（模式识别与智能系统专业论文）基于策略的web服务安全模型与架构研究.pdf

摘要 摘要 随着w e b 服务技术应用的不断深入，w e b 服务的安全问题日趋凸现。通过 w e b 服务安全标准及相关x m l 安全加密、签名规范的规定，w e b 服务实现了基 本的安全配置管理。但是由于相关实现方法研究的深入，各种安全策略的发展呈 现了多元化的发展趋势。本文立足此背景，对w e b 服务的安全策略应用进行研 究。 在研究应用w e b 服务安全策略的方向中，安全策略模型和安全架构是当今 研究的主要方向。本文提出了一套完整的基于安全策略模型的w e b 服务安全架 构，以实现各种策略与w e b 服务架构的动态结合。本文的研究内容包括两个主 要部分。 ( 1 ) 构建基于策略的w e b 服务安全架构。本文构建了可以适应策略动态变 更、部署的基础架构。在架构当中，策略辅助服务实现策略查询和下载，策略管 理平台实现策略管理，消息处理器实现策略的部署、应用以及变更。 ( 2 ) 设计适应架构消息传递的策略模型。本文设计并实现了一种基于属性 和验证方法的策略模型。与传统模型相比，具有更强的扩展性和灵活性。通过对 属性的规定，可以实现策略属性的任意选择；通过对验证方法的规定，增强了策 略模型对于标准协议和非标准协议的支持。同时通过策略组合方法，实现策略的 复用和更复杂策略的实现。 本文所述w e b 服务安全框架基于a x i s 开源框架和j 2 e e 技术设计开发。结 合平台特点，本文实现利于扩展的轻量级策略动态部署架构。通过进行策略的管 理，可以支持各种标准、非标准的w e b 服务安全访问策略。 基于此架构和模型的应用，可以将安全策略的设计与安全架构的实现分离， 更有利于对安全架构和策略的研究，并对w e b 服务标准的扩展提供建议。同时 基于动态部署的安全策略，有利于系统策略的升级和安全加固的实施。 关键词w e b 服务；策略；安全架构；a x i s a b s t r a c t a b s t r a c t w i mt h ei n d e p t hs t u d yo ft h ew e bs e r v i c et e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n t h ei s s u eo f t h ew e bs e r v i c es e c u r i t yi ss e r i o u si n c r e a s i n g l y v i at h ea p p l i c a t i o no ft h ew e bs e r v i c e s e c u r i t ys t a n d a r da n dc o r r e l a t i v ex m ls e c u r i t ys p e c i f i c a t i o no ne n c r y p t i o na n d s i g n a t u r e ，t h ew e bs e r v i c ec a nb eb u i l tu pt h eb a s i cs e c u r i t yc o n f i g u r a t i o na n d m a n a g e m e n t b u tt h ei n - d e p t hs t u d yo ft h ew a y o ft h ea p p l i c a t i o n ，t h ed e v e l o p m e n to f e v e r ys e c u r i t yp o l i c ya p p e a r sm u l t i v a r i a t e b a s e do nt h i sb a c k g r o u n d ，t h i sp a p e rd o e s ar e s e a r c ho ft h ep o l i c ya p p l i c a t i o no ft h ew e bs e r v i c e i nt h ew a y so ft h ew e bs e r v i c es e c u r i t yp o l i c yr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n ，t h e s e c u r i t yp o l i c ym o d e la n dt h es e c u r i t ya r c h i t e c t u r ei st h em a i nw a y o ft h er e s e a r c ha t p r e s e n t t h i sp a p e ra d v a n c e sac o m p l e t ew e bs e r v i c es e c u r i t ya r c h i t e c t u r eb a s e do n s e c u r i t yp o l i c ym o d e lt o a c h i e v et h ei n t e g r a t i o no fe v e