设计方案及具体实旌。 描述了个具体的p k i c a 系统是如何实施的，其中包括安全需求分析、安全方案 设计、证书的使用，客户端，服务器端及开标时安全的实现。 建设工程网上招投标系统的安全是基于p k i c a 框架来实施的。p k i c a 是 一个比较全面的实施安全的体系结构，用来实现基于公钥密码体制的证书产生、 管理存储、发行和作废等功能，其中证书体制和以得到了广泛的应用。从而为系 统提供了诸如数据完整性、防否认和身份认证等的安全服务。 关键词：电子商务，网上招投标，加密技术，公开密钥基础设施p k i c a 认证体 系结构，数字证书，s s l 协议 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e m e t ，t h ee l e c t r o n i cb u s i n e s sd e v e l o p sr a p i d l y ， t h es e c u r i t yw h i c hi st h ek e yf a c t o rt ot h ed e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i cb u s i n e s si s b e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t h i sp a p e rp r e s e n t sm yw o r ko nt h es t u d yo ft h es e c u r i t yo ft h eb i do n l i n es y s t e m i nt h ef i e l do fc o n s t r u c t i o np r o j e c t + t h ec o n t e n t sa r e ： 1 ) t h eb a c k g r o u n do ft h er e s e a r c h 。 2 ) t h ee n c r y p t i n gt e c h n o l o g y i ti st h ec o r et e c h n o l o g yo na s s u r i n gi n f o r m a t i o n s a f et h a to t h e rt e c h n o l o g i e sa r eb a s e do n h e r et h ef o u n d a t i o no ft h ec r y p t o l o g y , s y m m e t r i c a le n c r y p t i n gs y s t e m ，u n s y m m e t r i c a le n c r y p t i n gs y s t e m 3 ) t h ep k i ( p u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e ) c a ( c e r t i f i c a t ea u t h o r i t y ) f r a m e ，t h e p k i c as u p p o r t sa u t h e n t i c a t i o n ，c o n f i d e n t i a l i t y , i n t e g r a l i t ya n du n d e n i a b l i l t y b a s e d o ns s l ( s e c u r es o c k e tl a y ) p r o t o c o l ，t h ep k i c ac o m b i n e st h es y m m e t r i c a l e n c r y p t i n gt e c h n o l o g ya n du n s y m m e t r i c a le n c r y p t i n gt e c h n o l o g ya n dp r o v i d e sa f r a m ef o r t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es e c u r i t y 4 t h ew h o l eg o a lo p e r a t i o nf l o w , 莪稻髓a 端h y ，托n d i o n s ，d e s i g ns c h e m ea n d d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to ft h ee l e c t r o n i ct e n d e r i n gs y s t e mi nt h ef i e l do fp r o j e c t 5 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es e c