（计算机应用技术专业论文）基于pki技术的网上电子银行的设计与实现.pdf

主里垦星苎皇兰堕塑主兰垡堡盔 摘要 计算机网络技术的发展，极大地推动了社会信息化进程，人们可以通过 i n 捷r n e t 很方便地进行信息交流。但是，公开便利的网络环境同时也带来网络通信安全 方面的挑战。因此，网络安全问趣已成为牵动千家万户的问题，也是各级网络管理机构 非常关注的重要课题之一。 本系统的理论基础是p k i ，因此本文对p k i 的关键技术进行了分析。首先对对称密 码体制和非对称密码体制进行研究，对比了两者的优缺点。针对网上银行准确、快捷的 特点，选择了一种能发挥二者优点，实现快速安全传输的加密体制。其次，对c a 信任 模型进行了研究分析，只有选择适当的信任模型才能使系统的认证建立在可以信赖的基 础之上。再次，对数据传输加密的几种技术进行比较，选择一种最安全最适合p k i 体系 的数据流加密方式。还借鉴了s s l 协议来进行t c p i p 连接之间的握手过程，以达到防 止服务器被假冒的安全性要求。这里还分析研究了数字签名技术、时间戳技术和密钥管 理技术。 在对理论基础进行分析的基础上，本文将p 技术应用到了网上银行。主要从以下 几个方面设计系统并对其进行安全保护。此应用程序的体系结构中存在着几个网络连 接，这里依次针对每一个连接，分析它所面临的威胁，并提出解决方案。设计了安全通 信的加密协议流程，实现了数字签名。实现了认证系统的证书签发、证书公布、证书验 证功能。实现了银行子系统的功能，用户能进行查询转账等交易流程。在实现数据库功 能的时候重点设计了如何保护到数据库的连接和数据库。 本系统是用j a v a 语言编程实现的，量在说明只有建立一个以p k i 为基础的网上银 行模型才能充分保证交易系统的整体安全。 模型 关键字：公钥基础设施，网上银行，d e s ，r s a ，s s l ，密钥管理，数字证书，信任 中国民用航空学院硕士学位论文 a b s t r a c t d e 、，e l o p i n e n to fc o m p u t e rn c t w o r kt e c h n o l o g yh a sd e e p l yp m m o t e dp r o c e s so fs o c i e t y i n f b r m a t i o n ，p e o p l ec a l lc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rb yi n t e m e te x p e d i e n t l yh o w e v e r ， p 曲l j ca n dc o n v e n j e n t i n t e m e tc i r c 哪s t a n c eb n g sc h a n e n g eo fi n t e m e tc o m m u n i c a t i o n s e c u r i t ya l o n ga tt h es a m et i m e t h u s ，i s s u eo fi n t e m e ts e c u r i t yh a sb e c o m et 1 1 ei s s u ew h i c h a 能c t se v e r yf a m i l ya n di so n eo fq u e s t i o n sf o rd i s c u s s i o nw h i c ha l li m e m e to 唱a n i z a t i o n s c o n c e mh i 曲l y a c a d e m i c 伊o u n d w o r ko f 血i ss y s t e mi sp k i ，t h u s ，a n a l y s i so fk e yt e c h n o l o g yo fp k ii s e m p h a s j z e d f i r s n y s y m m e t 巧c i p h e rs y s t e n la n da s y m m e t r yc i p h e rs y s t e ma r es t u d i e d ，i t c o n t r a s t sa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fo n es y s t e mw i t ha n o t h e r a i m i n ga tc h a r a c t e r i s t i c o fi n t e m e tb a n kw h i c hi sn i c e 哆趾ds h o r t c u t ，i ts e l e c t sae n c r y p ts y s t e mw h i c hc a j lb r i n gi n t o p l a ym e i ra d v a n t a g e sa 1 1 dc a nr e a l i z ef a s ta n ds e c u r et r a n s m i s s i o n s