r yp o l i c ya n dw e bs e r v i c e a r c h i t e c t u r ed y n a m i c a l l y t h e r em a i n l ya r et w op a r t so ft h er e s e a r c hi nt h i sp a p e r ( 1 ) c o n s t r u c tt h ep o l i c y - b a s e dw e bs e r v i c es e c u r i t ya r c h i t e c t u r e t h i sp a p e r a d v a n c e st oc o n s t r u c tab a s i ca r c h i t e c t u r et o a d a p tt ot h ed y n a m i cc h a n g ea n d d e p l o y m e n to ft h ep o l i c y i nt h i sa r c h i t e c t u r e ，t h ep o l i c ya s s i s t a n ts e r v i c e sa r e r e s p o n s i b l ef o rq u e r ya n dd o w n l o a dt h ep o l i c y ，t h ep o l i c ym a n a g e m e n tp l a t f o r m r e a l i z e st h ep o l i c ym a n a g e m e n t ，a n dt h em e s s a g eh a n d l e r sh e l pt ot h ed e p l o y m e n t ， a p p l i c a t i o na n dc h a n g eo ft h ep o l i c y ( 2 ) d e s i g nt h ep o l i c ym o d e lt oa p p l yi nt h ea r c h i t e c t u r ef o rm e s s a g et r a n s p o r t t h i sp a p e rd e s i g n sa n dr e a l i z e sap o l i c ym o d e lb a s e do nt h ea t t r i b u t ea n dv e r i f i c a t i o n c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm o d e l ，t h i sm o d e li sm o r ee x t e n s i b l ea n df l e x i b l e v i a t h es p e c i f i c a t i o no ft h ea t t r i b u t e ，i tc a nr e a l i z et h ed i s c r e t i o n a ls e l e c t i o no ft h ep o l i c y a t t r i b u t e v i at h es p e c i f i c a t i o no ft h es p e c i f i c a t i o n ，i tc a nr e i n f o r c et h es u p p o r tt ot h e s t a n d a r da n dn o n s t a n d a r dp r o t o c o lo ft h ep o l i c ym o d e l m e a n w h i l e ，t h er 鼠l s eo f p o l i c ya n dt h ec o m p l e xp o l i c yc a nb er e a l i z e sb yt h ew a y t op o l i c yc o m p o u n d i n g t h ew e bs e r v i c es e c u r i t ya r c h i t e c t u r ei nt h i sp a p e ri sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d b a s e do nt h ea x i so p e ns o u r c ef r a m e w o r ka n dj 2 e et e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h e f e a t u r eo ft h ep l a t f o r m ，t h i s p a p e r c o n s t r u c t s e x t e n s i b l e , l i g h t w e i g h tp o l i c y d y n a m i c - d e p l o y m e n ta r c h i t e c t u r e v i at h