（计算机应用技术专业论文）基于net平台web服务安全性的研究与实现.pdf

基于n e t 平台w 曲服务安全性的研究与实现 摘要 w 曲服务是一种完全建立在现有互联网标准之上、松散耦合的、跨语言和平台的 应用程序之间通信的标准方法。随着w 曲服务在电子商务等领域的不断发展，其安全 性也越来越显示其重要性。对于基于消息的体系结构，业界已经有一套现成的而且广 泛接受的传输层安全机制，比如，安全套接字层( s s l ) 和网际协议安全( c tp r o t o c o l s e c u r i t y ，口s e c ) ，但现有的这些安全机制由于缺少端到端的保护、不可否认性、选择 性保护、灵活的认证机制以及消息层的保护，不能在w 曲服务模型内提供足够的安全 性。目前，与w 曲服务消息安全有关的方法主要有w s s 吲嘶规范、【m s 规范、 s a m l 以及s q a p 安全扩展数字签名规范等，这些规范虽然在某些方面实现消息安 全，但不能提供一个完整的安全解决方案。 本文在n e t 平台的基础上，利用n e t 平台的安全机制及w s s e c u r n y 规范，提 出一个n e t 平台上的w 曲服务安全性模型，并给出了实现方法和实例： ( 1 ) 提出一个n e t 平台w 曲服务安全性模型，此模型基于w s - s e c l l r i t y 规范并 充分利用了n e t 的安全机制，具有一定的扩展性和灵活性。 ( 2 ) 基于n e t 平台，对增强w 曲服务器的安全性进行了研究并给出了实现方法。 ( 3 ) 利用w s e 安全工具在n e t 平台上实现基于w s s e c 谢t ) r 规范的消息级w 曲 服务安全性模型，并通过实例给出了对s o a p 消息进行身份验证、数字签名、加解密 和授权的方法，从而解决了服务请求者和服务提供者之间端到端的s o a p 消息安全问 题，确保了消息的机密性、完整性、不可否认性、身份验证和授权。 关键词：w 曲服务沮。w s - s e c 嘶t y n e t 平台安全性 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fw e bs e r c e s s e c u r i t yb a s e do n n e tp l a t f o r m a b s t r a c t w 曲s e n ，i sa ak i n do fc 0 倒m l n i c 砒i o ns p e c i f i c a t i o 惦b c t w e ma p p i i c a t i o m 1 k y a 铋缸r e l yb 试hi i lt l l ec u 胱m 哟皿d a r d so f i n 钯m 、i t ht h ea d v a n t a g eo f l c o u p l i i l 舀 c r o s s - l a n g u a g e 锄dc r o s s l p l a t f ；) n n w “ht l l ed e v e l o i m l e n to fw 曲s c r v i si ne c o 蚴e r c e a n do i h 盱f i e l d s ，t h es e c l l r i t yh 鹬b e c o m ei n c 船i n g l yi i l l p 讲伽吐a st ot h e 蛐m c t l l b a s e d o nm s a g e ，t h ei n d u s h yh 鹤a 乳血o f 仃i m s p o r ti a y 口c l l r i t ym e c h a l i i 锄s ，w h i c hh v e 嘶d e l yb ea c 舯e d f b re 】【a m p l e ，t h es e c i 聆s o c k e 协l a y c r ( s s l ) 姐dn h i t e r n e tp r o t o c o l s e c i 咖凹s 哟h o w e 、，b e i n gl a c ko f 血c d 勘吒i l dp r o t e c t i o n ，渺r q p 砌a t i 毗 l 蒯v ep r o t e c t i o n ，n e ) 【i b l e 叫t l l c n t i c a t i o nm l l a l l i s m 锄dm e s s 雄r el a y e rp r o t e c 吐o i l t l l e e x i s t i n gs e c l l r i 够m l l a n i s 脚c a nn o tp m “d ee n o u g h 训t yi nw 曲s e n r i c e sm o d c la t t h ep r e mt i m e ，m es p e c i 矗c a l i o n s l 砷e dt os l l r i t yo f 、盹bs e i c c sm e s s a g em 砌yh a v e w s - s e c t i r i 魄) a ( m s ，s a m l s q ”s e a l l f i t ye x t e 船i o n - d i 西t a ls i 印a n 啪，e 把u g h t h e s p e c i & 撕。