（计算机应用技术专业论文）基于web+services的安全服务系统研究与实现.pdf

摘要 摘要 本文主要研究了基于w e bs e r v i c e s 的安全服务系统的设计与实现。首先就基 于w e bs e r v i c e s 的安全服务系统与传统安全服务系统的工作模式进行对比，并提 出了基于w e bs e r v i c e s 的安全服务系统三个优点：松耦合性、跨平台性与跨编程 语言性。 从功能上系统划分为数字证书、数字签名、密码服务、安全设备管理、人员 管理、角色管理、系统报表及系统管理八大模块。 系统架构设计上，根据面向服务对象不同：面向应用程序与面向操作者，划 分为三个子系统：j s e c u r i t y 、j s e c u r i t yp o r t 和j s e c u r i t yj a n i t o r 。j s e c u r i t y 是提供 安全服务的核心，j s e c u r k yp o r t 是在j s e c u r i t y 的基础上设计的面向应用程序的接 1 3 ，j s e c u r i t yj a n i t o r 则是一个通过j s e c u r i t yp o r t 接口把j s e c u r i t y 安全服务提供 给操作者的可视化w e b 服务器。 j s e c u r i t y 子系统是一个基于j c e 框架的安全服务系统，是本系统的核心。 划分为四大模块：证书库管理、证书管理、数字签名、对称加密，及1 7 个安全 服务：注册新证书、恢复私钥等。使用j c e 作为安全算法的实现框架，x 5 0 9 v 3 作为证书格式。可使用的对称算法：”a e s ”、”b l o w f i s h ”、”d e s ”与”d e s e d e ”，非 对称算法：”r s a ”与”d s a ”，散列算法：”s h a i ”与”m d 5 ”。 j s e c u r i t yp o r t 接口子系统是为j s c c u r i t y 设计的w e bs e r v i c e s 接口。j s e c u r i t y 子系统通过该接口子系统向外发布服务，从而实现跨平台、跨编程语言通讯。该 接1 3 系统由五p o r t t y p e 组成：c e r t k i t 、k e y s t o r e k i t 、c r y p t k i t 、s i g n a t u r e k i t 、 d i g e s t k i t 。采用x f i r e 作为开发框架，t o m c a t 作为h t t p 容器。本文同时针对开 发过程中遇到的关于如何传输复杂对象的问题进行分析，并提出了一个基于对象 序列化，即对象与二进制相转换、基于二进制传输的解决方案，并给出测试结果。 j s e c u r i t yj a n i t o r 子系统是为管理以上j s e c u r i t y 子系统而设计的，如数字证书 签发、更改、注销等的管理。为j s e c u r i t y 安全服务提供人性化操作界面，如在 线数据加密、在线数字签名等。系统在开发过程中同时提出一种基于d a o 的开 发模式：以数据表为类，p o j o 为该类属性，d a o 为该类方法。该开发模式优点： 1 合并样板式代码，简化业务逻辑层；2 降低系统耦合度。并给出一个基于 广东t 业大学硕士学位论文 s t r u t s 、h i b e r n a t e 及s p r i n g 框架的具体开发模式说明。子系统同时提供了其他安 全相关的管理服务，如基于r b a c 的用户角色权限管理、安全设备管理等。 关键词：w e bs e r v i c e s ；安全服务系统；p k i ；j c e ；对象序列化；d a o ； a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rs t u d i e da b o u tr e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fs e c u r i t ys e r v i c es y s t e m b a s e do nw e bs e r v i c e s f i r s t l y , t h i sp a p e rc o m p a r e dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e s e c u r i t ys e r v i c es y s t e mb a s e do nw e bs e r v i c e sa n dt h et r a d i t i o n a ls e c u r i t ys e r v i c e s