ep o l i c ym a n a g e m e n t ，i tc a ns u p p o r ta n y s t a n d a r da n dn o n s t a n d a r dw e bs e r v i c es e c u r i t ya c c e s sp o l i c y t h ea p p l i c a t i o nb a s e do nt h i sa r c h i t e c t u r ea n dm o d e l ，c a l ls e p a r a t et h es e c u r i t y p o l i c yd e s i g na n ds e c u r i t ya r c h i t e c t u r e a n di tc a nh e l pt h er e s e a r c ho ft h es e c u r i t y a r c h i t e c t u r ea n dp o l i c ya n ds u g g e s te x t e n d i n gt h ew e bs e r v i c es t a n d a r d i na d d i t i o n ， t h es e c u r i t yp o l i c yb a s e do nd y n a m i cd e p l o y m e n tc a l lh e l pt h eu p g r a d eo ft h es y s t e m p o l i c ya n dt h ei m p l e m e n t o ft h es e c u r i t ys t r e n g t h e n i n g k e y w o r d s w e bs e r v i c e ；p o l i c y ；s e c u r i t ya r c h i t e c t u r e ；a x i s i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特另t l j j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：丝丝日期：丝堡星! 盘! 主q 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 耳卜眺龇赴 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景与研究意义 随着计算机应用的普及和网络技术的发展，数量众多且独立的基于企业级基 础架构的信息系统纷纷建立。为解决系统间的数据信息交换，企业应用集成 ( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，e a i ) 的概念被提出，并在上世纪末 得到很大的发展。企业应用集成技术按模式划分为三种形式n 1 ，面向信息的集成、 面向过程的集成和面向服务的集成。 其中面向服务的集成技术，所关注的集成对象是服务。目前主流所采用的服 务形式大多是w e b 服务。w e b 服务基于一系列可扩展的、跨平台的技术标准设计， 通过实现端到端的通信方式，可以更有效的实现企业应用的集成。 第一，w e b 服务可以增强企业应用的灵活性。w e b 服务的构建基于一种松耦 合模式开发，这种模式增加了w e b 服务组件的复用性和扩展性，从而使系统的扩 展更加容易，并保证原有服务组件的重用性。 第二，w e b 服务可以降低复杂性。w e b 服务的标准简单、通用、易于操作， 可以解决很多复杂的业务逻辑问题，因此被广泛应用于各个平台和语言环境。 第三，w e b 服务可以减少集成开发成本。在传统的e a i 集成过程中，构建系 统应用集成，需要购置平台相关的众多软硬件环境，以保证系统集成过程中平台 致性。但是w e b 服务建立在一套开放性标准之上，可以支持很多平台。对于原 有不支持w e b 服务的系统，通过改造，也可以构建w e b 服务的接口。并且由于 w e b 服务开发简单灵活，适用于各种e a i 的项目开发。 第四，w e b 服务的集成具有开放性。这点是以前所有的企业应用集成技术所 不具备的。因为w e b 服务构建自一套开放标准，被作为网络的核心发展技术之一， 众多应用只需要作一定的改造即可支持w e b 服务。w e b 服务具有跨平台、跨语言 环境、跨操作系统环境等特点，因此被作为网络最为通用信息传输模式之一。 w e b 服务基于x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，扩展标记语言) 标准设 计，由于x m l 不可执行的特点，导致w e b 服务除了具备携带数据的能力，在很多 数据通信功能的其他方面都有所欠缺，无法提供相应的功能，因此需要进行相关 的扩展。如本文研究的重点在于w e b 服务在安全方面的扩展。 w e b 服务安全的主要实现方法依赖于对于w e b 服务相关标准的扩展和平台的 支持。在标准方面定义w e b 服务策略描述语言，并将策略与具体安全实现方法相 结合，是实现w e b 服务安全的核心内容。