e c o n d l y i ta n a l y z e s c r e d i tm o d e lo fc a ， o n l yp r o p e rc r e d “m o d e li ss e l e c t e d ，c a na u t h e n t i c a t i o no fs y s t e mb e b a s e do nc r e d i t t h i r d l 弘i tc o m p a r e ss e v e r a le n c r y p tt e c h n 0 1 0 9 yo fd a t al r a n s m i s s j o na n d s e l e c t sae n c r y p tp a n e mw l l i c hi sm o s ts e c u r ea i l dm o s ta p p r o p r i a t e w h a ti sm o r e ，i tu s e s s s lp r o t o c o lf o rr e f e r e n c et 0r e a l 函h a i l d c l a s pp r o c e s so ft c p i pa 1 1 dt oa c h j e v et h es e c u r i t y n e e do fp r e t e n d i n gt h ec a s et h a ts e r v e ri sc o 姗t e r f e i t i t a n a i y z e sn u m b e ri d i o g r a p h t e c h n o l o g y 、t i m ej a bt e c l l l l o l o g ya 1 1 dk e ym a n a g e n l e n tt e c h n o l o g y b a s i n go na 1 1 a l y s i so fm e o 职i t 印p l i e sp t oi n t e m e t b a n k i td e s 追n ss y s t e m 舶m s e v e r a l a s p e c t sa n d sp m t e c t st l l es e c u r i t yo ft h es y s t e m t h e r ea r es e v e r a li n t e m e t c o i l i l e c t i o n si n n l i s s y s t e ms t n l c t l l r e i ta 1 1 a l y z e s i m p e m m e n tw h i c he v e r yc o n n e c t i o n c o 曲o n t sa i l d b r i n g sf o n a r d s o l u t i o n s nd e s i g n s e n c r y p ta g r e e m e n tn o wo fs e c u r e t r a l l s m i s s i o n ，r e a l i z e sn u m b e ri d i o 伊a p ha i l df h n c t i o n so fc a i tr e a l i z e s 允n c t i o n so f s u b s y s t e mo fm eb a n k ，u s e rc a i lq u e r ya n dt r a i l s f e rh i sm o n e y i np m c e s so fr e a l i z i n g f 血c t i o no fm ed a t a b a s e ，i td e s i g n sh o wt o p r o t e c tc o 肌e c t i o nt ot h ed a t a b a s ea n dt h e d a t a _ b a s ep r i m a r i l y nr e a l i z e s c t i o n sa b o v eb yc o d i n gw i t hj a v a t h er e s u i t se x p i a i n st h a t o n j yp k ic a i l g u a r a n t e et l ew h o l es e c u r i t yo f b a 唱a i n i n gs y s t e m k e yw o r d s ：p u b l i ck e yi h s t m c t u r e ，i m e m e tb a i l k ，d e s ，r s a ，s s l ，k e ym a n a g e m e n t ， n u 加b e rc e n i f i c a t e c r e d i tm o d e l 中国民用航空学院硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 二十世纪九十年代，i n t e r n e t 的爆炸性发展在全球掀起了一股建设信息高速公路的 浪潮，标志着信息革命时代的真正来临，而近几年迅速起步的电子商务i l 】贝u 使人们看到 了二十一世纪电子商务时代的光辉前景。