y s t e m a n di n t r o d u c e dt h r e ea d v a n t a g e so fs e c u r i t ys e r v i c es y s t e mb a s e do nw e b s e r v i c e s ：l o o s e l yc o u p l e d ，c r o s s p l a t f o r ma n dc r o s s - p r o g r a m m i n g - l a n g u a g e f u n c t i o n a l l yt h i ss y s t e mi sd i v i d e di n t oe i g h tm o d u l e s ：d i g i t a lc e r t i f i c a t e ，d i g i t a l s i g n a t u r es e r v i c e s ，c r y p t o g r a p h i cs e r v i c e s ，s e c u r i t ye q u i p m e n tm a n a g e m e n t ，u s e r m a n a g e m e n t ，r o l ea n da u t h o r i t ym a n a g e m e n t ，s t a t e m e n t sa n ds y s t e mm a n a g e m e n t i ns y s t e ma r c h i t e c t u r ed e s i g n , a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo fa p p l i c a t i o n - o r i e n t e d a n du s e r - o r i e n t e d ，t h i ss y s t e mi sd i v i d e di n t ot h r e es u b s y s t e m s ：j s e c u r i t y , j s e c u r i t y p o r ta n dj s e c u r i t yj a n i t o r j s e c u r i t yi st h ec o r eo ft h i ss y s t e m , w h i c hp r o v i d e s s e c u r i t ys e r v i c e s j s e c u r f f yp o r ti sd e s i g n e dt ob ej s e c u r “y si n t e r f a c ef o ro t h e r a p p l i c a t i o n s j s e c u r i t yj a n i t o ri sav i s u a l i z a t i o nw e bs e r v e rp r o v i d i n gj s e c u r i t y s s e c u r i t ys e r v i c e sv i aj s e c u r i t yp o r t j s e c u r i t ys u b s y s t e mi sas e c u r i t ys e r v i c e ss y s t e mb u i l to nj c ef r a m e w o r k t h i s s u b s y s t e mi st h ec o r eo ft h ew h o l es e c u r f f ys e r v i c e ss y s t e m d i v i d e di n t o f o u r m o d u l e s ：c e r t i f i c a t es t o r em a n a g e m e n t ，c e r t i f i c a t em a n a g e m e n t ，d i g i t a ls i g n a t u r e ， s y m m e t r i ce n c r y p t i o n , a n d17s e c u r i t ys e r v i c e s ：n e wc e r t i f i c a t er e g i s t r a t i o n ，p r i v a t e k e yr e s t o r a t i o n , e t c u s i n gj c ea ss e c u r k yi m p l e m e n t a t i o nf r a m e w o r k ，x 5 0 9 v 3a s c e r t i f i c a t ef o r m a t s y m m e t r i ca