璐c 觚i m p l e n 呦ts 疵t yo f m 髂s a g ei ns o m e 慨i y s ，1 h c yc 锄n o tp r o v i d ea w h o l es e c u r i t ys o l l n i o n sp a p 钟m n g sf o 】n ) i ，莉aw 曲s e r v 妇ss l l r i t ym o d e lb a s e d n e tp l a 怕衄谢m 圮u o f 瓶c l | r i 哆m e c h 缸i s m 舭dw s - s e c i l r i t ys p e c i f i c a t i o n ，姐d 酉v 鹳m e t h o d so f i m p l 锄e m a ：c i o n 如da 【锄p l e ( 1 ) b a s e d w s - s e c l l r i 锣s p e c i f i a i i o n 锄dm eu o f n e tp l a 饷哪s c l l r i t y m e c h 锄i 锄，aw 曲s e n r i c s e c l | r i t ym o d e lw 舔d c s i g n o d ，w h i c hi s 麟把】m a b l e 锄dn e ) c i b l e ( 2 ) s t l l d i e st h ce i l i 姗伽咖o fw e b 靼m s 螂i l r i 哆b a s c do n 舰p l a 怕f ma l l d g i v 鹳t 1 】ei m p l 锄如t a l i m e t l l o d & ( 3 ) i 唧l 锄e n 协t l 地w 如鲫m c i | r i t ym o d e l a t m e s 鼢g e - l e v e l b 嬲e do n w s s i i r i t y 锄d 百v e s t h em e t h o 凼t h | d u g h 锄甑龇l p l e 、】v ：h i c hc 趾b e 璐e di n a u t h e n t - c a t i 呱d i g i t a ls i 印a t l l l 岛c f ) 硼d e c r ，】p t i 彻da u l 岫r i z a t i o nt os o a p m e s s a g 韶n 1 v 髓t h ep r o b l 咖o f 删d m 卜e n ds o a pm e s s a g e s 仉l r i t yb c 柳e 匝 r v i c ea p p l i c a n t s 肌ds e r v i c ep m “d c 培s oi tg i v c s 也eg l l 黜删o fc o n 虹d c n t i a i i 哦 吲坝n - r 印i l d i a t i o n ，锄t h 枷c a t i o n 舭da 山喇t om e s s a g 韶 k e yw i r d s ：w 曲s e i s ，) m n w s - s e c 嘶坝n e tp l a t f o r m ，s 鲫j r i l y n 墓于n e t 平啻e b 服务赛全性的研算 穹蜜 e 1 1 研究背景 1 1 1w 曲服务及其发展 第一章绪论 随着计算机技术的发展，计算机网络特别是h 盼n c t 对人们的生活、学习和工作 等方面产生了深远的影响。w 曲服务( w 曲s e r v i s ) 是构建在e t 之上，为企业 应用提供了一个灵活的，松散耦合的分布式计算环境；同时，w 曲服务屏蔽了底层的 企业应用平台，具有良好的平台无关性，并且通信数据都是标准的) 0 咀，数据，具有 良好的语言无关性，为企业应用集成提供了一个便捷而快速的途径。因此，w 曲服务 无疑是分布式计算技术通向计算时代的一个非常重要的里程碑，甚至有人称w 曲服务 为下一代的w w w 。 由于w 曲服务的广阔前景，各大公司和组织都纷纷参与其中，制订w 曲服务相 关的标准，推出相应的开发工具、平台和解决方案。m i c r o f t 公司推出与w 曲服务有 关的一系列产品和技术，其中n e t 平台为构建安全、可靠、高扩展和高可用的w 曲 服务提供了从创建到配置、维护等一系列的应用程序模型和开发支持，n l 强的核心是 w 曲服务，其具体的开发工具是v s n e l 基于j 2 e e 平台的有m m 的w 曲s p h e r e 和 s 吼的s 吼o n e ，他们也把w 曲服务作为自己的目标。 但由于w 曲服务是建立在互联网的信息交换基础之上的，它的安全性问题就不得 不引起大家的足够重视。众多的学术组织和专家学者对w 曲服务的安全性问题进行了 大量的研究和探索，制定了许多的标准和协议，推出了诸多的技术和方法，对w 曲服 务的安全起到了巨大的作用，并一直在不断发展着。 