u r i t ys u b s y s t e m 通t h ee l e c t r o n i c t e n d e r i n gs y s t e m t h i sc h a p t e r d e s c r i b e sh o wac e r t a i np k i c as y s t e mi s i m p l e m e n t e d ，i n c l u d i n gt h er e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，t h es a f e t ys c h e m ed e s i g n ，t h eu s i n g o ft h ec e r t i f i c a t e st h ec l i e n ts a f e t y , t h es e r v e rs a f e t ya n dt h es e c u r i t ya tt h et i m eo f u n s e a l i n gt h eb i d d i n gf i l e s ， t h es e c u r i t yi m p l e m e n t a t i o no ft h i ss y s t e mi sb a s e do np k i c a t h ep k i c a f r a m er e a l i z e st h ec r e a t i n g , s m r i n g ，i s s u i n g , r e c a l l i n gc e r t i f i c a t e ss o a st op r o v i d e i n t e g r i t ya n di d e n t i t ya u t h e n t i c a t i o nf o rt h es y s t e m k e y w o r d s ：e c o m m e r c e ，b i do n l i n e ，e n c r y p t i n gt e c h n o l o g y , p k l c a ，c e r t i f i c a t e s ，s s l p r o t o c o t i i 武汉理t 大学顾上学位论文 第一章建设工程网上招投标的现状及面临的安全问题 1 1 建设工程网上招投标背景概述 建设工程招投标的目的，是在公开、公平、公正的环境下，通过竞争，为投 资人确定一个合理的建筑成本，选择一个技术先进、质量有保障的承包企业。 过去，由于受传统的定额计价模式影响，工程招投标形成的中标价格，实际 不能有效地控制工程造价，“三超”现象非常普遍，使评标实际操作陷入困境， 难以发挥应有的作用。 2 0 0 3 年7 月1 目，建设部正式颁布建设工程工程量清单计价规范，彻底改 革工程计价方法，推行工程量清单计价。计价规范的发布实施，有利于建立 由市场形成工程造价的机制，同时也为公正评标、计算机辅助评标和建立电子化 招投标模式创造了更为有利的条件。 在电子化招投标模式中，首先由招标方使用电子标书制作软件，根据建设 工程工程量清单计价规范编制电子招标书并发给投标人。招标电子标书具有严 格的数据保护功能，可保护招标文件内容( 工程量清单) ，防止投标方擅自修改合 同。 投标方购买招标文件后，使用电子标书制作软件进行报价并形成电子投标 书。电子标书保证了投标人能够按照招标人规定的格式进行报价，规范了投标人 的操作，保证了投标质量和投标效率，大大降低因投标人不规范操作而产生废标 的可能性。 最后评标委员会通过电子标书和计算机辅助评标系统，对评比成果逐一确 认，准确、快捷地产生中标人。这种模式规范了评标委员会的评标行为，可避免 人为因素，充分体现公平、公开、公正的原则。 2 0 0 3 年1 1 月l o 日，建设部建筑市场管理司招投标监管处领导观摩了广东省有 关工程量清单计价模式下的电子化招投标及评标定标操作演示后指出：“在现阶 段，规范招投标管理主要靠制度，利用计算机技术是防范不规范操作的有效手 段”。并且要求有关开发单位，就如何使用计算机技术手段防止招投标过程不 规范操作，提出具体解决问题的方案。 武汉噬工人学硕士学位论义 1 2 建设工程网上招投标的现状 目前在互联网上可以见到许多我国的工程建设网站，其中多数网站涉及招 投标活动，有的予臆直接命名为“网上攘投标”。归纳怒来，与据投标瀑动壹 按相关的内容有以下几类： i 发布工程顶最招投标信息，如招撂公告、投标资格预审缝累透知、中标 消息等。这是目前提供的最常见的一种“网上招投标”服务。在网上发布信息， 是互联网一e 历史疑悠久的一项功能，在招标投标法中明确撂如信息阚终是 避行招标公告发布的一种方式，观己被人们广泛接受。今后，互联网很有可能 取代报纸等传统媒贪，成为招标公告发布的主要羧体。 2 在网上出售电子招标文件，有的还统- - n 定了电子标书格式。用这种方 式购买招标文件的优点是，投标人在较娥的时间内获褥掇标文 牛的详细内容， 为电子评标奠定了基础。