l g o r i t h m ：”a e s ”，”b l o w f i s h ”，d e s ”a n d ”d e s e d e ” a s y m m e t r i ca l g o r i t h m s ：”r s a ”a n d ”d s a ”h a s ha l g o r i t h m ：”s h a l ”a n d ”m d 5 ” j s e c u r i t yp o r ts u b s y s t e mi sd e s i g n e da saw e bs e r v i c e si n t e r f a c ef o rj s e c u r i t y j s e c u r i t yu s et h i si n t e r f a c et op u b l i s hi t ss e c u r i t ys e r v i c e sa n da c h i e v et h es y s t e m s t h r e ea d v a n t a g e s ：l o o s e l yc o u p l e d ，c r o s s p l a t f o r ma n dc r o s s p r o g r a m m i n g - l a n g u a g e j s e c u r i t yp o r ts u b s y s t e mi sm a d eu p b yf i v ep o r t t y p e s ：c e r t k i t ，k e y s t o r e k i t ， c r y p t k i t ，s i g n a t u r e k i t ，a n dd i g e s t k i t u s i n gx f i r ea sw e bs e r v i c ei m p l e m e n t a t i o n f i - a m e w o r k ，t o m c a ta sh t t pc o n t a i n e r t h i sp a p e ra l s or e s e a r c h e dt h ep r o b l e ma b o u t i i i 广东工业大学硕+ 学位论文 c o m p l e xo b j e c tt r a n s m i s s i o ni nw e bs e r v i c e s a n dp r o p o s e das o l u t i o nw h i c hi sb a s e d o no b j e c ts e r i a l i z a t i o na n db i n a r y - b a s e dt r a n s m i s s i o n j s e c u r i t yj a n i t o rm a n a g e m e n ts u b s y s t e mi sd e s i g n e dt om a n a g ej s e c u r i t y , s u c ha s d i g i t a l c e r t i f i c a t e i s s u a n c e ，e d i ta n dd e s t r o y j s e c u r i t yj a n i t o ra l s op r o v i d e s a u s e r - f i i e n d l yi n t e r f a c ef o ro n l i n ed a t ae n c r y p t i o n ，o n l i n ed i g i t a ls i g n a t u r e ，e t c t h i s p a p e ra l s oi n t r o d u c e dad e v e l o p m e n tm o d e lb a s e do nd a o ：d a t a b a s et a b l ea sac l a s s ， p o j oa si t sm e m b e r s ，d a oa si t sm e t h o d s t h ea d v a n t a g e so ft h i sm o d e la r e1 ， c o m b i n i n gm o d e lt y p ec o d e ，s i m p l i f yt h eb u s i n e s sl o g i ct i e r ；2 ，l o o s e l yc o u p l e d a n dg i v i n ga ne x a m p l eo ft h i sm o d e l w h i c hi sb u i l to ns t r u t s ，h i b e r n a t ea n ds p r i