但由于互联网的建设初衷不是出于商业目的， 缺乏安全考虑，因此在全球数字化、网络化程度越米越高并带来巨大效益的同时，造成 目前基于互联网的电子商务面l 临严峻的安全问题。而这种巨大的安全需求无疑将极大地 刺激网络信息安全技术的深入发展。 随着网络安全事件给互联网用户造成的损失的迅速卜- 升，网络安全得到了，一泛的关 注，病毒的泛滥，黑客的肆虐，使得杀毒软件和防火墙成为了计算机系统中最基本的安 全配置。然而，杀毒软件和防火墙只解决了网络安全中物理安全的一部分，而对于逻辑 安全方面却没有丝毫的帮助。网络安全问题并不仅仅只有病毒和黑客，信息的缺失也是 一个非常重要韵方面【2 】。由于在互联网上人们无法鉴别与之交流的人或设备的身份，再 加上信息极易被伪造，让人们对在互联网上公丌传输的信息心存疑虑，也引发了人们对 信息的真实性、完整性、机密性和不可否认性的更高要求【3 ) 。 逻辑安全【4 j 方面的威胁主要有： ( 1 ) 假冒：指非法用户假冒合法用户身份获取敏感信息。 ( 2 ) 截取：指非法用户截获通信网络的数据。 ( 3 ) 篡改：指非法用户改动所截获的信息和数据。 ( 4 ) 否认：指通信的单方或多方事后否认曾经参与某次活动。 为了防范用户身份的假冒、数据的截取和篡改以及行为的否认等安全漏洞，互联网 急需一种技术或体制来实现对用户身份的认证，建立可信的网络应用环境，并保证互联 网上所传输数据的安全。 公钥基础设施( p u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e ，简称p k i ) 【5 】是为适应网络开放状 态应运而生的一种技术，以前的信息安全技术( 如防火墙、入侵检测、防病毒等) 基本 上都是解决网络安全某一方面的问题，而p k i 则是比较完整的网络安全解决方案，能够 全面保证信息的真实性、完整性、机密性和不可否认性。p k i 技术以公钥技术为基础， 以数字证书为媒介，结合对称加密和非对称加密技术，将个人、组织、设备的标识信息 与各自的公钥捆绑在一起，其主要目的是通过自动管理密钥和证书，为用户建立起一个 安全、可信的网络运行环境，使用户可以在多种应用环境下方便地使用加密和数字签名 中国民用航空学院硕士学位论文 技术m 1 8 】，在互联网上验证用户的身份，从而保证了互联网上所传输信息的真实性、 完整性、机密性和不可否认性。p k i 足目前为止既能实现用户身份认证，又能保证互联 网上所传输数据安全的唯一技术。 随着多媒体通信的日臻成熟，为了适应金融业的发展，出现了提供“在家联系银行” 业务( h o m eb a n k i n g ) 的电子银行系统i 9 j ，用户借助相应终端设备就能办理存款、取款等 银行业务。近来互联网技术和国际互联网的发展，又促进网上电子银行系统【l0 1 诞生，并显 示出内在潜力。网上电子银行( i n t e r n e tb a n k i n g ) 是指银行利用因特网这一公共资源 及其相关技术实现银行及客户之间安全、方便地连接，通过网络为客户提供各种金融服 务的电子银行。也就是说在i n t e r n e t 上建立一个虚拟的银行柜台开展各项金融服务。客 户只要拥有一台能够上网的p c ，就可以不受时间、空间的限制享受网上金融服务。网上 电子银行不仅是银行提供的一种全新的服务手段，而且也是电子商务活动中的重要环 节。随着i n t e r n e t 的迅速普及，b t o b 、b t o c 业务的推广，网上电子银行在国内也得到迅 速发展j 。 本课题难是在这样的背景下选题的。 1 2 研究p k i 技术的意义 ( 1 ) 通过p k i 可以构建一个可管、可控、安全的互联网络。 传统的互联网是一个无中心的、不可 牵的、没有q o s 保证的、“尽力而为” ( b e s te f f o n ) 的网络。但是，由于互联网具有统一的网络层和传输层协议，适合全球 互联，且线路利用率高，成本低，安装使用方便等，因此，从它诞生的那一天起，就显 示出了强大的生命力，很快地遍布全球。 在传统的互跃网中，为了解决安全接入的问题，人们采取了“口令字”等措施，但 很容易被猜破，难以对抗有组织的集团性攻击。近年来，伴随宽带互联网技术和大规模 集成电路技术的飞速发展，公钥密码技术有了其用武之地，加密、解密的丌销已不再是 其应用的障碍。因此，囡际电信联盟( i t u ) 、国际标准化组织( i s 0 ) 、国际电工委员会 ( i e c ) 、互联网任务工作纽( i e t f ) 等密切合作，制定了一系列的有关p k i 的技术标准， 通过认证机制，建立证书服务系统，通过证书绑定每个网络实体的公钥，使网络的每个 实体均可识别，从而有效地解决了网络上“你是谁”的问题，把宽带互联网在一定的安 全域内变成了一个可控、可管、安全的网络。 ( 2 ) 通过p k i 可以在互联网中构建一个完整的授权服务体系。 