w e b 服务的策略规定了在使用w e b 服务 时，所应用的访问方式，操作步骤等信息。通过这些信息达到正确访问w e b 服务 并得到结果的目的。具体到安全方面则规定了在访问某w e b 服务时，所需采用的 身份验证、访问控制等安全措施的方式。本文所提及的策略均指在w e b 服务安全 北京1 ：业人学t ! 字：硕十学何论文 中的策略。在平台支持方面，构建有利于端到端信息交互，实现各种安全策略的 架构，同时保证架构的扩展性和灵活性，以适应复杂多变的网络应用环境，是实 现w e b 服务安全的主要工作。 本文立足于实现基于策略的w e b 服务安全架构，从策略模型和安全架构两个 方面入手，以实现w e b 服务安全及安全的扩展与灵活部署。策略模型的作用是描 述所有访问w e b 服务使用到的验证、访问控制、安全加密等安全措施。安全架构 则需要实现灵活、扩展的实现流程，以实现策略模型在端到端的通信中的传递。 这项研究一方面有助于实现扩展的w e b 服务的标准，有利于w e b 服务功能的 完备性研究，另一方面为面向服务的信息集成提供支持。实现基于策略的w e b 服 务安全架构，有利于将进行安全技术的研究与w e b 服务的具体实现分离。从而使 面向服务的信息集成研究可以分解成各个方面，针对不同方面进行深入细致的研 究。 1 2 相关技术 w e b 服务是一个用以支持网路间不同机器的互动操作软体系统口。因此基于 标准的w e b 服务可以跨越任何网络分布式系统平台，如j 2 e e 、n e t 、c o r b a 等， 增加支持w e b 服务的分布式代理后任何系统都可以使用w e b 服务。本文使用的 平台是基于j 2 e e 的a x i s 开源w e b 服务容器，基于j a v a 语言进行开发，是实现 w e b 服务的基础平台。 w e b 服务建立在标准协议s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对 象访问协议) 、w s d l ( w e bs e r v i c ed i s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e b 服务描述语言) 之上，应用平台可通过定义w s d l 契约和s o a p 消息支持完成对w e b 服务的支持。 w s d l 负责描述w e b 服务，提供w e b 服务的调用端点、操作、参数等信息。s o a p 负责传递w e b 服务数据和w e b 服务的附件，实现端到端的数据交换。 随着w e b 服务在各个方面研究的深入，服务的标准也在不断的扩展。作为其 中最重要的一方面，服务安全中的w s s e c u r i t y 作为标准框架被提出。 对于w e b 服务的安全主要包括4 个方面h 1 ：传输级安全、消息级安全、数据 级安全和环境级安全。传输级安全，比如防火墙、虚拟专用网、基本认证、不可 否认性及加密等。消息级安全，比如认证令牌、来验证请求者的身份、用授权断 言来对提供者的服务进行访问控制。数据级安全，比如用于保护存储或传输中的 数据免遭窜改的加密与数字签名机制。环境级安全，比如管理、登录、审核以及 构建信任关系与通信模式。 1 w 3 c 组织关于w e b 服务的定义：aw e bs e r v i c ei sas o f t w a r es y s t e md e s i g n e dt os u p p o r ti n t e r o p o a b l e m a c h i n e - t o - m a c h i n ei n t e r a c t i o no v e ran e t w o r k i th a sa ni n t e r f a c ed e s c r i b e di nam a c h i n e - p r o c e s s a b l ef o r m a t ( s p e c i f i c a l l yw s d l ) o t h e rs y s t e m si n t e r a c tw i t ht h ew e bs e r v i c ei nam a n n e rp r e s c r i b e db yi t sd e s c r i p t i o nu s i n g s o a pm e s s a g e s t y p i c a l l yc o n v e y e du s i n gh mw i t ha l lx m ls e r i a l i z a t i o ni nc o n j u n c t i o nw i t ho t h e rw e b - r e l a t e d s t a n d a r d s 【2 1 2 第1 章绪论 w s - s e c u r i t y 主要关注于其中的消息级安全和数据级安全，但是w s - s e c u r i t y 并不是一套新的加密技术，也不是新的加密访问协议，w s s e c u r i t y 框架提供了 一系列的接口，以便与其他已有的安全协议进行绑定，只有这时网络服务的安全 才能得到保护。