n g t h i ss u b s y s t e ma l s oi n c l u d e so t h e rs e c u r i t y - r e l a t e dm a n a g e m e n ts e r v i c e s ，s u c ha s r b a c b a s e du s e ra u t h o r i t ym a n a g e m e n t ，s e c u r i t ye q u i p m e n tm a n a g e m e n t ，e t c k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e s ；s e c u r i t ys e r v i c es y s t e m ；p k i ；j c e ；o b j e c ts e r i a l i z a t i o n ； d a o ； i v 广东t 业大学硕十学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 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，不包含 本人或其他用途使用过的成果。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，并表示了致谢。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 做作者粹碰 指导老师签字： 沙7 年旯27 日 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 第一章绪论弟一早珀下匕 w e bs e r v i c e s 技术被称为继p c 和i n t e m e t 之后的第三次计算机革命，它允许w e b 站点放置可编程的元素以实现基于w e b 的分布计算和处理。w e bs e r v i c e s 是对象、组 件技术在i n t e m e t 中的延伸，是封装成单个实体且发布到网络上以供其它程序使用的 功能集合。虽然w e bs e r v i c e s 技术诞生不久，可是它己经在短短的时间内飞速发展 并展示了其在电子商务、电子政务等多方面的广阔应用前景【l 】。 在电子商务越来越广泛地应用到商务活动的过程中，影响其发展的核心问题，其 实是安全问题。由于互联网的开放性和匿名性，网络环境中不可避免的存在很大的安 全隐患，网络安全问题不断的给用户造成损失，如网上欺诈、截取和非法入侵等事件 也是频繁出现，对电子商务构成了相当大的威胁，这主要是由子在互联网上人们无法 鉴别和认证对方的身份，也无法鉴别所传输的信息是否被篡改和伪造，这让人们对在 互联网上公开传输信息顾虑重重，同时也引发了人们对信息的真实性、完整性、机密 性和不可否认性的高层次要求【2 】。因此网络安全问题受到越来越广泛的关注，在这种 形势下，如何保证信息传输的安全性，如何保证电子商务的健康发展成为我们研究的 重点。 安全服务系统是使用公钥密码理论和技术解决各种安全问题的成熟技术。以数字 证书、密码学为基础，可以解决安全面临的几个问题：机密性、完整性、不可否认性。 目前安全服务系统己经在实际当中得到了应用。随着i n t e r n e t 对安全需求的不断增加， 基于安全服务系统的应用也会随之扩展【3 】。 由于安全服务系统的复杂性，部署安全服务系统的公司不是很多。而w e bs e r v i c e s 技术作为一种基于x m l 语言和标准的网络协议实现的分布式计算技术，足以把整个 i n t e m e t 变成一个可以无限扩展、拥有无限潜力的分布式计算平台，它的平台无关性 和灵活性已经受到越来越广泛的青睐 4 1 。如果w e bs e r v i c e s 的形式对外提供一个统一 的访问安全服务系统的接口，则会大大方便客户在程序中集成进安全技术，从而促进 广东t 业大学硕士学位论文 了安全服务系统的发展5 1 。 1 2 国内外研究现状 安全服务系统是建立在公钥加密技术基础之上的，并随着加密技术的发展而前 进。1 9 7 6 年，美国的密码学专家d i f f i e 和h e l l m a n 提出了著名的密钥分发体制，第一 次解决了不依赖秘密信道的密钥分发问题，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，公钥则在电话簿中公布。1 9 7 8 年k o h n f e l d e r 提出了认证机构( c e r t i f i c a t ea g e n c y ) 的概念，在认证机构集中式管理模式下，公钥以 认证机构证书形式公布于目录库，私钥仍以秘密( 物理) 信道分发。