p k i 通过对数字证书进行扩展，在公钥证书的基础上，给特定的网络实体签发属性 证书，用以表征实体的角色和属性的权力，从而解决了在大规模的网络应用中“你能干 什么”的授权问题。这一特点对实施电子政务f l2 十分有利。因为电子政务从一定意义 中国民用航空学院顸士学位论文 上讲，就是把现实的政务模拟到网上来实现。在传统的局域网中，虽然也可以按照不同 的级别设置访问权限，但权限最高的往往不是这个部门的主要领导，而是网络的系统管 理员，他什么都能看，什么都能改，这和政务现实是相左的，也是过去一些领导不敢用 办公自动化系统的原因之一。而利用p k i 可以方便地构建授权服务系统，在需要保守秘 密时，可以利用私钥的惟一性，保证有权限的人才能做某件事，其他人包括网络系统管 理员也不能做未经授权的事；在需要大家都知道时，有关的人都能用公钥去验证某项批 示是否确实出自某位领导之手，从而保证真实可靠，确切无误。 ( 3 ) 通过p k i 可以建设一个普适性好、安全性高的统一平台。 p k i 遵循了一套完整的国际技术标准，呵以对物理层、网络层和应用层进行系统 的安全结构设计，构建统一的安全域。同时，它采用了基于扩展) 【m l 标准的元素级细粒 度安全机制，换言之，就是可以在元素级实现签名和加密等功能，而不像传统的“门卫 式”安全系统，只要进了门，就可以一览无余。而且，底层的安全中间件在保证为上层 用户提供丰富的安全操作接口功能的同时，又能屏蔽掉安全机制中的一些具体的实现细 节，因此，对防止非法用户的恶意攻击十分有利。此外，p k i 通过j a v a 技术提供了可 跨平台移植的应用系统代码，通过) ( m l 技术提供了可跨平台交换和移植的业务数据，在 这样的一个p k i 平台上，可以方便地建立一站式服务的软件中间平台，十分有利于多种 应用系统的整合，从而大大地提高平台的普适性、安全性和可移植性。 1 3p k i 技术的国内外研究现状综述 随着p k i 技术应用的不断深入，p k i 技术本身也在不断发展与变化，近年来比较重 要的变化有以下方面。 1 3 1 属性证书 x 5 0 9v 4 增加了属性证书的概念。提起属性证书就不能不提起授权管理基础设施 ( p m i ，p r i v i1 e g em a n a g e m e n ti n f r a s t r u c t u r e ) 。p m i 授权技术的核心思想是以资源 管理为核心，将对资源的访问控制权统一交由授权机构进行管理，即由资源的所有者来 进行访问控制管理。 在p k i 信任技术中，授权证书非常适合于细粒度的、基于角色的访问控制领域。 x 5 0 9 公钥证书原始的含义非常简单，即为某个人的身份提供不可更改的证据。但是， 人们很快发现，在许多应用领域，比如电子政务、电子商务应用中，需要的信息远不止 是身份信息，尤其是当交易的双方在以前彼此没有过任何关系的时候。在这种情况下， 关于一个人的权限或者属性信息远比其身份信息更为重要。为了使附加信息能够保存在 中国民用航空学院硕士学位论文 证书中，x 5 0 9v 4 中引入了公钥证书扩展项，这种证书扩展项可以保存任何类型的附 加数据。随后，各个证书系统纷纷引入自己的专有证书扩展项，以满足各自应用的需求。 1 3 2 漫游证书 证书应用的普及自然产生了证书的便携性需要，而到目前，能提供证书和其对应私 钥移动性的实际解决方案只有两种：第一种是智能卡技术。在该技术中，公钥私钥对 存放在卡上，但这种方法存在缺陷，如易丢失和损坏，并且依赖读卡器( 虽然带u s b 接口的智能钥匙不依赖读卡器，但成本太高) ；第二种选择是将证书和私钥复制到一张 软盘备用，但软盘不仅容易丢失和损坏，而且安全性也较差。 一个新的解决方案就是使用漫游证书，它通过第三方软件提供，只需在任何系统中 正确地配置，该软件( 或者插件) 就可以允许用户访问自己的公钥私钥对。它的基本 原理很简单，即将用户的证书和私钥放在一个安全的中央服务器上，当用户登录到一个 本地系统时，从服务器安全地检索出公钥私钥对，并将其放在本地系统的内存中以备 后用，当用户完成工作并从本地系统注销后，该软件自动删除存放在本地系统中的用户 证书和私钥。 1 3 3 无线p k l ( w p k i ) 随着无线通信技术的广泛应用，无线通信领域的安全问题也引起了广泛的重视。将 p k i 技术直接应用于无线通信领域存在两方面的问题：其一是无线终端的资源有限( 运 算能力、存储能力、电源等) ；其二是通信模式不同。为适应这些需求，目前已公布了 w p k i 草案，其内容涉及w p k i 的运作方式、w p k i 如何与现行的p k i 服务相结合等。 w p k i 中定义了三种不同的通信安全模式，在证书编码方面，w p k i 证书格式想尽量 减少常规证书所需的存储量。采用的机制有两种：其一是重新定义一种证书格式，以此 减少x 5 0 9 证书尺寸；其二是采用e c c 算法，减少证书的尺寸，因为e c c 密钥的长度比 其他算法的密钥要短得多。w p k i 也在i e t fp k i x 证书中限制了一个数据区的尺寸。由 于w p k i 证书是p k i x 证书的一个分支，还要考虑与标准p k i 之间的互通性。 