1 1 2 现有安全机制保障w 曲服务安全的不足 目前，用于保障w 曲服务安全的机制和技术有s s l ( s e 眦es o c k c tl a y e r ，安全套 接层) 【l j ，网际协议安全( h i t e 釉e tp r p c o c o ls e c l 】r i l y ，p s c c ) 、k e r b e r o s l 2 】、咀，数字加 密例、儿数字签名1 4 】等等。s s l 是一个点对点的协议，在两个点之间定义了一个独 立的通信链接，并通过一个对称的密钥加密算法来声明该连接是安全的。k e r b e m s 是 一种秘密密钥网络认证协议，它使用“数据加密标准”( d e s ) 加密算法来进行加密和 认证。v 匝数字加密和签名可以提供数据完整性、可靠性和不可否认性的支持p 1 但这些安全机制和技术对w 曲服务的安全的保护并不是完美的全方位的，它们只 能为两方w 曲服务之间的通信提供安全保证，它们或从传输层或从应用层来保护w 曲 服务的单次通信。在分布式网络环境中，全面的安全w 曲服务依赖于每一个参与的系 基于n e t 平台e b 展毒4 挎性的研冀坶实现， 统，以及它们之间的协同工作。w 曲服务的基础是简单对象访问协议s o a p ，它是在 分布式环境中交换信息的简单的) m i l 文本协议，因而本身具有安全隐患，从而也就 决定了w 曲服务本身存在一定的安全性问题。 现在已经提出了一些技术措施，以使w 曲服务更加安全。对于基于消息的体系结 构，业界已经有一套现成的而且广泛接受的传输层安全机制，比如，安全套接字层 ( s s l ) 和网际协议安全( h i t e l n e tp r 呻l c o ls e c i l f i 哆，妒s e c ) ，但现有的这些安全机制 并不能在w 曲服务模型内提供足够的安全性： ( 1 ) 首先来看s o a p 协议。s q a pe n v e l o p 是用) 0 订l 定义的，人们可以向消息 添加各种元信息，比如事务d 、消息路由信息和消息安全性。s o a pe n v e l 叩由两个 部分组成：头和主体。头是把功能添加到s o a p 消息中的通用机制。so | a p 头元素下 一级的所有子元素都叫做头条目。主体是为最终的消息接收方想要的应用数据( 如 r p c ) 准备的容器。因此，可以把s o a p 看作是在传输层( 例如h r r p ) 和应用层( 例 如，业务数据) 之间引入的另外一层，在此可以方便的传送消息元信息。s o a p 头提 供可扩展机制以扩展s o a p 消息使其可以适用于多种用途。虽然s o a p 头是向消息添 加安全性功能最合理的地方，但是s o a _ p 规范本身并没有指定这样的头元素。 就端对端的消息传递而言，已有的安全传输协议，如s s l 和口s e c ，可以在传输 过程中提供消息完整性和机密性，但只有在点对点的情况下，它们才会这样做。但是， 因为s o a p 消息是由中介体接收并处理的，所以即便两两之间的通信链路 ( c 0 删m l n i c 面o nl i n k ) 是可信任的，只要在所有的中介体间没有信任关联( 觚l s t 鹪s o c i a t i o n l ，那么安全的端对端通信就是不可能的。如果有一条通信链路不安全，那 么端对端安全性也会被削弱。就w 曲服务拓扑来看，安全的传输对于s o a p 消息的端 对端安全性是不够的。 ( 2 ) 接下来考虑传输的独立性。s o a p 中介体的原意是用来把信息转发到不同的 网络上去，通常使用的传输协议也会有所不同。虽然所有的通信链路都是安全的，中 介体也是值得信赖的，但是，安全信息( 如消息发送者的身份验证) 需要被转移到消 息路径上的下一个传输协议安全性域，这个过程冗长而且复杂，还可能会导致完整性 方面的缺陷。 ( 3 ) 最后考虑异步多阶消息传递。传输层安全性保证数据在通信链路上传输时的 安全。它与存储在任何中介体上的数据都无关。在一次传输被接收并解密后，传输层 安全性对保护数据免受没有经过授权的访问和可能的改变就不是很有帮助了。在先存 储消息然后转发的情况下( 持久的消息队列) ，消息层保护是有必要的。 所以单一的传输解决方案或者是普通的防火墙( f 曲w 殂1 ) 是无法确保服务安全性 的。它们缺少下列特征：端到端的保护、不可抵赖性、选择性保护( 保护消息的一部 分) 、灵活的认证机制以及消息层的保护 2 0 0 2 年7 月，一份由b 1 0 0 fn a 公司完成的、长达1 0 9 页，名为。w 曲s e i c e s g 幽”的报告表明，现有的w 曲服务体系结构存在着七个局限性问题p h ： 2 i 矛n f r 平台e b 履务喜仝性的研舅 与实现 1 ) 安全性，隐私权( s l l r i 卵r i v a c y ) 2 ) 消息传递路由s s a j 出i 咖u t i l l g ) 3 ) 服务质量，可靠性( q u a l 姆罅卿v i 佃l i a b i l i 劬 4 ) 事务处理o b n 鼢c t i p d o c e s 如g ) 5 ) 管理( m 锄a g 锄e l l t ) 6 ) 性能豇f o 彻锄c c ) 7 ) 互操作性m l t e | p 啪b i l i 妫。 