因此在实现w s s e c u r i t y 时，必须同时添加对其他安全协议的支 持，才能实现w e b 服务各级别的安全。因此实现w e b 服务安全需要在原有w e b 服 务传输协议上添加基于w s s e c u r i t y 的支持，并实现各种安全标准啼3 ，以及在w e b 服务的容器上增加一层安全性绑定的服务组件。 对于消息级安全，由于w e b 服务的安全保证必须是基于端到端的实现。所以 在这个级别需要选择其他形式的加密机制。另外就认证体制而言，s s l 不能支持 基于角色等高级认证机制，所以不能适应更加复杂的网络环境。而在应用层，一 些基于x m l 的认证机制逐步发展形成，如x 5 0 9 、k e r b e r o s 、s a m l ( s e c u r i t y a s s e r t i o nm a r k u pl a n g u a g e ，安全性断言标记语言) 、x r m l ( e x t e n s i b l er i g h t m a r k u pl a n g u a g e ，可扩展权限标记语言) 等。 数据级安全主要依靠x m le n c r y p t i o n 和x m ls i g n a t u r e 。x m le n c r y p t i o n 对x m l 数据进行加密。x m l 数据加密最好不要破坏x m l 消息本身的结构，因为并 不是全部的x m l 消息都需要保密，而且x m l 的结构经普通加密手段发生改变时， 不利于对x m l 信息的识别，所以x m l 需要一种对于特定标签特殊的加密技术。x m l e n c r y p t i o n 所使用的加密算法可以采取密钥机制，如t r i p l e d e s 、r c 4 等，也可 以是r s a 公钥或类似的其他所有加密算法。x m ls i g n a t u r e 的提出为了确保提供 者知道文档被发送和被接收之间，其中的被签名部分是否被修改过。类似于x m l e n c r y p t i o n ，x m ls i g n a t u r e 与传统数据签名相比，可以对x m l 文档的部分内容 进行签名保护，更适用于x m l 格式。 另外对于w e b 服务的整个安全环境，密钥管理方面，基于x m l 的密钥管理说 明( x m lk e ym a n a g e m e n ts p e c i f i c a t i o n ，x k m s ) 嘲，作为一个公钥基础设施( p u b l i c k e yi n f r a s t r u c t u r e ，p k i ) 在x m l 方面的标准，制定了基于x m le n c r y p t i o n 和 x m ls i g n a t u r e 所需要的密钥管理服务。它包括两个基础服务。x m l 密钥信息服 务( x m lk e yi n f o r m a t i o ns e r v i c es p e c i f i c a t i o n ，x - k i s s ) ，用来获取和验证 客户端身份。x m l 密钥注册服务( ) 【m lk e yr e g i s t r a t i o ns e r v i c es p e c i f i c a t i o n ， x - k r s s ) ，用来进行密钥的生命周期相关操作，包括密钥的注册、重签、注销和 恢复。在访问控制策略方面x m l 访问控制标记语言( e x t e n s i b l ea c c e s sc o n t r o l m a r k u pl a n g u a g e ，x a c m l ) 盯1 ，作为一个标准，定义了基于x m l 的访问控制策略 描述。 w s - s e c u r i t y 框架可以与各个x m l 标准的层次功能关系可用表卜1 表示，从 表中可以看出，w s - s e c u r i t y 是构建自x m l 相关标准之上。因为w s s e c u r i t y 是 一个扩展性标准，此表不可能将所有标准一一列出。 北京r 业人学t 学硕十学位论文 表l - 1w s s e c u r i t y 与其他协议在不同层次中的关系 t a b 1 1t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw s s e c u r i t ya n do t h e rp r o t o c o l si nd i f f e r e n tl a y e r 复合框架 w s s e c u r it y 公钥基础设施x k m s 访问控制 x r m l ，x a c m l 安全令牌与授权断言s a m l ，k e r b e r o s ，x 5 0 9 保密性与完整性) 眦e n c r y p t i o n ，x m ls i g n a t u r e ，s s l 消息传输 s o a p w s s e c u r i t y 应用层面的标准主要包括：w