总之，对w p k i 技术的研究与应用正处于探索之中，它代表了p k i 技术发展的个 重要趋势。 1 4p k i 体系的发展 p k i 技术是随着公钥密码技术的发展而发展起来的。1 9 7 6 年d i f f i e 和h e l l | i a n 在 4 中国民用航空学院硕士学位论文 密码学的新方向一文中提出了一种密钥交换协议，允许在不安全的媒体上双方交换 信息，安全地获取相同的用于对称加密的密钥。1 9 7 8 年l o r e nk o h n f e l d e r 提出了证书 的概念，使用由第三方签名的证书作为可靠传递公钥的方法，以解决集中存储公钥带来 的性能瓶颈。 虽然公开密钥基础设施( p k i ) 是电予商务的基础，但它却是8 0 年代的技术。国际 标准化组织( i s o ) 在1 9 8 4 年提出i s o7 4 9 8o s ir m 之后，接着就在o s i 七层模型上 定义了i s 0 7 4 9 8 2 安全体系结构。另一个国际标准化组织电信联盟( i t u ) 在1 9 8 8 年定 义的x 5 0 0 目录服务中规范了x 5 0 9 鉴别框架，它成为当今所有p k i 规范的基础。然而， 8 0 年代末9 0 年代初，计算机网络远没有今天这样普及，而且计算机的速度瓶颈问题也 制约着p k i 技术的真正实施。直到今天，由于计算机网络的高速发展和电子商务的巨大 需求，才为p k i 的强劲发展提供了良好环境。 自2 0 世纪9 0 年代初期以来，p k i 逐步得到了许多国家的政府和企业的广泛重视， p k i 技术由理论研究进入到商业化应用阶段。在这一时期，i e t f 、i s o 等机构陆续颁布 了x 5 0 9 、p k i x 、p k c s 、s m i m e 、s s l 、s e t 、i 黔e c 等p k i 应用相关标准，各个国家在 9 0 年代初，为推动o s i 的发展，一般都尝试过x 5 0 9 的p k i 技术，我国也不例外。目前 上海电子商务中心、中国招商银行、中国建设银行和广卅i 南方电子商务中心的证书机构 的开通，都预示着我国的p k i 研究和应用前景非常广阔。 1 5 本课题的研究内容 本文以网上银行系统的安全解决方案为例，讨论了基于p k i 技术的一整套网络信息 系统的安全设计和实现。全文可以分为三大块，即： 第一部分，包括第一、第二、第三共i 章。第一章主要介绍课题研究意义、p k i 的 研究现状及其发展；第二章、第三章讨论了网络信息安全解决方案的基石公钥基础 设施( p k i ) ，及相关技术简介。 第二部分，是实现部分，也是本文的主体，包括第四、第五两章。第四章对p k i 的 关键技术进行分析，得出将p k i 应用于本系统的可行性和优势。首先要对对称密码体制 和非对称密码体制进行研究，针对网上银行准确、快捷的特点，要选择一种能屏蔽二者 缺点并能实现快速安全传输的加密体制。其次，由于认证已经成为进行安全交易的基本 要求，为了实现证书的验证处理就需要建立一种安全的信任关系，只有这样，才能使系 统的认证建立在可以信赖的基础之上。所以要对c a 信任模型进行研究分析，选择适当 的信任模型。再次，在p k i 体系的数据保密性服务中，需要从t c p i p 协议的应用层和 传输层实现加密，因此要对数据传输加密的几种技术进行比较，选择一种最安全最适合 p k i 体系的数据流加密方式。为了交换随机动态密钥，防止通讯密钥被泄密，防止服务 中国民用航空学院硕士学位论文 器被假冒，就需要在客户端和服务器之间进行身份认证，这里要分析s s l 协议和s e t 协 议，借鉴其中的一种来实现t c p i p 连接之间的握手过程。通过分析，要说明只有选择 一个应用p k i 为基础的网上银行模型才能充分的保证交易系统的整体安全。第五章在第 四章的基础上，讨论安全身份认证系统和网上银行系统的设计及实现。系统中存在着若 干网络连接，这里依次针对每一个连接，分析它所面临的威胁，并提出解决方案。同时 考虑到系统各个组成部分存在着的脆弱性，对数据库，b a n k 端，维护端，w e b 服务器、 w e b 浏览器的安全级别进行了分析，并应用了安全保护策略。实现认证系统的证书签发、 验证、发布功能，实现银行子系统的功能，用户能与服务期间进行身份认证，能申请账 号、查看账户信息，完成交易。本系统的编程部分是用j a v a 语言实现的。 第三部分，是第六章。第六章主要总结了本文所做的主要工作，并对全文进行总结， 提出今后进行深入研究的方向。 中国民用航空学院硕士学位论文 2 1 密码技术概述 第二章密码技术及其功能 密码技术【”】是网络中最基本的安全技术，主要是通过对网络中传输的信息进行数 据加密来保障其安全性，这是一种主动安全防御策略，用很小的代价即可为信息提供相 当大的安全保护。原始数据( 也称为明文) 被加密设备和密钥加密而产生的经过编码的 数据称为密文。将密文还原为原始明文的过程称为解密，它是加密的反向处理，但解密 者必须利用相同类型的加密设备和密钥对密文进行解密。密码技术分类的方法有多种， 传统上按密钥的特性分为对称密码技术和非对称密码技术。前者又称为传统密码技术， 后者又称为公钥密码技术。