1 9 9 1 年相继出现了 p g p 、p e m ，第一次提出密钥由个人生成的分散式体制，以不传递私钥的方式避开了 秘密信道。1 9 9 6 年出现s p k i 解决方案。p k i 设立了认证中一t 二, ( c e r t i f i c a t e a u t h o r i t y ， 简称c a ) ，以第三方证明的方式将公钥和标识绑定，并创立了层次化c a 架构【6 8 】。 美国作为最早提出p k i 概念的国家，于1 9 9 6 年成立了美国联邦p k i 筹委会，其 p k i 技术在世界上处于领先地位，与p k i 相关的绝大部分标准都由美国制定。2 0 0 0 年6 月3 0 日，美国总统克林顿正式签署美国全球及全国商业电子签名法，给予电 子签名、数字证书法律上的保护，这一决定使电子认证问题迅速成为各国政府关注的 热点。美国联邦政府在研究各联邦政府已建成的p k i 体系的基础之上，为解决各种不 同认证系统之间的交叉认证问题，于1 9 9 8 年提出了桥接c a 的概念，旨在解决不同 信任域之间的信息传递问题，避免形成信任孤岛。加拿大在1 9 9 3 就已经开始了政府 p k i 体系雏形的研究工作，到2 0 0 0 年已在p k i 体系方面获得重要的进展，已建成的 政府p k i 体系为联邦政府与公众机构、商业机构等进行电子数据交换时提供信息安全 的保障，推动了政府内部管理的电子化进程【9 1 1 】。 此外，许多国外的企业也开展了p k i 的研究。较有影响的企业有b a i t i m o r e 和 e n t r u s t ，其产品如e n t r u s tp k i5 0 ，已经能较好地满足商业企业的实际需求。v e r i s i g n 公司也已经开始提供p k i 服务，i n t e r a c t 上很多软件的签名认证都来自v e r i s i g n 公司。 我国的p k i 技术从1 9 9 8 年开始起步，由于政府和各有关部门对p k i 产业的高度 重视，其发展也比较迅速。自1 9 9 8 年国内第一家以实体形式运营的上海c a 成立起， 我国出现了很多c a ，如：以中国人民银行为首的1 2 家金融机构推出中国金融认证 2 第1 一章绪论 中心c f c a 、中国电信认证中心c t c a 、广东电子商务认证中心等。另外，部分电子 商务应用比较先进的企业如招商银行也建立了自己的认证中心。北京、上海、天津、 山西、福建、宁夏等地已经将c a 证书应用到政府网上办公、企业网上纳税、股民网 上炒股、个人安全电子邮件等多个方面，并取得了良好的社会效益和经济效益【l 2 1 。 但是，由于互联网的普及程度、商家对电子商务的认知程度、银行等金融部门的 配合力度等方面的限制，使得我国的c a 认证市场还存在一些问题，如：整体发展的 速度虽然较快，但具有一定的盲目性；c a 中心繁多，但许多并不是真正的权威性第 三方；c a 中心之间的协调和交叉认证困难；签发证书数量少，证书使用场合少，在 发出的证书中有相当一部分是免费证书，因此国内用户对c a 认证的认知度还要经历 一个过渡期。 信息安全服务系统在近两年随着电子商务的兴起有所发展，一般基于p k i ( p u b l i ck e yi n f r a s t r u c t u r e 公开密钥基础设施) 体系思想，对p k i 基本功能如对称加 密与解密、非对称加密与解密、信息摘要、单向散列、数字签名、签名验证、证书认 证，以及密钥生成、存储、销毁，进一步扩充组合形成新的p k i 功能逻辑，进而形 成系统安全服务接口、应用安全服务接口、储存安全服务接口和通信安全服务接口。 由于事关国家信息安全、网上金融秩序和经济安全，一般国家扶持国内企业形成具有 自主知识产权的安全服务系统。目前国内的产品有：东方通科技的t o n g s e c t 上海 华腾软件系统有限公司自主研发的安全服务管理中间件t o p s e c u r e ，以上两公司产品 主要用来实现电子商务交易认证管理，但是由于我国在数年前已经建设了大量数字认 证中心，因此这两类安全系统虽然得到了政策的支持，但是使用的并不广泛【1 3 q 4 1 。 尽管国内外许多公司己开发出安全服务系统，并得到应用，但安全服务系统场尚 未发育成熟。按照国外一些调查公司的说法，安全服务系统仅仅还是在做示范工程。 许多新的技术不断出现，安全服务系统的结构、使用的算法、证书撤销的方案、密 钥管理的方案等也在不断变化。事实上，过去的两年和未来的几年是安全服务系统 的高速成长期，大量的安全服务系统支持协议标准将进一步完掣1 5 】。建立在这些统 一标准上，真正意义上的具有互操作性的产品也会很快出现。因此，有充分的理由 对这一领域进行跟踪、尝试与研究。 广东t 业大学硕十学位论文 1 3 论文研究内容 本文首先介绍安全服务系统及w e bs e r v i c e s 技术，并且将这两者相结合提出使用 w e bs e r v i c e s 作为接口的安全服务系统的设计及其实现方式。 