可以说，这是当前建设工程网上招授标利用网络最充 分的一项工作了。但国内电只有少数网站开展了此项服务。 在番弼网络给建设工程招标投标工律带来高敲和便秘的同时，我们应该注意 到这样的事实，即现在的建设工程网上搦投标主要局限予招标投标信息的发布 上，丽授标、开栎等关键的过程并未麓奁嗣上进行，远没有发挥夏联弼所具有的 信息共享、传播快捷尤其是双向互动的优越性，“网上招投标”有些名不符实。 1 3 建设工程网上招投标面临的安全问题 建设工程网上招投标系统基于i n t e r n e t ，网络驻联的规模越大，其安全性问 题也裁越突出。佟必i n t e r n e t 鲍基醴蛰议k 到l p 戆缺陷、宓羹上一蹙著不安全戆 加密算法、开放与共享的网络等等，均怒引起安企问题的重要原因，在建设工 稷网上撂投标系统中主要会遇到以下阉题： ( 1 ) 信息泄漏问题 投标嫩务的执行过程必须在安全的环境中进行，敏感数据的传输必须经过 加密。目前，很多招投标平台的敏感数据( 如标单信息、招投标文件等) 在网 上仍然是明文传送，很窑易被截获或窃瞬到，为建设工程网上招投标带来便利 的同时也存在着安全隐患。 f 2 ) 信息的真实性和完整性问题 招投标过程中的敏感俯息( 挪投标价格等) 在网络上传输的过程中，可能 被他人非法修改、删除或煎放( 接只能馒用一次的信息被多次使用) ，这撵使信 息失去了真实性和完整性= 敏感文件在传输和存储过程中，必颓保证不谶篡改 ( 3 ) 信息破坏问题 武汉理工大学硕十学位论文 由于网络的软硬件故障可能使信息丢失或错误，同时，计算机网络本身容 易通到一些恶意程序的破坏，如计算机病毒，特洛伊木马及逻辑炸弹等。 f 4 ) 身份认证问题 建设工程网上招投标系统的另外一个困难是用户身份认证，包括交易伙伴 之间的相互认证和中介机构的认证等。身份验证的主要目标是确认信息发送者 的真实身份和验证信息的完整性，即确认信息在传递和存储过程中未被篡改过。 传统方式由于使用的通信网络是增值网或专用网，可以使用比较复杂的专用加 密和认证技术，因此在数据存取控制、数据归档、数据恢复、网络使用、客户 验证、信息发送以及安全性上具有很高的可靠性。但这些在利用i n t e m e t 作为信 息渠道时却难以得到有效的保证。由于i n t e r n e t 的开放性，参与交易的双方都迫 切地需要确认对方的身份。用户在登录业务系统时，必须通过有效的身份认证。 身份认证手段要求是可靠的和不易攻击的。同时，业务系统要能根据用户的身 份进行访问权限控制，防止信息泄漏和非授权用户执行非法操作。还要求具有 “不可抵赖”性，招投标的双方对自己的行为负责，信息的发送者和接收者都 不能对此予以否认。进行身份认证后，如果出现抵赖的情况，就有了抗否认的 依据。 ( 5 ) 客户端安全问题 开放网络环境下进行信息传输时，用户在客户端面临很大的安全风险，因 为客户程序的真实性得不到保障。在很多情况下，用户无法对所在的客户节点 给予足够的安全信任，比如通过饭店的计算机进行交易时，用户显然不可能对 所使用的计算机给予充足的信任。产生安全问题的原因在于用户没有进行密码 处理的能力，因此必须将密钥提供给客户程序，让客户程序去完成相应也几乎 是全部的工作。对于一个恶意或存在安全缺陷的客户程序而言，攻击者很容易 获取用户的密钥，并进一步获得用户的所有权限。而且，安全问题还存在于用 户的密钥本身，用户一般需要记住密钥，这就面临着古老的但是事实证明也是 有效的字典攻击的威胁。恶意或存在安全缺陷的客户程序仍然使攻击者很容易 获取用户的密钥，用户仍然需要冒巨大的安全风险完全信任所使用的客户程序。 1 4 建设工程网上招投标的发展方向 如果把目前互联网上进行的建设工程网上招投标称作“不完全网上招投标”。 那么未来的“完全网上招投标”( 或称作“全过程网上招投标”) 模式的流程应该 大致是这样的：招标人在招投标网站上发布招标公告；潜在投标人在网上报名； 资恪预审通过后，用电子货币购买电子招标文件：编制好投标文件后，通过加密 方式将数据上传至招投标网站：在投标截止时间，各投标文件同时解密；招标人、 武汉理_ 大学硕上学位论文 评标委员会成员在网站现场，就投标文件中的问题向投标人在线质询；评委进行 评标，确定中标人( 开标至定标，行政监督和公证人员均在网站现场进行监督) ； 最后承包、发包双方签约( 可通过数字签名方式签字) ；并通过网上银行在线支付 工程预付款。至此除了现场踏勘以外，招投标中全部环节都在互联网上得以完 成。如果这种设想能够成为现实的话，互联网在招投标中的作用可以发挥到极致， 而且可以大大节省招投标的费用开支，为形成建筑有形市场创造客观条件。 藏汉瑾工大学矮 掌建设文 第二童电子商务的安全 2 1 电子商务基础知识 膨谓电子商务( e l e c t r o n i cc o m m e r c e 戏e l e c t r o n i cb u s i n e s s ) 就是利用 诗繁狡技术、丽终技术和运稷送信技术，实现整个蔫务过程中斡龟孑讫、鼗字 化和网络化。