s - s e c u r e c o n v e r s a t i o n ，定义如何 建立安全上下文以及指定如何计算和传递派生密钥；w s - f e d e r a ti o n ，定义对那 些应用于活动请求方的身份、身份验证和授权信息进行联合的机制； w s a u t h o r i z a t i o n ，定义w e b 服务如何管理授权数据和策略；w s - p o l i c y ，定义 了如何表述策略，包含w s s e c u r i t y p o l i c y ，定义如何描述安全策略，和 w s p o l i c y a t t a c h m e n t ，定义如何描述策略附属信息和策略发现；w s - t r u s t ，定 义了如何请求和接收w s s e c u r i t y 令牌；w s - p r i v a c y ，定义了如何维护信息的隐 私。w s s e c u r i t y 应用层面标准目前正在制定当中，存在很多不完善的地方，有 待进一步深入研究。目前的w e b 服务容器多数还不支持这些标准或涉及不多，给 予这些标准的开发工作也在实验阶段。 1 3 研究现状 当今对于w e b 服务安全领域的研究工作刚刚展开不久，主要工作集中在研究 w e b 服务安全实现、安全架构、安全模型几个方面。从中可以看到在w e b 服务安 全领域，安全策略的发展很快。 在安全实现方面，存在对原有标准的扩展，以及应用标准在w e b 服务安全方 面引入新的安全策略等方向的研究。在文献 8 中，一种扩展的x m l 签名方法被 提出，以解决签名防止攻击的问题。文献 9 中，椭圆曲线密码技术( e l l i p s e c u r v ec r y p t o g r a p h y ，e c c ) 被加入到w e b 服务安全当中。文献 1 0 中，扩展的 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r y ，a n di n t e g r a t i o n ，通用描述、发 现继承标准，用于w e b 服务的管理和发现) 和w s d l 标准框架被提出，以满足w e b 服务的安全需求。这些都是人们在对w e b 服务安全原有标准的扩展，从中我们可 以看到w e b 安全扩展的迅速，许多非标准化的研究成果亟待在各种w e b 服务安全 架构中实践并且向标准转化。 在w e b 服务安全架构的研究方面，有两个主要的研究方向。其一关注于对w e b 服务之外各种安全基础的整合，如文献 儿 利用l d a p ( l i g h t w e i g h td i r e c t o r y a c c e s sp r o t o c o l ，轻量级目录访问协议) 组件实现w e b 服务的证书访问研究， 文献 1 2 研究的关于w e b 服务安全与v p n 的整合，文献 1 3 提出的x k m s 服务认 第1 章绪论 证与计算网格的研究问题。 其二关注与构建灵活可扩展的w e b 服务安全架构。在面向服务的架构 ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) ，很多基于s o a 基本思想的w e b 服务 安全架构被提出，如文献 1 4 使用s o a 与m d a ( m o d e l d r i v e na r c h i t e c t u r e ， 模型驱动架构) 的方法构建灵活的w e b 服务安全架构，文献 1 5 重点从m d a 方面 阐述w e b 服务安全的实现，文献 1 6 构建了基于s o a 的w e b 服务安全证书授权机 制。本文所研究的w e b 服务架构就是构建在模型之上，属于这个研究方向。在非 s o a 架构研究方面，论述也有出现，如文献 1 7 所研究的可以进行策略生成的全 面安全体系结构。另一个安全架构研究方向是语义方向，如文献 1 8 介绍的基于 语义的w e b 服务授权，文献 1 9 使用语义规则实现的w e b 服务访问控制，文献 2 0 基于语义实现的访问控制策略。语义有助于灵活构建w e b 服务和进行w e b 服务安 全策略的识别，是研究的必然趋势。但是由于w e b 服务的x m l 格式特点，必然带 来的性能问题，文献 2 1 研究了各种安全协议在w e b 服务性能方面的问题，文献 2 2 研究比较了x 5 0 9 和k e r b e r o s 令牌的性能，较之未使用安全策略，安全将 会消耗很多性能。显而易见，在此基础上，添加语义的识别将加大这种性能问题。 在安全模型的研究方面，与各种安全模型被创建，如文献 2 3 基于属性的访 问控制模型，本文所使用的策略模型的属性方面参考了这种实现，文献 2 4 基于 代理的安全模型，本文的在系统架构中所采用的策略代理参考了这个实现，文献 2 5 通过实现x m l 下基于角色的访问控制实现的模型，将模型的访问控制与x m l 相结合。在安全模型方面，x a c m l 标准也是研究的重点之一，文献 2 6 系统和全 面地介绍了x a c m l 的应用。