提出的解决方案继承传统安全服务系统的基本安全服务功能，通过采用w e b s e r v i c e s 技术实现安全服务系统的接口部分，解决了传统安全服务系统的可重用性差、 平台语言相关性等不足。 本文同时针对开发过程中遇到的关于如何传输复杂对象的问题进行分析，提出一 个基于对象序列化，即对象与二进制相互转换及基于二进制传输的解决方案，并给出 测试说明。 系统在开发过程中同时也提出一种基于d a o 的开发模式：以数据表为类，p o j o 为该类属性，d a o 为该类方法。该开发模式优点：1 ，合并样板式代码，简化业务逻 辑层：2 ，降低系统耦合度。并给出一个基于s t r u t s 、h i b e r n a t e 及s p r i n g 框架的具体 开发模式说明。 1 4 论文章节安排 本文的内容组织如下： 第一章介绍论文的研究背景及本论文的章节安排。 第二章对论文相关的计算机安全技术及w e bs e r i v c e s 技术进行简要介绍。 第三章首先介绍了安全服务系统的内容，接着就基于w e bs e r v i c e s 的安全服务系 统与传统安全服务系统的工作模式进行了对比论述，并总结出基于w e bs e r v i c e s 的安 全服务系统的三个优点：松耦合性、跨平台性与跨编程语言性。 第四章首先对本安全服务系统进行了需求分析及用例分析，接着根据该分析设计 了本系统的总体框架及接口设计。再从架构上把本系统设计为由三个子系统组成： j s e c u r i t y 、j s e c u r i t yp o r t 与j s e c u r i t yj a n i t o r 。并分析了这三个子系统架构上的关系。 最后给出了本系统部分数据库设计说明。 第五章设计了本系统的第一个子系统：j s e c u r i t y 。本章首先对安全服务业务流程 进行了简要分析，接着结合j c e 框架设计了一个安全服务系统j s e c u r i t y ，并给出四 4 第章绪论 大模块内1 7 个安全子服务的设计概要，接着对部分模块进行了详细的设计说明，最 后以数字证书签发、数字签名及数据加密为测试用例对该子系统进行测试说明。 第六章主要对第二个子系统j s e c u r i t yp o r t 进行设计说明。本章首先解释了本系 统选取的w e bs e r v i c e s 开发框架及开发方式所基于的考虑，给出本子系统的总接口设 计，接着对五个p o r t t y p e 接1 ：3 设计进行详细设计分析，同时对开发该接i s l 模块过程 中遇到的关于如何传输复杂对象的问题进行了描述与分析，并给出一个基于对象序列 化的解决方案与该方案的测试结果，本章最后选取两个测试用例对该j s e c u r i t yp o r t 接口子系统进行测试。 第七章设计了本系统的第三个子系统：j s e c u r i t yj a n i t o r 。本章首先解释了该子系 统的设计框架图。同时提出了一种基于d a o 的开发模式：以数据表为类，p o j o 为 该类属性，d a o 为该类方法。该开发模式优点：1 合并样板式代码，简化业务逻辑 层；2 降低系统耦合度。本章最后演示了该子系统的部分操作截图。 最后总结了本论文的工作，并对系统目前的不足及后续工作进行了讨论。 广东t 业大学硕十学位论文 第二章信息安全与w e bs e r v i c e s 2 1 信息安全概述 对于一个安全的系统而言，它应该提供实现认证( a u t h e n t i c a t i o n ) ，授权 ( a u t h o r i z a t i o n ) ，保密性( c o n f i d e n t i a l i t y ) ，数据完整性( d a t ai n t e g r i t y ) 和不可否认性 甜o n r e p u d i a t i o n ) 这五个基本目标。 1 认证( a u t h e n t i c a t i o n ) 保证只有能够提供适当身份证明的用户才能访问特定的服务。它通常通过一组证 书来证明一个系统用户的身份。证书是系统用来确认用户身份的必要证据。用户可以 是实际使用者、一个处理过程或另一个系统等。证书高度包括系统用户证明身份的需 求，但它更像一组用户属性，例如密码、证书或智能卡等。在实际应用中，根据不同 级别的应用，存在着多种特定实现的认证方法。 2 授权( a u t h o r i z a t i o n ) 提供对系统资源的访问权限。一旦确认了用户身份，就需要检查这个用户所拥有 的访问权限了。授权就是给予用户对系统资源的访问权限的过程。 3 保密性( d a t ai n t e g r i t y ) 保证所交换的信息不被窃听。