它的具体含义是指进行电子商务交易的供黼双方，通过企业内部 网( i n t r a n e t ) 、外部网( e x t r a n e t ) 、因特网( i n t e r n e t ) 锷各种网络平台，完成 亵务交易兹过程。这些过程毯掇：发毒蠢务瀑求售惠，嬲上订货及确认订货、 身份的认证、电子支付过程等。 广义的电子商务是指电子工具在商务活幼中的应用，包括商业机构、政府 机槐、金事业单缀种事务的电子他、网终化，如电子商务、电子政务、电子 公务等。狭义的魄予商务是搔在信惠社会中，掌握蔼怠羧术和商务授术的人， 系统化运用网络和计算机技术，高效率、低成本地从事以商品交换为中心的各 种商业事务活动，如电子广告、电子购物、电子商场，电子银行、电子合同签 约、逸子谈羚等。 电子商务是信息时代商务模式的实质瞧变革，也是未来商务活动方式的发 展方向。电子商务系统是一个综合系统，其实施牵涉到数据传输、电子广告、 售患安全、社会傣溺蒋系、浃终环境、经济秩序诸方嚣，建一个与社会太环境 怠意糟关并独其完整结构体系的系统工程， 电子商务发展大概经历了四个阶段： 1 、通过i n t e r n e t 网以曩发送电子邮 牛方式来传递商业信息； 2 、公司袋企簸在i n t e r n e t 瓣上发奄w e b 主趸，怒全盘翡囊蘩售爨发布鬟 i n t e r n e t 网上： 3 、i n t e r n e t 网上的交互式信息交换； 4 、不受时阕秘空闻强铡敬凌线商务滠韵。 从最初的利用电子邮件来传递商、韭信患到现在的在线商务活动，电子商务 的发展已经曰趋宽善，它对参与贸易的双方的企业内部筲理信息系统的要求也 越袋越高。企业的嘲上贸易潘幼不再只局照予定对更新主页数搀或信息，也不 是麓萃弱企整闻邋行电子数攥终簸，它要求企监建立一个集残肉并帮信息静大 系统，尽可能实现信息的实时控制和交换，最大限度的突破商务活动的时间和 空间的限制，实观电子商务优势。 藏淡理工夫学硕 氆0 往论文 2 2 电子商务的安全隐患 瓣为毫子褒务楚澍霸诗冀秘瓣终故信息交羧来实瑷魄子交易豹，矮隧冠是 涉及到计算机网绦的安全问题无疑对于电予商务都有着熬娶的意义。幽然，电 子商务的安全也存在着自身的特点。目前电子商务的安全隐患主要有： t ) 系统中鞭酸坏系统的蠢效性 网络故障、襟传、程序、礤俘、软伟罐谈及病毒都能静致系统菲正常工作， 贸易数据在确定的时刻和地点的有效性不能得到保证。 2 ) 窃听信息破坏系统的机密性 暹逶搭线帮魄磁灌瀑等手段造残瓣癌惑浚潺：或对照务滚量送行分毒螽纛获 取有价值的商业情报等行为会损害系统的机密性。 3 ) 篡改信息破坏系统的完整性 数据输入射瓣爨掺差错或欺诈行为；数键健辕中薅患毅丢失、重焚或次亭 差舅酃可能导致贸易各方信息斡差异，从而影嫡贸荔各方信息的完整性。 4 ) 伪造信息破坏系统的真实性 确定贸易双方交易信息的真实和可靠怒保诞电子商务顺利进行的关键。在 毫予蕊务方式下，遥过手写签名帮鼙章进行爨易双方静鍪翔楚不哥黪懿。毽诧， 在交翁信息的传输过程中为参与交易的个人、企业或国家提供可靠的标识成为 必需。 ) 黠交易行凳避嚣羝栽羹求系统具豢霉查能力 当贸易一方发现交易行为对自己不利时，可能会否认电子交易行为。因此 要求系统具备审亵能力，以杜绝交易任何一方的抵赖行为。 2 3 电子商务安全蜃涉及到兹技术 电子商务安众的技术问题能括通信安全技术和计算机安全技术两个方面， 二者共嗣维护惹臻愚安全。 2 3 1 保证通信安全所涉及n a , j 技术 1 ) 售息热密技术。信息热密技术是僳黠信息安全豹竣基本、最核心的技 术臻施和理论蒸硝。信息和密邋程由形形琶龟的船密算法来具体实藏，它隧较 小的代价获得较大的安全保护。 2 ) 信息确认技术。信息确认技术通过严格限定信息的共享范围来达到防 走信息被 法爨逡、蓥改帮缓嚣。一个安全瓣薅愚确谈方絮应该疑馒： a ) 合法的接收者能够验证其收到的消息是否真实； 6 鼗浸理工 学礞土学位论曼 b ) 发信者无法抵赖自己发出的消息； c ) 除合法发信者外，别人无法伪造消息； d ) 发生争执辩可由第三久傍裁。按照其具体鹭夔，信息确谈系绞萄分为 消虑确认、身份确认和数字签名。 3 ) 网络控制技术。包括： a ) 醛火墙技术。它是一耪允诲接入夕 郏阚络，毽潮露又姥够识剐露羝挠 非授权访问的网络安全技术。 b ) 审计技术。它使信息系统自动记录下网络中机器的使用时间、敏感操 作和违纪操作等。 o ) 访海控稻技术。它允诲箱户对其蘩搏懿售惑蓐逡舒适当投秘妁谤游， 限制他随意删除、修改或拷m 信息文件。访问控制技术还可以使系统管理员跟 踪用户在网络中的活动，及时发现并拒绝“黑客”的入傻。 d ) 安全癸议。整个弼终系统熬安全强度实琢上取决予襞馕蠲豹安全协议 的安全性。 2 3 2 保证计算机安全所涉及到的技术 计算梳安全涉及计算视硬件、软件和数据的安全。所涉及的技术问题主要 有： 1 ) 容错计黪机技术。容锩计算枫具礴的基本特点怒：稳定可靠的电源、 疆箱馥障、豫谣数獾鞠宠整髋； 鞋数器滚复等。当任蒋一个霹操 乍懿予鬈统遭蚕 破坏后，容错计算机能够继续藏常运行。 