其中，安全问题被排在了第一位，是w 曲服务发展急需解决的紧要问题。安全性 在商业应用中的重要性是不言而喻的，只有保证了充分的安全性，才能保证商业系统 的正常运作。w 曲服务要被广大企业用户所接受，必须解决它所面临的安全问题。 1 2w 曲服务安全性的研究现状及进展 1 2 1w 曲服务安全性的研究现状 w 曲服务的关键能力是提供一种综合的、全方位的、交互的、容易集成的解决方 案目前，s s l ( s e c u s o c k c tl a y e r ) 和t l s ( r h n s p 0 i tl a y 盯s e c l l r i 劬被用来提供传输层 的w 曲服务安全，s s u t l s 在点对点( p o i n t - t o p o i n t ) 的会话中，可以完成包括审计、 数据完整性、机密性这样的要求。网络层的m s 对于w 曲服务安全来说，也是一个 很重要的标准。同s s 坍l s 一样，它也提供主机审计认证、数据完整性和数据机密性 的功能嗍。由于s s u l i l s 是点对点的安全传输解决方案，而对于端对端的安全传输解 决方案，国内外很多标准化组织、公司和研究机构都在进行基于咀，的w 曲s e f 、r i c 髓 安全标准的研究。其中几个重要的组织包括：w 3 c ( w 硎d 晰d ew 曲c o n r i i 啪 w w w 联盟) 、o a s i s ( 0 r g a i l i z a t i o no ft l 塘a d v 锄嘲n e mo fs 仇】怵l r e dh l l b n m 舶n s t a n d a r d ，结构化信息标准促进组织) ，i e l f ( 陆e m e te n g i n e e r i n g 佻kf o r ，因特网 工程任务组) ，等等。目前提出的) m 几安全协议有p i o l ： x m l 数字签名，由w 3 c 提出，定义了如何对一个m 。文件的部分或全部进行 数字签名，以保证数据完整性。 帆加密，由w 3 c 提出，使用事先约定的对称密钥，对一个) a 亿文件的部分 或全部进行加密，以保证数据机密性。 s 删安全声明标记语言) 【l i 】，由0 a s i s 制定的用于在域间交换授权和认证信息 的标准。它使用) 儿格式表示有关终端用户的身份验证、授权以及属性的信息的方 法。 ) 队c m l ( 可扩展的访问控制标记语言) 【1 2 1 ，一种基于咀。的开放标准语言，它设 计用于描述安全政策以及对网络服务、数字版权管理m 田以及企业安全应用信息进 行访问的权限。 广冒r 大掣唾士掌位论文i 于n e t 平台霄e b 服务安全性的研舅u 可孽 飘 咀，密钥管理规范( 皿k e ym a n a g 锄e ms p i 丘c a l i o n ) ”】是w 3 c 提出的一个规 范，它为w 曲服务公钥基础设施p 中密钥的注册和分发而建立的一个规范。【m s 对p 的革新在于建立了一套与平台无关的标准，并简化了实现p 的必要步骤。 s o a p 安全扩展( s o a ps e c i | r i t ye x t c n s i o n s s o a p s e c ) o “j ，w 3 c 制定的对s o a p 消息进行加密、数字签名的规范，它定义了对s o a p 消息进行加密、数字签名及确认 的语法和处理规则。 除了这些) 0 咀安全协议以外，目前对于w 曲服务安全问题提出的最为权威和全 面的是由微软、l b m 和v 越s i 驴公司于2 0 0 2 年4 月联合发表的w 曲服务安全性规范 “w s s e c l 】r i t ) ，”【聆】( 如图1 1 所示) 。“w s s c c i i r i t y ”是w 曲服务安全结构的基础。 该规范可以将一些已经得到公认的安全模式、机制、技术支持统一起来，通过扩展 s o a p 消息头，提供了在s o a _ p 消息中传递安全性令牌、m 。加密和“l 数字签 名信息的能力。它将多种安全模型和加密技术结合到一起，如认证、x m l 加密和) 。m ， 数字签名等。m m 和微软公司对w s s 曲t y 分别提供了相应的开发工具i b m 公司 提供的工具套件是w s i k ( w 曲服务工具套件) 。微软公司的开发工具包是w 曲 s e r “c 船e n l 姗c 锄锄t s ( w s e ) 。 l w s w s f e d e r a t i o nw s a u t h o r i z a t i o n s e c u r e c o n v e r s a t i o n w s p 0 1 i c y w s - t r u s tw s p r i v a c 、r w s s e c u r i t y s o a pf 0 u n d a t i o n 图l 1w s s e c u r i t y 规范 f i g 1 1w s s e c u r i t ys p e c i f i c a t i o n w s s e c u r i t y 规范本身并没有提出新的加密算法或安全模型，也没有提供一个完 整的安全解决方案，所以w s s e c u r i t y 本身并不能保证安全。