在这些安全策略模型当中，策略的属性被反复提及， 成为策略建模的关键，除文献 2 4 外，文献 2 7 中设计并实现的基于属性证书的 授权也印证了这一点。因此在制定安全策略模型时，属性成为模型的重点实现单 元。 同时由于安全策略在w e b 服务安全研究中的特殊性，策略的描述成为实现w e b 服务安全的重点内容。除了w s - p o l i c y 和x a c m l 外，文献 2 8 的策略描述语言与 架构相结合，实现了w e b 服务安全授权。策略驱动下的w e b 服务安全架构也在研 究当中啪1 。 当今可以完备实现w e b 服务安全的产品主要是参与制订w s s e c u r i t y 规范的 软件企业的产品。如i b mw e b s p h e r ea p p l i c a t i o ns e r v e r 从v 5 0 2 开始，提供 对w s s e c u r i t y 的支持。但是由于w s - s e c u r i t y 标准的升级与研究的深入带来 很多兼容性问题。现在很多应用的w e b 服务安全问题都使用安全服务网关，以减 小兼容性带来的问题。国内金蝶中间件a p u s i c 和东方通中间件t o n g i n t e g r a t o r 都称可以支持w s - s e c u r i t y 标准，但这些产品同样遇到标准升级的问题。开源产 品a x i s 和x f i r e 只有进行扩展才可以做到对w s s e c u r i t y 的支持。 北京t 业火学一i ：学硕十学位论文 1 4 课题工作和论文结构 针对w e b 服务安全的发展现状，本文研究并实现了基于策略的安全架构模型。 基于策略的安全架构，核心任务是构建策略的通用模型。服务器端与客户端通过 策略模型的传输，获知进行安全验证或访问控制的策略要求，从而进行动态的策 略部署。 本文的安全策略架构建立在a x i s 基础之上，a x i s 是a p a c h e 推出的开源w e b 服务容器，具有很好的移植性和扩展性。在实现服务安全方面，a x i s 采用的是 消息检查模式，通过定义一条消息检查链，逐次实现对于消息中元素的检查和操 作。因为本文所提出的基于策略的安全服务体系结构基于a x i s ，所以有必要对 a x i s 的体系结构作一介绍，在本文第二章中将作详细分析。结合a x i s 特点，实 现w e b 服务的验证机制。 根据第二章的内容，建立起基于策略的w e b 服务安全体系结构将在第三章进 行说明。具体分析这种体系结构如何利用a x is 框架的特点，实现策略的动态部 署，服务器端和客户端交互的方式，以及与之相关的安全级别与策略管理、部署 的问题。 本文所使用的w e b 服务策略模型与w s p o l i c y 标准不同，w s p o l i c y 立足实 现在w e b 服务描述中加入服务策略信息，从而在生成w e b 服务存根( s t u b ) 时， 产生相应的客户端代码。这是一种基于代码自动生成的设计思想。但是在实际应 用中，安全技术是不断发展的，由于w s p o l i c y 框架缺乏协商机制，因此不能满 足安全机制的发展。基于以上原因，本文中建立了一套新的w e b 服务策略模型。 在本文第四章将介绍此策略模型。 第五章通过实际的例子，根据策略描述，选择标准与非标准的策略实现，通 过标准实现说明框架的可用性，通过对于非标准策略的部署说明本架构的通用 性。同时在实现过程中，通过消息截获的办法，验证消息的安全状况。 本文最后是对本w e b 服务安全体系结构以及w e b 服务安全领域发展的总结与 展望，提出我们今后将要努力的重点。 第2 章基丁a x is 的w e b 服务安全 第2 章基于a x i s 的w e b 服务安全研究 2 1a xis 处理流程与体系结构 2 1 1a xis 介绍 a p a c h e 的a x is 是一款歼源的w e b 服务消息处理工具，可以进行基于s o a p 的w e b 服务客户端与服务器端开发。s o a p 为网络中不同语言编写的系统提供了 一种信息交换的机制。这种协议是通过h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c o l ， 超文本传输协议) 协议进行消息的交换：客户端发送一个s o a p 请求，接收一个 h t t p 成功码和一个s o a p 响应，或者收到一个h t t p 错误码。 s o a p 消息基于) ( m l 格式的消息，消息内容在支持s o a p 的系统间进行交换。 这些消息被保存在s o a p 信封的各x m l 元素中。s o a p 信封包含s o a p 头和s o a p 体 两个部分。s o a p 描述数据的句法有两种，一种是基于传统x m lr p c ( r e m o t e p r o c e d u r ec a l l ，远程过程调用) 系统的描述，另一种是x m ls c h e m a 。当发送 或接收结果时，a x i s 消息处理器可以j a v a 对象与s o a p 数据进行相互转换。