2 ) 安全操作系统。操作系统是计算机工作的平台，般的操作系统都在 一惑程度上具有游润控剩、安全内孩窝系统浚诗等安全功能。 3 ) 计算机艨病毒技术。计算机病毒蕊实是一种在汁算机系统运行过程中 能够实现传染和侵害的功能程序，是影响计算机安全不容忽视的重要因索。另 外，实际上任何安全技术都防藏不了内部人员的 乍寨，出子用户自身的豌忽和 用户虎部的疆嚣章予为所弓 超的麓栗，箕严黧髓远远超过蠢于夕 部入餐蕊 起酶 危寄。因此，要从管理制度上米弥补技术上的不足，以保证网络的安全性。 2 。3 电子裔务的安全体系结构 电子商务的安全体系结构如图2 1 所示，包括以下部分：基本加密算法； 以基本加密算法为基础的c a 体系以及数字熊名等基本安全投术：以基本加密算 法、安全技术、以 搴系为基穑熬备耱安全应爝蛰议。 武汉埋工大学顺士学位论文 图2 1 电子商务的安全体系结构 以上部分构成了电子商务的安全体系，在此安全体系之上建立电子商务的 支付体系和各种业务系统。 2 4 国内外研究现状 2 4 1 国外的技术发展情况 国际上信息安全的研究起步早，力度大、积累多、应用广。 1 ) 安全体系结构基础 8 0 年代，美国国防部基于军事计算机系统的保密需要，在7 0 年代的基础 理论研究成果计算机保密模型( b e l l & l ap a d u l a 模型) 的基础上，制订了“可 信计算机系统安全评价准则”( t c s e c ) ，随后又制订了关于网络系统、数据库 等方面的系列安全解释，形成了安全信息系统体系结构的最早原则。至今美国 已研究出达到t c s e c 要求的安全系统( 包括安全操作系统、安全数据库、安全 网络部件) 产品1 0 0 多种。t c s e c 带动了国际计算机安全的评估研究。9 0 年代 初，西欧四国( 英、法、德、荷) 针对t c s e c 准则只考虑保密性的局限，联合 提出了包括保密性、完整性、可用性概念的“信息技术安全评价准则”( i t s f c ) ， 但是该准则中并没有给出综合解决以上问题的理论模型和方案。1 9 9 1 年，六国 七方( 美国国家安全局和国家技术标准研究所、加、英、法、德、荷) 共同提 出了“信息技术安全评价通用准则”( c cf o ri t s e c ) 。c c 综合了国际上己有的 评审准则和技术标准的精华，给出了框架和原则要求。然而，作为将取代t c s e c ， 用于系统安全评测的国际标准，它仍然缺少综合解决信息的多种安全属性的理 论模型依据。同时，它们的高安全级别的产品对我国是封锁禁售的。 2 ) 安全协议桥梁 协议是指信息交换、传输、处理、存储、认证、加密等等过程的一组约定 武汉理t 太学硕学位论文 的艘硒。目前最典型的有s s 。 办议和s e t 协议。s s t 。( s e c u r es o c k e tl a y e r ) 协议是n e t s c a p e 公司开发的用于w w w 上的会话层安全协议，用于保护传递于用 户溺览器车嚣w e b 服务器之闯的敏感数据，通过超文本传输耱议( 湃t p ) 或安全 的超文本协议( s - h t t p ) 把密码应用于超文本坏境中，从而提供多种安全服务， 成为今天宅予商务应露中广泛重褫静协浚之一。s e t ( s e c u r ee l e c t r o n i c t r a n s a c t i o n ) 是v i s a 、m a s t e r c a r d 和i b m 等公司合作开发的用于开放网络进 行亳了支付麓安全协议，蠲予保护麓户、裔家和镊纾之闻筑支付信纛安全，这 个协议考虑的安全因索多，安全保护的功能比较完蒋严谨，但是也比较复杂， 实瑷跑较困滚。 3 ) 密码技术核心 美国学者提出熬公开褰锈密码髂锾克黢了网终信怠系统蜜钥饕遴夔困鼹， 同时解决了数字签名问题，并可用于身份认证，它是当前研究的热点。由于计 算瓤簸力懿邀逮增爨，己缀爨遥了骏译d e s 兹专矮攘器。d e s 己不滚是安全 需要，美国溅积极推动适用于2 1 世纪的新的加密标准a e s 的研究。计算机运算 速度戆不叛鼹寒，套耱密秘冀洼嚣冁着瑟熬密鼹薅剿魏量予密羁、d n a 密鼹、 混沌理论正处于探索中。基于密码理论的综合研究成果和可信计算机系统的研 究残暴，擒建公开密鲷基磁设藏p k i ，密镄管理基戳设燕已藏为当藤静另令 热点。 2 4 2 国内的技术发展情冼 我嚣戆信患安全聿亍遂逶避学习、较毂、瀵纯t c s e c 豹器爨，取缮了一定涎 成绩。但我豳的网络信息安全研究起步晚、投入少、研究力量分散，与技术先 进戮家毒差距，4 毒到是在系绞安全秘安全协汶方夏戆工 乍与鏊癸差蹉更大。磷 究和建立创新性安全理论和系列算法，对我国而言仍是一项艰巨的任务。 武澈理工大学颂l 学位论义 第三囊信患加密技术 信息加密技术是保障信息安全的最基本、最核心的技术措施，是所有其他 傣悫安全技本懿疆论基萋窭，是贯穿整个僖怠安全豹主线。售惠_ 鸯嚣密过罄癌澎形 色色的加密算法来具体实施，它能够以较小的代价获得较大的安全保护。 