它只不过提供了一个框 架，用户可以自由地将w e b 服务协议、应用层协议、各种加密技术和安全模型结合起 来，以实现w e b 服务环境下消息的完整性、保密性和消息的认证。实现了w s s e c u r i t y 并不意味着一个应用系统不会受到攻击，也不意味着安全不会被危害。 1 2 2w 西服务安全性的研究进展 目前在研究实现w e b 服务安全模型方面，已经有了一些初步的成果。比如i 跏和 微软共同发布的“w s - s e c u r i t y 应用注解州旧，提出了使用“用户名密码的直接信任” 和使用“安全性令牌和签名的直接信任”等w e b 服务安全性实施模型。在基于“用户 4 基于n l r r 平台w e b 服务喜仝性的研究与蜜现 名密码的直接信任”模型中，其实现的基础是基于客户和服务器之间所建立的 s s l t l s 安全连接，由它来保证消息的机密性；同时通过s s l 在被传输的消息中附加消 息鉴别码m a c ( m e s s a g ea u t h e n t i c a t i o nc o d e ) 来提供消息身份验证，以鉴别消息在途 中是否被修改以及消息创建者的身份是否被冒用。在使用“安全性令牌和签名的直接 信任”的模型中，其实现基础是建立在公钥密码技术之上的安全令牌和数字签名，它 假设通信双方已经使用某种信任机制( 如c a ) 建立了w e b 服务器对安全令牌的信任，实 际运行中，服务器会核实并评估安全令牌。前一个模型的特点是传输依赖于s s l 安全连 接，不适宜端到端的安全解决方案，后一个模型的特点是需要证书中心，证书、密钥 的发放和管理较困难。 国外一些大型软件供应商提出了部分安全解决方案，它们的目标是充分利用厂商 自身的产品，在原有一的应用安全框架中引进对w e bs e r v i c e s 标准的支持。比如， 0 r a c l e 公司以其产品族为基础的w e bs e r v i c e s 安全解决方案；b e a 公司在其原有的 w e b l o g i c 应用安全框架上扩充对w e bs e r v i c e s 安全的支持的解决方案“”；1 0 n a 公司 的衄b i xe 2 aw e bs e r v i c e s 集成平台的】( i l l b u s 版包括1 0 n a 安全服务，它解决与 霄e b s e r v i c e s 相关的安全问题，允许开发人员使用一个现有的用户信息数据库来对w e b s e r v i c e s 客户进行身份认证。这些模型的特点是基于某个研究机构或公司的一揽子安 全解决方案，实施起来较复杂。 国内一些学者提出了一些实用的w e b 服务安全框架，如p d r r 动态信息安全体系 模型“”，该模型是由防护( p r o t e c t i o n ) 、检测( d e t e c t i o n ) 、响应( r e s p o n s e ) 、恢复 ( r e c o v e r y ) 四个部分组成的一个闭环的信息安全周期，实现对信息的动态防护。此模型 是一个信息安全的通用模型，应用于w e b 服务上则缺乏针对性，另外此模型也没有给出 具体的实现架构。还有如“基于防火墙和服务器身份验证的安全模型”n 町，该模型通 过配置防火墙和利用服务器进行身份验证来实现安全性，安全性和通用性不强。如“基 于安全性令牌传播的安全模型”伽，该模型把s s l 安全传输协议和w s 咯e c u r i t y 规范 结合来实现安全性，需要认证机构来管理和颁发证书。还有其它厂商、研究机构或研 究人员也提出一些对于w e b 服务安全性实施来说，很有价值的模型。 但是总的来说，这些模型也还存在着一些问题：一些模型不够完整和全面，如基 于“用户名密码的直接信任”模型；安全模型工作效率不高、实施困难，如“面向服 务的安全模型”；安全模型的有些方面不适合广域网复杂环境下证书、密钥的发放和管 理，如“安全性令牌和签名的直接信任”的模型；没有考虑到霄e b 服务所涉及的多个 主体的安全性保障等。这些问题都值得进一步研究和解决。 基于消息层的安全实现将成为下一代w e b 服务安全的主体实现方案，这种基于消 息层的安全实现方案可以被应用在任何新的传输协议之上，和基于s s l 的安全方式相 比较，基于消息层的安全技术能提供端到端的安全服务这种方式很适合w e b 服务应 用的安全扩展。 ，冒大算晴曩士学位董 文| i 于n i 玎平台_ e b 服务安全性的研囊哼曩h 兄 1 3 课题研究的目的和意义 n e t 平台是微软提供的用以生成w 曲应用程序和w 曲服务的平台。现在，微软 几乎所有产品都打上了n e t 标记，按照微软的说法“n e t 被定义为：是为简化在第 三代因特网的高分布式环境下的应用程序开发，基于开放互联网标准和协议之上的， 实现异质语言和平台高度交互性，而构建的新一代计算和通信平台。”因此，n e t 既 是微软公司的商业策略，也是对w 曲服务编程支持的集合。