加密的基本功能包括：防止不速之客查看机密的数据文件； 防止机密数据被泄露或篡改；防止特权用户查看私人数据文件：使入侵者不能轻易地查 找一个系统的文件。 2 2 传统密码技术 2 2 1 传统密码技术概述 传统密码技术是指加解密双方均采用相同的密钥，通常用来加密带有大量数据的报 文和文电通信的信息，因为这两种通信都可实现高速加密算法 1 4 】。传统密码技术的特 点是： ( 1 ) 传统加密方法的密钥分发过程十分复杂，而且所花代价极高。 ( 2 ) 多人通信时密钥组合的数量，会出现爆炸性的膨胀，这使问题更加复杂化。 ( 3 ) 发送者和接收者之间的密钥必须安全传送，而双方用户通信所用的秘密钥必须 妥善的保管。 可见，单纯地使用传统密码技术不能满足数据传输的需求，它通常和公钥密码技术 结合起来使用。 2 2 2d e s 算法 d e s ( d a t ae n c r y p t i o ns t a n t a r d ) 【1 5 1 7 1 算法由美国i b m 公司的w t u c h m a n 和 c m e y e r 于1 9 7 2 年研制成功，于1 9 7 5 年3 月公开发表，1 9 7 7 年1 月由美国国家标准局 确定为联邦数据加密标准。 甲国民用航空学院硕士学位论文 d e s 是一种二元数据加密的分组算法，即对6 4 位二进制数据进行加密，并产生6 4 笪密文数据。其中，使用密钥为6 4 位，实用5 6 位，另外8 位用作即偶校验。加密的过 程是先对6 4 位明文分组进行初始置换，然后分成左、右部分分别经过1 6 次迭代，然后 进行循环移位与变换，最后再进行逆变换得出密文。 d e s 算法实际上由模2 加法、码组移位、初始置换与逆初始置换、密钥表的计算几 部分组成。 2 3 公钥密码技术 2 3 1 公钥密码技术概述 公钥密码1 8 1 就是非对称密钥密码，加密和解密采用不同的密钥，所以公钥密码体 制又称为双钥体制。在公钥加密技术中，用户町以把用于加密的钥匙公开地分发给任何 人。谁都可以用公开的加密钥匙与用户进行秘密通信，除了标有解密钥匙的收件人之外， 无人能解开密文。公钥机制灵活，但加密和解密速度却比对称密钥加密慢得多。常用的 算法有r s a 、e l g a m a l 等。 2 3 2r s a 算法 r s a 2 0 ，2 1 】系统的构造是选择两个大素数p 、q ，计算n = p q ，f ( n ) = ( p1 ) ( q 1 ) ，其中 f 1 ( n ) 为欧拉函数，并选择一个整数e ，它满足( e ，f ( n ) ) = l ，其中1 e f = ( n ) ，并求出满 足e ( i 一】m 。d f ( n ) ，l d f ( n ) 的整数e ，它满足( e ，f ( n ) ) = l ，其中l e f ( n ) 的整数d ，这只 要使用欧几罩德算法用a l o g 。( n ) 次运算就可求出d 。则r s a 系统的公钥为k = ( n ，e ) ，而 秘密钥为k = d ，明文消息m 满足o k e y t o o lg e n k e y k e y a l gr s a k e y s t o r ed a t a b a s e k e y s t o r e 5 7 4 导出和导入证书 s s l 的身份认证是基于证书方式的。为了建立信任关系，就必须能够导出所有需要 被信任的证书。这里将为每一张证书创建一个文件，并且从证书的k e y s t o r e 中将证书导 出： c ：k e y t o o i _ e x p o n _ k e y s t o r eb a i l k k e y s t o r e 娟l eb a l l j ( c e 。 c ：侈k e y t o o l e x p o r t k e y s t o r ec r e d i t c a r d k e y s t o r e f i l ec r e d i t c a r d c e r 中国民用航空学院硕士学位论文 c ：p k e y t o o l e x p o r t k e y s t o r ed a t a b a s e k e y s t o r c 一6 1 ed a t a b a s e c e r 这个程序通过创建信任存储器来建立信任关系。这些信任存储器是只包含证书内容 的k e y s t o r e 。创建过程如下： b a i l k 端： c ：p k e ”o o l i m p o r t - k e y s t o r eb a n k l m s t s t o r e a l i a sd a t a b a s e f i l ed a t a b a s e c e r c ： k e y t o o l _ i m p o r t k e y s t o r eb a n k t r u s t s t o r e a l i a sc r e d i t c a r d 撕l ec r e d l t c a r d c e r 数据库： c ： k e y t o o l - i m p o r t k e y s t o r ed a t a b a s e n u s t s t o r e a l i a sb a n k f i l eb a l l k c e r 信用卡客户端： c ： k e ”o o l - i m p o r t k e y s t o r ec r e d i t c a r d t r u s t s t o r e 捌i a sb a n k f i l eb a n k c e r 5 7 5w e b 浏览器和w e b 服务器建立s s l 安全连接 下面介绍一下与服务器建立要求客户端验证的豁l 安全连接的过程。 ( 1 ) 建立自己的c a 证书。 1 ) 建立自己的c a 目录，例如：c a 2 ) 生成c a 密钥 o p e n s s lg e n r s a o u tc a c a k e y p e m1 0 2 4 3 ) 生成待签名的证书 o p e n s s lr e q n e w o u tc a c a r e q c s r k e yc a c a k e y p e m 4 ) 用c a 私钥自签名 o p e n s s lx 5 0 9 一r e q inc a c a r e q c s r o u tc a c a c e r t p e m s i g n k e y c a c a - k e y p 鲫一d a y s3 6 5 ( 2 ) 配置t 0 耻斌4 x 。 建立服务器证书。 1 ) 建立工作目录 在目录下建立自己的s e r v e r 目录，例如：s e r v e r 2 ) 生成s e r v e r 密钥对 c ：j 2 s d k l 4 1 0 l b i n k e y t o o l g e n k e y a l i a st o m c a t v a l i d i t y 3 6 5 一k e y a l gr s a k e y s iz e1 0 2 4 k e y s t o r es e r v e r s e r v e r k e y s t o r e 3 ) 生成待签名证书 c ：j 2 s d k l 4 1 一o l b i n k e y t o o l c e r t r e q a l i a st o 珊c a t s i g a l g m d 5 w i t h r s af i l e s e r v e r s e r v e r c s rk e y p a s s a l l c o m k e y s t o r e s e r v e r s e r v e rk e y s t o r e s t o r e p a s sa 1 】c o m 中国民用航空学院甄士学位论文 4 ) 拷贝c ：o p e n s s l a p p s c a c e r t s r l 文件到c a 目录 5 ) 用c a 私钥签名 o p e n s s lx 5 0 9 一r e q i ns e r v e r s e r v e r c s r o u ts e r v e r s e r v e r c e r t p e m c ac a c a c e r t p e m c a k e yc a c a k e y p e m d a y s3 6 5 将c a 根证书和服务器证书导入t o m c a t 。 1 ) 导入c a 根证书 c ：j 2 s d k l 4 1 o l b i n k e y t o o l i m p o r t v t r u s t c a c e r t s s t o r e p a s s a l l c o m a l i a sa 1 1 c o m c ar o o t f i l ec a c a c e r t p e m k e y s t o r e s e r v e r c a c e r t s 2 ) 拷贝c a c e r t s 文件到c ：j 2 s d k l 4 一一0 1 j r e 1 i b s e c u r i t y 目录 3 ) 导入服务器证书 c ：j 2 s d k l 4 1 一0 1 b i n k e y t o o l i m p o r t v t r u s t c a c e r t s s t o r e p a s s a l l c o m a l i a st o m c a tf i l es e r v e r s e r v e r c e r t p e m k e y s t o r e s e r v e r s e r v e r k e y s t o r e ( 3 ) 配置i e 客户端 建立c l i e n t 证书，建立过程同c a 证书。 ( 4 ) 将c a 证书与c l i e n t 证书导入l e 。 5 8 数据库的安全通信设计 对于数据库来说，有两个显而易见的攻击点。最明显和最容易被攻击的弱点是客户 端程序与数据库的侦听端口之间的连接。如果数据库安全地位于防火墙的后面，而且不 必担心对于数据库和客户端之间数据的窃听，那么数据加密不是必需的。