3 1 密码学纂础 明文：信息的原始形式( p l a i n t e x t ，通常记作p ) 。 密文：明文缀过变换加密后的形式( c i p h e r t e x t ，通常记作c ) 。 加密：由明文变成密文的过程称为身甜密( e n c i p h e r i n g ，记馆e ) ，加密通 常是由加密算法来实现的。 簿密；将密文变成嚼文的遭耧称为解密( d e c i p h e r i n g ，记律d ) ，解密是由 某种解密算法来实现的。 密镶：为了霄效遗整铺加密籀解密算法的实现，在其处理过稷中要有通讯双 方掌握的专门信息参与，这种专门信息称为密钥( k e y ，记作k ) 。 密钥k 。国 ，、 陬司竺一一再品l 坚l 司 l l 。l 。 图3 一l 单钥密码体制 武汉理工人学硕上学位论文 铲 加密密钥k e 。国 i 解密密钥k d ， 网竺陌司竺兰陌习 1 【l 一 图3 2 双钥密码体制 加密算法实质上是要完成某种函数c = f ( b k ) 的运算。这个函数具有两个自 变量，即p 和k ，它们经过f 作用后得到密文c 。然而，对于一个确定的密钥 k 来说，就可以看作是只有一个自变量的函数，记作e k ，称为加密变换，因此 加密算法可以记为：c = e k ( p ) ，即加密变换e k 作用到明文p 上后得到密文c 。 同样，解密算法实质上是完成某种函数p = q ( c ，k ) 的运算。对于一个确定的 密钥k 来说可以记为：p = d k ( c ) ，d k 为解密变换。即解密变换d k 作用到密文c 上得到明文p 。 由此可知，为使明文p 加密后的密文c 经解密后仍能恢复到原来的明文p ， 就必须有：p = d k ( c ) = d k ( e k ( p ) ) = d k 4 e k ( p ) ，因此就要求：d k + e k = i 。i 是恒等变 换，也就是说d k 是e k 的一个逆变换。 3 2 密码学的发展过程 密码学的研究始终围绕着寻找更强、更好的密码体制而进行，它经历了凯 撒式的代换密码、单表代换密码、多名代换密码、多表代换密码、转轮密码和 多字母代换密码等古典密码体制，最终发展到现代的密码体制。在密码学发展 的历史中，s h a n n o n 于1 9 4 8 年发表的通信的数学理论首次把数学理论运用 于通信，丌创了通信研究的新视角，在科学和工程界引起了强烈反响。之后他 于1 9 4 9 年发表的保密通信的信息理论，进一步把密码学的研究引入了科学 的轨道，使密码学和密码破译学的研究工作奠基在一个重要理论基础信息 论之上，创立了信息论的一个新学科单钥密码学。7 0 年代中期，d i f f e 和 h e l l m a n 发表了密码学的新方向一文，对单钥密码体制提出了革命性的改 进思路，提出一种崭新的密码体制，即公开密钥体制( 或称双钥体制) 。该密码 体制允许发送方和接受方之间无需事先交换密钥就可建立起保密通信。与此同 时，美国困家标准局( n b s ) 于1 9 7 7 年1 月1 5 日正式公布了美嘈数据加密标 准d e s 。d e s 加密算法的公开及其广泛的应用于商用数据加密，作密码学研究 史上是第；i 。这举动吸引了许多数学家、计算机专家和通信￥界的研究 武汉理t 大学硕士学位论文 人员参加密码学的研究，大大推进了密码学研究的进展。 到目前为止，密码学已成为结合数学、计算机科学、电子与通信等诸多学科 于身的交叉学科。密码学中出现了大量的新技术和新概念，例如零知识证明技 术、自签名、比特承诺、遗忘传递、数字化现金、量子密码技术、混饨密码等。 它己不仅仅具有信息加密功能，而且具有数字签名、身份验证、秘密分存、系 统安全等功能。所以，使用密码技术不仅可以保证信息的机密性，而且可以保 证信息的完整性和确证性，防止信息被篡改、伪造或假冒。 3 3 单钥密码体制 3 3 1 对称密钥密码技术 这种体制的加密密钥和解密密钥相同或者本质上相同( 即从其中一个可以 很容易的推出另一个) 。其典型代表是美国的数据加密标准d e s ( d a t ae n c r y p t i o n s t a n d a x y ) 。其优点是具有很高的保密强度，但它的密钥必须按照安全途径进行 传递，密钥管理成为影响系统安全的关键性因素，难于满足开放式计算机网络 的需求。单钥( 对称) 加密体制存在着以下问题： 1 1密钥使用一段时间后就要更换，加密方需经过某种秘密渠道把密钥传送 给解密方，而密钥在此过程中可能会泄露。 2 1网络通信时，如果网内用户都使用相同的密钥，就失去了保密的意义； 但如果网内任意两个用户通信都使用互不相同的密钥，密钥量太大难于管理。 3 、无法满足互不相识的人进行私人谈话的保密性需求。 4 )难以解决数字签名验证的问题。 3 3 2 d e s 算法 数据加密标准d e s ( d a t ae n c r y p t i o ns t a n d a r d ) 是众所周知的对称密钥 分级加密算法，d e s 是一种分组密码，加密时，首先将明文分成长度为6 4 比特 的由o 、1 组成的串，密钥也是长为6 4 比特的串，不过仅有5 6 位有数，其它8 位用于奇偶校验。 