微软的目标是向个人和 商业用户提供用于应用程序和计算设备的无缝互用和w 曲实现的界面，以及使计算活 动更多地面向w 曲浏览器。 现在微软的操作系统在市场上占有很大的市场份额，而微软的产品向来是黑客攻 击的目标，微软产品的安全性一直受到人们的诟病。微软n e t 是目前最成熟的w 曲 服务开发、部署环境，目前大量的基于w 曲服务的应用软件就是搭建在该平台上的。 因此，对n e t 平台上w 曲服务安全性问题的研究对于保护用户、单位的敏感信息的 安全具有十分重要的意义。 1 4 本文研究的内容和思路 w 曲服务技术现在已经集成到了n e t 平台，可是目前w 曲服务的安全性问题限 制了其技术在很多领域中的应用。传统的安全性解决方案无法满足w 曲服务选择性 保护、端对端安全和应用层的安全性等要求。w 曲服务技术需要一个集成于w 曲服 务体系的实现端对端安全性的解决方案。所以，本论文仔细研究了n e t 平台，以及现 有的安全技术( 如s o a p ，) m i l 数字签名，讧l 加密和s s 坍l s 等) ，通过结合 w s s e c 耐t y 安全规范，提出基于n e t 平台的w 曲服务安全模型并进行了具体实践。 主要研究内容如下； l 、对安全理论与w 曲服务相关技术的分析和研究：对密码学基础理论( 对称密码 体制和非对称密码体制、数字签名、数字证书) 、w 曲服务技术和w 曲服务面临的安 全性问题进行了分析和研究； 2 、研究s 0 a p 规范和现有的保证s 0 a p 消息传输的安全技术：防火墙、s s 坍l s 、 ) 洲l 签名、) 洲l 加密、w s s e c 谢t y 规范和s o a p 扩展，分析n e t 平台的安全机制， 提出n e t 平台w 曲服务安全性模型，指出在系统平台级及消息级上实现w 曲服务安 全性。研究增强w 曲服务器安全性的措施。 3 、分析微软w s e 安全工具，对利用w s e 实现w s s e c u 哟，安全规范进行了研究， 并给出基于肥t 平台消息级w 曲服务安全模型的具体实现。 本文研究工作的重点有两个：一个是基于系统平台级研究w 曲服务安全，另一个 是基于消息级研究w 曲服务安全。目前的对w 曲服务安全的研究都只强调基于传输 级和s o a p 消息的安全研究【2 i l 却忽略了基于w 曲服务器的系统平台安全的研究，其实 6 毫- 于n e l 平台e b 糠毒4 叁佳的研冀坶实现 既要实现w 曲服务器的安全又要考虑s o a p 消息传输安全才是一个完整的w 曲服务 安全解决方案。 1 5 论文的章节安排 本论文的章节安排如下： 第一章绪论，提出研究背景，指出现有安全机制保障w 曲服务安全的不足，分 析w 曲服务安全的研究现状及进展，并提出了本文的研究内容。 第二章信息安全基础，讲述密码学理论，对称密码体制和非对称密码体制及算法， 数字签名及数字证书。 第三章w 曲服务及其安全性分析，给出w 曲服务的定义、w 曲服务的特征，w 曲 服务的核心技术，w 曲服务的调用过程。对w 曲服务的安全性进行了分析。 第四章n e t 平台w 曲服务安全性模型，介绍n 】玎及n e t 平台，以及介绍s o a p 规范和现有的保证s o a p 消息传输的安全技术：防火墙、s s 【r l s 、) 0 咀。签名、皿， 加密和w s s e c l l l i 哆规范，提出基于w s s e c l | r i t y 规范的消息级w 曲服务安全模型。 第五章基于j 娓t 平台构建w 曲服务安全性，对加强w 曲服务器的安全进行了 研究，通过对n e t 平台的身份验证和w 曲服务器安全设置给出了具体的实现方法。 第六章n e t 平台消息级w 曲服务安全性模型的实现，介绍微软w s e2 o 安全 工具，利用w s e 2 o 工具对n e t 平台w 曲服务安全性模型在消息级上通过一个实例 进行了实现，给出了对so a p 消息进行身份验证、数字签名、加解密和授权的实现方 法和代码。 第七章总结与展望，讲述主要研究工作和贡献及今后研究方向。 i i 于n e 汀平台w e b 屐务安全性的研囊与蜜现 2 1 数据加密 第二章信息安全基础 随着i n t e r n e t 日益普及和发展，w e b 服务已成为国际互联网中最重要的服务之一， 人们越来越离不开信息，而w e b 服务的安全是保护信息安全的前提，加密是保障w e b 服 务安全的重要手段，它不仅具有信息保密的功能，而且具有数字签名、身份验证等功能， 所以，使用密码技术不仅可以保证信息的安全性，而且还可以保证信息的完整性和准确 性嘲。 数据加密的基本思想是通过变换信息的表示形式来伪装需要保护的敏感信息，使 非受权者不能了解被保护信息的内容。网络安全使用密码学来辅助完成在传递敏感信 息的的相关问题，主要包括： ( 1 ) 机密性( c o n f i d e n t i a l i t y ) 。仅有发送方和指定的接收方能够理解传输的报文 内容。窃听者可以截取到加密了的报文，但不能还原出原来的信息，及不能达到报文 内容。 l ( 2 ) 鉴别( a u t h e n t i c a t i o n ) 。