如 当服务器发送错误信息时，s o a p 错误将被a x i s 转换成j a v a 的异常进行处理。 a xis 实现了j a x r p c ( j a v aa p isf o rx m l b a s e dr e m o t ep r o c e d u r ec a ll ， 基于x m l 的远程过程调用j a v a 应用程序接口) 这个j a v a 服务调用标准方式。同 时扩展了j a x r p c ，加入很多新的功能。 a x i s 组成包括一个简单、独立、可裁减的s o a p 消息处理服务器，操作、生 成w s d l 引擎，从w s d l 到j a v a 的客户端的生成工具，t c p i p 监视工具等。 。 a x i s 是a p a c h es o a p 服务器的第三代产品，它比之前的产品增加了很多方面 的发展。这包括：速度方面，a x i s 使用s a x ( s i m p l ea p if o rx m l ，x m l 简单接 口) 解析s o a p 消息，因为s a x 基于事件的工作方式，使解析速度更快；灵活性 方面，a x i s 架构给与开发者各种接口以便于扩展引擎的需要，如在自定义消息 头处理方面、系统管理和各种附加的操作；稳定性方面，a x i s 定义了一套稳定 的发布接口，这套接口不会轻易变更，即使在a x i s 引擎其它部分做出很大调整 的情况下：部署方面，a x i s 是一种面向组件的部署方式，消息处理器可以根据 应用流程及一般的模式进行设计，这些处理单元将会很容易的进行复用；传输框 架方面，a x i s 的传输接口简单、明确，处理引擎内核相对传输完全独立，因此 传输的发送、监听消息可以支持各种协议，包括s m t p ( s i m p l em e s s a g et r a n s p o r t p r o t o c o l ，简单消息传输协议 、f t p ( f i l et r a n s p o r tp r o t o c o l ，文件传输协 议) 和面向消息的中间件等；w s d l 支持方面，a x i s 支持w s d l l 1 标准，支持使 用存根访问远程w e b 服务，并可以自动导出机器可读的服务描述信息。 a x is 是一个轻量级w e b 服务容器。体现在a x is 所使用的最基本的技术是j 2 e e 的j a v a b e a n 和s e r v l e t 。因此对于所有基于j 2 e e 开发的网络应用系统，a x i s 北京t 业人学p ! 硕十学位论文 都可以得到应用。a x i s 支持的w e b 服务部署方式包含三种，j w s ( j a v aw e b 服务， a x i s 支持的j a v aw e b 服务文件) 、基于d e p l o y w s d d 文件的部署和对于 s e r v e r c o n f i g w s d d 文件修改的部署。本质上，a x i s 的w e b 服务部署是一种基 于j a v a b e a n 的部署形式，区别于e j b 的s e s s i o n b e a n 的部署形式，这种部署形 式简单易于操作，是一种轻量级实现w e b 服务的方式。a x i s 的服务提供者类 ( p r o v i d e r ) 会根据请求，直接调用相应的j a v a b e a n 内容，以实现w e b 服务的 功能。由于a x i s 可移植性强的特点，可以很容易得将原遗留系统的j a v a b e a n 改造成w e b 服务，以便于原系统的分布式扩展。 a x i s 的工作原理基于消息处理机制。a x i s 的运行过程完全就是消息的处理 过程。当a x i s 核心逻辑运行时，一系列的消息处理器( h a n d l e r ) 被按一定顺序 进行调用。决定这个顺序的因素有两个，分别是部署时的配置和a x i s 服务引擎 的运行方式。a x i s 服务引擎运行有两种方式，分别是客户端运行方式和服务器 端运行方式。基于消息处理模式的架构传递消息的方式是通过将消息存储在消息 上下文当中，然后消息上下文对象作为参数传递到各个消息处理器。a x i s 中存 储消息的上下文对象是m e s s a g e c o n t e x t 。它包含三个重要的组成部分：1 、服务 请求消息；2 、服务响应消息；3 、属性信息。 对于a x i s 服务引擎的两种运行方式。如果作为服务器端运行，传输监听器 将创建m e s s a g e c o n t e x t 对象并调用a x i s 处理框架。如果作为客户端运行，基于 a x i s 客户端模型的代码将生成m e s s a g e c o n t e x t 对象并调用a x i s 处理框架。而 在两种方式中，a x i s 处理框架的任务是将m e s s a g e c o n t e x t 作为参数传递给消息 处理器，在这些消息处理器中，他们将根据部署顺序执行，并根据需要调用或修 改m e s s a g e c o n t e x t 内容，以实现消息的处理。 一般情况下，w e b 服务的提供者无需知道客户