要保护信息数据不被未授权的用户访问，就需要为 信息提供保密机制。保密性是保密信息的方法，不是阻碍访问，而是使信息不可读。 只有被允许读取信息的用户才能解锁加密的文件以获得原始信息。 4 数据完整性( d a t ai n t e g r i t y ) 在数据传输或存储期间，信息会被无意或恶意的修改或损坏。数据完整性检查就 是用来确认数据是否完整的处理过程。 5 不可否认性( n o n - r e p u d i a t i o n ) 保证消息的发送方无法否认他( 她) 发送过的消息。 在电子商务应用中，不可 否认性安全目标是非常重要的，因为它用来保证和监督交易双发的信誉和诚实度。 在以上的五个计算机安全基本目标中，认证、保密性、完整性和不可否认性都与 6 第二章信息安全与w e bs e r v i c e s 相应的加密技术相关，因为它们都是用来保护数据通信的【1 6 17 1 。 2 2 现有信息安全技术 加密技术是保护信息安全的一门艺术或科学，简单的说，就是把信息按照某种方 法进行编码以掩藏其真实的内容，这是解决安全问题的一种重要技术。作为加密方 法的数学基础的分支，加密技术成为所有安全信息、验证和数字签名等技术的基础。 1 数据加密 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 非授权者不能了解被保护信息的真实内容。那些需要隐藏的信息称为明文，伪装的操 作过程称为加密，产生的结果称为密文，加密时使用的信息变换规则称为密码算法。 解密是和加密相反的过程，它将密文数据转换为明文加密和解密算法的操作通常是 在一组密钥控制下进行的，分别称为加密密钥和解密密钥。一个加密系统采用的基本 工作方式称为密码体制，密码体制的基本要素是密码算法和密钥。 加密技术有两种类型的密钥体制，即对称和非对称密钥。在对称密码体制下，加 密密钥和解密密钥相同，或者可以从一个导出另一个；而在非对称密码体制下，加密 密钥公开，解密密钥不公开，从一个密钥无法推出另外一个密钥。 2 数据完整性 保证数据完整性是计算机安全中一个非常重要的部分。数据的完整性是认证消 息、检验数据是否被篡改的技术。散列函数是实现数据完整性的主要手段，它是将任 意长度的信息m 作为输入，映射成一个较短的定长输出h 的函数，以f 表示该函数， 则h = f i = m ) 。h 称为散列值或消息摘要，又称为输入信息m 的数字指纹。若输入的 信息m 改变了，则输出的定长值h 也会相应改变。散列函数的特点是不能从输出值 h 求出原来的输入值m ，但可以验证任一给定序列m 是否与m 有相同的散列值。 散列函数根据其用法可以分为三个类型的算法，即不要密钥的算法( 消息摘要) 、 需要保密密钥的算法( 消息验证代码) 和需要密钥对的算法( 数字签名) 。无密钥控制的 散列函数其散列值只与数据的信息有关，任何人都可以计算，因而不具有身份认证功 能，只用于检测接收数据的完整性。而有密钥控制的散列函数其散列值不仅与输入有 关，而且与密钥有关，只有持此密钥的人才能计算出相应的散列值，因而具有身份验 7 广东工业大学硕士学位论文 证的功能。 散列函数通常比加密和数字签名算法快，消息摘要比原来的信息本身小，因此一 般通过对消息摘要进行处理来实现完整性检查和数字签名功能。消息摘要是使用散列 函数来创建摘要的算法。摘要只是原始消息的指纹，用来确认原始消息是否被修改过。 为了检查摘要的完整性j 它必须和原始摘要比较，原始摘要必须是接收者相信没有被 篡改过的。 3 数字签名 根据互联网工程任务组i e t f 的互联网安全术语表中的定义，数字签名是“用加 密算法计算的一个值，并以某种方式附加到数据对象上，使任何数据的接收者度能使 用该签名来检验数据的起源和完整性”，“数据附加到数据单元，或数据单元的加密转 换，允许数据单元的接收者证明数据单元的来源和完整性并防止伪造，例如被接收者 伪造。因此，数字签名必须满足以下要求：接收者能够核实发送者对报文的签名； 发送者事后不能抵赖对报文的签名；接收者不能伪造对报文的签名。 数字签名一般使用散列函数和私有签名算法( 用签名者的私有密钥加密) 来实 现。发送者用自己的私有密钥对文档的数字指纹( 摘要) 进行加密，任何知道发送者的 公开密钥的人都可以对该签名进行检验。现在有多种实现数字签名的方法，主要可以 分为两种，一种是基于非对称密码体制的数字签名，一种是基于对称密码体制的数字 签名。目前使用最多的是基于非对称密码体制的数字签名，如基于r s a 的数字签名、 数字签名标准算法d s a 等。 数字签名是互联网安全的一个重要部分，它同时与另外一个重要的安全技术密 切相关，即数字证书。 4 数字证书 公开密钥证书简称为数字证书，是由证书管理中心c a 签署的一种凭证，其中包 含有证书所有者的公开密钥、身份信息以及其他属性，c a 将这些信息用自己的私有 密钥进行签名，使其不可伪造。任何信任c a 的人或机构。