设明文m = m i m 2 m 6 4 ，密钥k = k l k 2 k 8 4 ，其中k i = o 或l ，i = l ，2 ，6 4 ，加 密过程可表示为： d e s ( m ) = i p “( 一1 ) t l6 t 1 j - t 2 t l i p ( m ) 式中：i p 是明文m 的初始置换，它将明文m 按照一种特定的次序进行排州： i p ( 一1 ) 是i p 的逆置换。i p ( 一l j 满足i p i p “( 一1 ) = i p ( - 1 ) i p = 1 ；t i 是d e s 武汉型工人学硕l4 学位论文 的迭代过程。 首先将明文1 1 1 按初始置换进行排序成为i p ，然后进行d e s 的迭代过程。这 个迭代过程共分为1 6 步。在进行某次迭代时，首先将一次的迭代结果分为两部 分l i _ l r i - 1 ，各3 2 比特，则r i = l 。一1 ( + ) f ( r i - l ，k i ) 式中；( + ) 为按位作不进位 加法运算；k 。是由6 4 比特的密钥k 按照一定的算法产生的子密钥；f ( r i 一1 ，k i ) 为f 函数。 因此d e s 的关键就是要实现函数f ( r i i ，k 。) ，它是将3 2 比特的输入r i _ i ， 在子密钥k i 的作用下转化为3 2 比特的输出，见图3 1 。 3 2 b i 图3 一ld e s 密码中f 函数的实现 首先将r i 一1 由3 2 比特膨胀为4 8 位，然后与k i 进行按位作不进位加法运 算。将结果分为顺序的8 组，每组6 比特，分别通过s 1 ，s 2 ，s 8 盒后又缩为 3 2 比特，即每盒的输入为6 比特。将s 盒输出的3 2 比特经p 置，最后便可得 到f ( r 。_ i ，k i ) 。 迭代结束后，再对迭代结果进行一次i p 。( 一1 ) 置换，就得到了密文。 d e s 解密过程实际上就是加密的逆过程。不同之处仅在于第一迭代时使用 子密钥k 1 6 ，第二次使用k 1 5 ，最后一次使用k l ，使用算法本身并没有变化。 由于算法不是本文讨论的重点，在此就不再赘述，可以参考 1 1 。 武汉理工大学硕士学位论文 3 3 公钥密码体制 3 3 1 公开密钥密码体制 对称密钥对数据进行加密和解密用的是同一把密钥。对称密钥的问题在于 密钥只能让发送方和接受方知道，交换密钥既不方便也不安全，另外速度也比 较慢。更主要的问题在于密钥的数目要比参与通信的网络图的节点数目大得多， n 个节点组成的通信网络的交换线路( 只考虑点对点通信，而不考虑广播式通 信) ，其连线的数目是c ：。当n 为5 0 时，连线数目可以达到1 2 2 5 。为了保证 在这个小网络内部的保密通信，需要维持的密码数目达到2 4 5 0 个( 极端情况) ， 如果组织结构是树状的，连线数会少些。但是考虑到密码的生成、传递、变更 等环节的操作，在对称密钥体系中，密钥的管理是一个困难的工作。 1 9 7 6 年，d i f f i e 和h e l i m a n 为解决密钥管理问题，提出一种密钥交换协议， 允许通讯双方在不安全的媒体上交换信息，安全地达成一致的密钥，即“公开 密钥密码体制”。其中加密密钥不同于解密密钥，加密密钥公之于众，谁都可以 用：解密密钥只有解密人自己知道。它们分别称为“公开密钥”( p u b l i c k e y ) 和“秘密密钥”( p r i r a t e k e y ) 。 在公开密钥密码技术中，每个通信节点有一对密钥。一个为公开密钥，另 一个为秘密密钥。这样在n 个节点的网络中维持2 n 个密码即可。保密通信时， 可用接收方的公开密钥进行加密。接收方则用其秘密密钥进行解密，这样就实 现了密文通信。 公开密钥密码系统的一大优点是不仅可以用于信息的保密通讯，而且可以 用于信息发送者的身份验证或数字签名。 3 3 2r s a 公开密钥算法原理 r s a 算法的名字以发明者的名字命名：r o nr i v e s t ，a d is h a m i r 和l e o n a r d a d l e m a n 。r s a 的安全性依赖于大数分解。公钥和私钥都是两个大素数( 大于i 0 0 个十进制位) 的函数。据猜测，从一个密钥和密文推断出明文的难度等同于分 解两个大素数的积。 密钥对的产生。选择两个大素数，p 和q 。为了获得最大程度地安全性，两 数的长度一样。计算：n = p * q 然后随机选择加密密钥e ，要求e 和( p - 1 ) ( q - 1 ) 互质。最后，利用e u c l i d 算法( 欧几罩德扩展算法) 计算解密密钥d ，满足e * d = l ( m o d ( p - 1 ) ( q - 1 ) ) 则 d = e 1 ( 1 ) m o d ( ( p 1 ) $ ( q - 1 ) ) 。 