发送方和接收方都应该能证实通信过程所涉及的另一 方，通信的另一方确实具有他们所声称的身份。即第三者不能冒充跟你通信的对方， 能对对方的身份进行鉴别。 ( 3 ) 报文完整性( m e s s a g ei n t e r g r i t y ) 。即使发送方和接收方可以互相鉴别对方， 但他们还需要确保其通信的内容在传输过程中未被改变。 ( 4 ) 不可否认性( n o n r e p u d i a t i o n ) 。如果我们收到通信对方的报文后，还要证实 报文确实来自所宣称的发送方，发送方也不能在发送报文以后否认自己发送过报文。 传统的加密系统是以密钥为基础的，这是一种对称加密，也就是说，用户使用同 一个密钥加密和解密。而公钥则是一种非对称加密方法，加密者和解密者各自拥有不 同的密钥。w e b 服务安全通常使用两类加密：对称加密和非对称加密，下面先来讨论 这两种密码技术，作为后面章节的基础。 2 2 对称密码体制 对称密码体制嘲是一种传统密码体制，也称为私钥密码体制。在对称加密系统中， 加密和解密采用相同的密钥。因为加解密密钥相同，需要通信的双方必须选择和保存 他们共同的密钥，各方必须信任对方不会将密钥泄密出去，这样就可以实现数据的机 密性和完整性。对于具有n 个用户的网络，需要n ( n _ 1 ) 2 个密钥，在用户群不是很大 的情况下，对称加密系统是有效的。但是对于大型网络，当用户群很大，分布很广时， 3 墓于n e t 平台n b 服务喜仝性的研究与实氍 密钥的分配和保存就成了问题。对机密信息进行加密和验证随报文一起发送报文摘要 ( 或散列值) 来实现。比较典型的算法有d e s ( d a t a e n c r y p t i o n s t a n d a r d 数据加密标准) 算法及其变形t r i p l ed e s ( 三重d e s ) ，g d e s ( 广义d e s ) ，购n d l ( 原名a e s ，高级加 密标准) ：欧洲的i d e a ；日本的f e a ln 、r c 5 等。d e s 标准由美国国家标准局提出，主 要应用于银行业的电子资金转帐( e f t ) 领域。d e s 的密钥长度为5 6 b i t 。t r i p l ed e s 使 用两个独立的5 6 b i t 密钥对交换的信息进行3 次加密，从而使其有效长度达到1 1 2 b i t 。 r c 2 和r c 4 方法是r s a 数据安全公司的对称加密专利算法，它们采用可变密钥长度的 算法。通过规定不同的密钥长度，c 2 和r c 4 能够提高或降低安全的程度。对称密码算 法的优点是计算开销小，加密速度快，是目前用于信息加密的主要算法。它的局限性 在于它存在着通信的贸易双方之间确保密钥安全交换的问题。此外，某一贸易方有几 个贸易关系，他就要维护几个专用密钥。它也没法鉴别贸易发起方或贸易最终方，因 为贸易的双方的密钥相同。另外，由于对称加密系统仅能用于对数据进行加解密处理， 提供数据的机密性，不能用于数字签名。因而人们迫切需要寻找新的密码体制 2 3 非对称密码体制 非对称密码体制伽也叫公钥加密技术，该技术就是针对私钥密码体制的缺陷被提 出来的。在公钥加密系统中，加密和解密是相对独立的，加密和解密会使用两把不同 的密钥，加密密钥( 公开密钥) 向公众公开，谁都可以使用，解密密钥( 秘密密钥) 只有 解密人自己知道，非法使用者根据公开的加密密钥无法推算出解密密钥，此外还有： 背包密码、m c e l i e c e 密码、d i f f e _ h e l l 髓n 、l i a b i n 、零知识证明、椭圆曲线、e i g 锄a 1 算法等。公钥密钥的密钥管理比较简单，并且可以方便的实现数字签名和验证。但算法 复杂，加密数据的速率较低。公钥加密系统不存在对称加密系统中密钥的分配和保存问 题，对于具有n 个用户的网络，仅需要2 n 个密钥。公钥加密系统除了用于数据加密外， 还可用于数字签名。公钥加密系统可提供以下功能：a 、机密性( c 0 n f i d e n t i a l i t y ) ： 保证非授权人员不能非法获取信息，通过数据加密来实现；b 、确认( a u t h e n t i c a t i o n ) ： 保证对方属于所声称的实体，通过数字签名来实现；c 、数据完整性( d a t ai n t e g r i t y ) ： 保证信息内容不被篡改，入侵者不可能用假消息代替合法消息，通过数字签名来实现； d 、不可否认性( n o n r e p u d i a t i o n ) ：发送者不可能事后否认他发送过消息，消息的接 受者可以向中立的第三方证实所指的发送者确实发出了消息，通过数字签名来实现。 可见公钥加密系统满足信息安全的所有主要目标。 2 4 密钥管理机制 密钥管理机制对对称加密体制来说，在进行通信之前，双方必须持有相同的密钥， 在通信过程中要防止密钥泄密和能够更改密钥。通常是设立密钥分配中心( k d c ) 来管理 9 ，。西大掣田i 士学位诧支i 。于n e t 平台e b 服务安全性的胃 b 哼实瑰 密钥，但增加了网络成本，降低了网络的性能。