但是，如果应 用服务器和数据库要在因特网上进行通信，这种情况可能是极端危险的。诸如用户名和 口令这样的信息，以及其他任何的重要数据将被包含在通信的数据包中，除非连接被安 全保护，否则很容易被攻击。 第二个弱点是数据库中的数据本身。一个数据库可以被用户访问，而这些用户只能 访问部分数据。 5 8 1 保护数据库连接 下面构建一个基于r m i 的j d b c 驱动程序，为任何j d b c 使用的数据源提供s s l 连接 之上的安全连接。 应用程序包括客户端和服务器组件。服务器处理所有的配置，管理到数据库的连接 中国民用航空学院硕士学位论文 和j d b c 调用的委托。客户端则将所有的连接委托给服务器。因此，要为客户端和服务 器之间的通信选择一种网络传输机制。由于r m i 能够提供很多特性，例如对j a v a 对象 自动进行管理和配置，以及安装自定义套接字的能力，所以r m i 是最好的选择。 r m i 有个需求，那就是r m i c 编译器需要发起j a v a r m i r e m o t e e x c e p t i o n 异常处 理的远程访问的所有方法。这个需求是由r m i 的体系结构所决定的，目的是为了使得开 发者能够预料到在远程计算中会出现的各种问题，如连接断线和网络故障。为了满足这 个需求，要为远程调用添加一个额外的层次，这里创建一系列可串行化代理来负责处理 那些异常情况。j d 8 c 是一个远程协议，由于预料到了网络问题，它要求每个方法都要 发起j a v a s q l s q l e x c e p t i o n 的异常情况处理。这里的方法将发起r e m o t e s q l e x c e p ti o n 处理，这是s q l e x c e p t i o n 的一个子类，这使得在需要的时候，能够发现与r m i 有关的 异常情况。图5 9 显示了在j a v a s q l c o n n e c t i o n 的一个基本的类结构。 图5 9 j a m s q l c o n n e c t i o n 的基本类结构 这里利用r m i 的自定义套接字功能，使用s s l 套接字来进行通信。并且利用相同的 机制来为j d b c 的数据源提供身份认证服务。 5 8 2 保护数据库 下面详细介绍，b a n k 端存取数据库的过程。这里针对用户信息，说明一下b a n k 端 存取用户信息的过程。 服务器在将数据存入数据库以前，使用公钥对数据进行加密。这里创建个类 c o s u m e r f a c t o r y 来处理加密和存储。这个类还会将数据连接委托给另一个娄 d a t a b a s e o p e r a t i o n s 。c o s u m e r f a c t o r y 将会创建两个对象：一个c o s u m e r 来简单的俣 中国民用航空学院硕士学位论文 持用户信息，另一个c o s u m e r d b n 是一个数据库对象，用来保持那些将被存在数据库中 的数据。 c o s u m e r 是一个简单的对象类，保存明文的用户信息。由于c o s u m e r 对象包含明 文用户信息，所以不对它进行直接存储，使用c o s u 】) e r d b 0 来对它进行加密。 c o s u m e r d b 卜包含a c c o u n t 表中除a c c o u m j d 外的所有字段。这里使用带有 p k c s # l 填充的r s a 算法来加密数据，这是非对称加密最常见的使用方式。但是，如果 使用这种加密来存储的数据是一种常规的格式，会受到特定方式的攻击，所以不直接使 用r s a 来对它加密，这里创建一个5 6 位的d e s 算法的密钥，并使用它来对用户信息加 密，然后用公钥来加密这个密钥，再存入数据库。 c o s u m e r f a c t o r y 一在这里完成真正的工作。它处理用户信息的加密和解密，并且委 托数据库访问给个d a t a b a s e o p e r a t i o n s 对象。它出一个公钥来创建，这里使用公钥 来加密所有的数据库数据。 下面是一个c o s u m e r f a c t o r y 的顺序示意图，显示了如何创建一个用户对象，并且 将其存储到数据库中。 图5 i o 创建用户对象过程图 ( 1 ) 请求者( 这里指的是w e b 服务器) 调用c o s u e r f a c t o r y c r e a t e c o s u j l l e r ( ) 。 ( 2 ) c o s u m e r f a c t o r y 创建一个5 6 位d e s 密钥，对用户信息进行加密，然后用r s a 公钥对d e s 密钥进行加密，并且使用这些数据创建一个c o s u m e r d b o 对象。 ( 3 ) c o s u m e r f a c t o r y 调用d a t a b a s e o p e r a t i o n s s t o r e ( ) ，传递创建的c o s u m e r 对象。 d a t a b a s e o p e r a t i o n s