武汉班_ ：【= 大学硕士学位论文 其中n 和d 也要互质。数e 和n 是公钥，d 是私钥。两个素数p 和q 不再 褥要，应该丢弃，不要薮任露久鳃遘。 加密信息i l l ( 二进制表示) 时，首先把m 分成等长数据块m l ，m 2 ，1 1 1 ， 块长s ，葵孛每个瑶i 鲶长凄 = n 瓣长度，s 尽可黢的大。对应熬密文是； c i = r n 【i a e ( m o dn ) ( a ) 簿密瓣终热下诗算： m i = c i d ( m o dn )( b ) r s a 可用于数字签名，方囊是焉( a ) 式签名，国) 式验涯。其终操 乍瓣考虑 到安全性和m 信息量较大等因素，一般怒先作h a s h 运算。 由予葵法不楚本文讨论载重点，在戴藏不秀赘述，可跌参考 1 l 】。 3 3 3r s a 局限性与实用考虑 r s a 由于它特有的算法机制，在实现上有其局限性，主要肖：产生密钥很 臻矮，努缀长度太大，梵傈辽安全缝，n 至少奁6 0 0 眈黪鞋上，镬运筹代翁缓 黼，尤其是速度较慢，比对称密码算法慢几个数馕级。 在瓣终孛全郄弱公钥密玛钵簇来黉遴凝密售惑是没蠢必要黪，遣楚不现实 的。在传送机密信息的网络用户双方，如果使用某个单钥密码体制，如d e s ， 阉畦侵鼷r s a 等公开密磁髂割寒姥送d e s 戆塞钥，裁可激综会发挥瑟器寮鼹终 制的优点，即d e s 的高速简便性和r s a 密钥管理的方便性和安全性。 武汉理工大学硕上学位论文 第四章网络安全系统运行的基磷一p k i c a 体系结构 4 1 基本概念 由于网上交易的人不可能都互相认识，为了确保交易的顺利进行，必须在 互联网中建立芳维掩一季申令人信任的环境和机制。因此应用鼹有效的安全技术， 建立电子商务安全体系结构，已成为电子商务建设中首先需要解决的问题e 基 于公钥基础设施p k i c a 认涯的数字证书解决方案，现己被普遍采用。下磷首 先介绍该安企体系中的几个基本概念。 1 加密密钥对 发送者欲将加密数据发送给接收者，蓠先要获联接收纛公开的公锯，并篪 此公钥加密臻发送的数据，即可发送；接收者在收到数据厝，只需使用自融的 私锶郎可将数据解鬻。此过程中，假如发送斡数掭被菲法截获，由于私锈并未 上网传输，日# 法用户无法将数据解密，更无法对文件做任何修改，从而确保了 文伟的祝密髓和完黧往。 2 数字签名与数字信封 公钥密褐俸翩夜实际应稻孛包含数字签名和数擎信封两种方式。 ( 1 ) 数字签名是指用户用自己的私钥对原始数据的哈希摘要进行加密所得 懿数据。信繇揍浚纛使爰僖怠发送豢兹公锈瓣辩在驻始绩患蓐静数字签名逡行 解密后获得哈希摘要，同时自己用收到的原始数据产生哈希摘要，两者相对照， 霞可镶信覆始倍惠怒否被篡改。这群就徐谖了数据转输懿不弩否试魏。 哈希算法是一类符合特殊要求的散列( h a s h ) 黼数，这些特殊黉求是： 接受静输入投文数攒没有长发限毒l ： 对任何输入的报文数据都生成固定长度的摘爱( “数字指纹”) 输出； 枣掇交戆方谴墟冀国擒要； 难以对指定的摘要擞成一个报文，但由该报文可以得出指定的摘要： 难叛生藏蘸个不嚣懿皴文爨蠢相霹静攘要。 ( 2 ) 数字信封的功能类似于普通信封。普通信封猩法律的约束下保证了只有 敦镕人才栽潮读穰懿癌客；数字缓封羽采髑密羁鼓零保涯了哭有援定戆揍投入 才能阅读信恩的内容。数字信封中采用了单钥密码体制和公钥密码体制。信息 发送者蓄毙秘窝琏凝产生熬_ 5 c 雪稳密鹚老瑟密继患，霉裂震接收方熬公锾热密对錾 密码，被公钥加密厩的对称密码被称之为数字信封。在传递信息后，信息接收 方要髂密信惑时，必须先震璺己豹私钥鼹寮数字绩瓣，褥到对兹密鹨，孝筑利 用此对称密码解密所得到的信息。这洋就保证了数据传输的真实性和完整性。 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 3 数字证书及其应用 ( 1 ) 数字证书 电子商务中安全措施的实现主要围绕着数字证书展开的。数字证书 fc e r t i f i c a t e ) 提供的是网络上的身份证明。在电子交易的各个环节中，交易的 各方都需要验证对方证书的有效性，从而解决相互间的信任问题。 从证书的用途来看，数字证书可分为签名证书和加密证书。签名证书主要 用于对用户信息进行签名，以保证信息的不可否认性；加密证书主要用于对用 户传送的信息进行加密，以保证信息的真实性和完整性。 数字证书拥有者可以将其证书提供给其他人、w e b 站点及网络资源，以证 实他的合法身份，并且与对方建立加密的、可信的通信。证书除了用来向其它 实体证明自己的身份外，还同时起着公钥分发的作用，每份证书都携带着持有 人的公钥，签名证书携带的是签名公钥，信息加密证书携带的是信息加密公钥。 所有实体的证书都是由一个权威机构一c a 机构( c e r t i f i c a t e a u t h o r i t y ) 发行的， 人们可以在交往中用它来识别对方的身份。 简单的说，数字证书是一段包含用户身份信息、用户公钥信息以及c a 机 构数字签名的数据。c a 机构的数字签