或者利用公开密钥加密技术来实现对对 称密钥的管理，此方法使密钥管理变得简单，同时解决了对称密钥中的可靠性和鉴别性 的问题。公开密钥的管理通常采用数字证书的方式。数字证书通常含有唯一标识证书 所有者( 发送方) 的名称、唯一标识证书发布者的名称、证书所有者的公开密钥、证书 发布者的数字签名、证书的有效期及证书的序列者等。i t u 的x 5 0 9 标准对数字证书 进行了定义。 2 5 对称加密算法 2 5 1 数据加密标准( d e s ) 2 0 世纪7 0 年代初期，非军事密码的研究与应用比较混乱和迷茫。1 9 7 2 年，美国 国家标准局( n b s ) 开始一项旨在保护计算机和通讯数据的计划，于1 9 7 3 年5 月在“联 邦登记册”上发布消息，向社会公开征集标准密码算法，并指定了9 条准则。该算法 最后由i b m 公司研制成功，并于1 9 7 7 年由n b s 公布，称为数据加密标准( d e s ) 例。 它是一种分组密码，输入、输出均为“b i t ，加密、解密用同一算法，密钥为5 6 b i t ， 有弱钥，但可避免，安全性依赖于密钥，基本加密技术是混乱和扩散。 l 、d e s 加密算法 算法的总体流程可表示为 伊d e s 伽) = 和“t 1 6 t 1 5 t 2 t l m ( 呐 其中肌为明文消息( 6 4 b i t ) ，c 为密文( “b i t ) ，m 为初始转换，口d 是i p 的逆置换。迭 代t i 可描述如下： ( 1 ) 首先，将m 输出的结果分为左右两半l o 、凡( 各3 2 b i t ) 。 ( 2 ) 迭代t j 工，= 尺 j i = 1 ，2 ，1 5 l 1r ，吒“0 f 冰“岛) r 三t 6 吒1 5 0 f ( r 1 5 ，岛6 ) l 足= r 1 5 其中，0 为逐位异或运算，f 是( 多道运算的) 函数。 2 、初始置换i p ( 1 ) 初始置换口：对输入的3 2 b i t 消息m 的一种置换，即将肼的各位重排后输 出。 ( 2 ) 逆置换一：满足 矿1 m ( 哟= m 旷1 伽) = m 3 、函数f 广西大学硕士掌位论文 墓于n 盱平台e b 服务安全性的研究与实现 将3 2 b i t 的凰i 经过扩展置换e 变为4 8 b i t ，与密钥岛进行逐位异或运算，再经过 s 盒压缩为3 2 b i t ，最后再做一次置换p 即得f 的输出。 4 、扩展置换( e 盒) 将输入的也l 从3 2 b “扩展为4 8 b i t 。方法是将r 1 分为8 段，每段4 b i t ，输出时每 段扩展为6 b i t 。 5 、s 盒替换 实质上d e s 共有8 个s 盒，每个s 盒都是一个4 1 6 的矩阵，矩阵中每个元素的 值都在o 到1 5 之问且不重复。s 盒的作用是以e 盒输出的4 8 b i t 作为输入，将其经过 一个非线性变换，压缩为3 2 b i t 输出。 6 、p 盒置换 以s 盒输出的3 2 b i t 为输入，经置换后输出( 仍为3 2 b i t ) 7 、子密钥的生成 ( 1 ) 生成原始密钥七：将密钥字母编码，形成5 6 b i t ，并在原第7 ，位之后插入 l 位o = l ，2 ，8 ) ，得勃( 6 4 b i t ) ； ( 2 ) 压缩排列p c - l ：对6 4 b i t 输入毛去掉第影位( ，= l ，2 ，8 ) 并重排，故其输 出为5 6 b i t ，记为而； ( 3 ) 将而分为等长的左、右两段，分别记为o 、岛； ( 4 ) 左移位置换上s ：将c i 1 、三h 各自循环左移l 2 位后记为a 、d i ( 卢1 2 ，1 6 ) ； ( 5 ) 压缩排列p c 2 ；将0 ，d f 合并为一段，从5 6 b i t 中选择出4 8 b i t 并进行置换， 即得第，轮迭代t i 所需要的子密钥岛。 8 ，解密 ( 1 ) 算法：m = d e s d ( c ) 硼p 1 t 1 6 t 1 5 t 2 t l p ( c ) 。 ( 2 ) 密钥：反序使用( 即对t i 用向6 ，t 2 用，t 1 6 用白) ，但密钥生成算 法不变，只是由原始密钥勃生产时是向右循环移位而非向左移位，其余类推。 2 5 2 州p i ed e s 算法( 三重d e s ) 强p l e d e s 是银行业普遍采用的数据加密标准。t h p l e d e s 一度被用作比d e s 功 能更强大的临时标准，它基于d e s 的基本设计，并且向后兼容最初的d e s 设计和模 式。t h p i ed e s 的改进表现在使用具有3 个不同密钥的d e s 算法对每个6 4 比特明文 分组进行3 次加密。能p l ed e s 使用第一个密钥加密每一个分组，然后使用第2 个密 钥对加密的结果进行解密，最后再次使用第一个密钥加密每一个分组聒p l ed e s 有 效地增加了d e s 的密钥长度，但是与d e s 相比，嘣p l ed e s 的算法会花费大约3 倍 的时间执行计算。下面描述了弼p l ed e s 的数学表达式： 加密操作：c = 如切偈f ，k 移炒。 解密操作： 仁仇r 僻昭仇，弼彬 其中，岛，幻、白分别为3 个5 6 比特