只要拥有c a 的公开密钥 就可以对证书进行验证，从而获得并信任用户的公开密钥。 证书中通常不仅包括证书所有者的名字和它的公开密钥，还可以包括其它很多信 息，这样的证书称为扩展证书。使用扩展证书，用户不仅能得到其它人的公开密钥， 第二章信息安全与w e bs e r v i c e s 还可以得到其它的有关信息，如电子邮件地址等。一旦用户拥有了一个证书，就可以 通过证书的交换，证实对方或自己的身份。用户a 想拥有自己的数字证书时，需要 向证书管理中心c a 发送一个“证书请求”，其中包括用户的基本信息以及它的公开 密钥。证书管理中心以利用a 发送的请求生成一个特殊的报文，并用它自己的私有 密钥对该报文进行签名，然后将报文和签名返回给用户a ，这两部分就组成了a 的 证书。当b 想使用a 的公开密钥时，a 将自己的证书传送给b 。b 用发放该证书的c a 的公开密钥验证证书中的签名，如果验证通过，则b 接受a 的公开密钥【1 8 1 9 1 。 2 3w e bs e r v i c e s 技术 w e bs e r v i c e s 是i b m 、微软等多家公司提出的基于互联网的开发模型，它是在 i n t e n r e t 上进行分布式计算的基本构造块。w e bs e r v i c e 是对象组件技术在i n t e m e t 中 的延伸，是封装成单个实体且发布到网络上以供其它程序使用的功能集合。在w e b s e r v i c e 的体系中，应用系统被分割为高内聚、低耦合的单个的服务，可以分散于w e b 的各个地方，通过互相地调用以协同完成业务活动，建立可互操作的分布式应用程序 的新平台【2 0 1 。 w r e bs e r v i c e s 特点： 1 w e bs e r v i c e s 通过标准的w e b 协议向w r e b 用户提供有用的功能。多数情况下 使用s o a p 协议。 2 w e bs e r v i c e s 可以非常详细地说明其接口，这使用户能够创建客户端应用程序 与它们进行通信。这种说明通常包含在称为w e bs e r v i c e s 说明语言( w s d l ) 文档的 x m l 档中。 3 w e bs e r v i c e s 经过注册，使潜在用户能够轻易地找到这些服务，这是通过统一 发现、描述和集成( u d d i ) 来完成的。业界将w e bs e r v i c e s 定义为：通过s o a p 在w e b 上提供的软件服务，使用w s d l 文件进行说明，并通过u d d i 进行注册它们。w r e b s e r v i c e s 是一个能够使用x m l 消息通过网络来访问的i n t e r f a c e ，这个i n t e r f a c e 描述 了一组可访问的操作。它是由s o a p 和w s d l 包装的o b j e c t 通过一个s o a p 接口被 访问，而此接口则定义在一个w s d l 文档里，能够适应松散祸合的网络环境，可通 过w e b 访问，手段是s o a p 消息，对于服务的行为，输入输出都可使用w s d l 描述 9 广东t 业大学硕士学位论文 1 2 1 1 。 w e bs e r v i c e s 使用基于x m l 的消息处理作为基本的数据通讯方式，消除使用不 同组件模型，操作系统和编程语言的系统之间存在的差异。因此w e bs e r v i c e s 体系结 构的主要优点之一是：允许在不同平台上、以不同语言编写的各种程序以基于标准的 方式互相通信。开发人员可以用像过去在创建分布式应用程序时使用组件一样的方式 创建将来自各种源的w e bs e r v i c e 组合在一起的应用程序。相对以前的方案而言，w e b s e r v i c e s 的另一大优点是使用标准的w e b 协议x m l 、h t t p 和t c p i p 2 2 之4 1 。 w e bs e r v i c e s 所实现的最基本的方案是向它的客户端提供某个基本功能以供其使 用，也可以以复合方式使用w e bs e r v i c e s 来集成一组似乎完全不同的现有应用程序。 以w e bs e r v i c e s 方式提供现有应用程序，可以构建新的、更强大的应用程序。 l o 第二章安全服务系统 第三章安全服务系统 本章首先介绍了安全服务系统的内容，接着就基于w r e bs e r v i c e s 的安全服务系统 与传统安全服务系统的工作模式进行了对比论述，并总结出基于w e bs e r v i c e s 的安全 服务系统的三个优点：松耦合性、跨平台性与跨编程语言性。 3 1 安全服务系统简介 安全服务系统是介于底层操作系统平台和高层应用程序之间的安全平台系统，它 负责承担各种应用程序访问底层操作的共性任务，屏蔽应用程序一些底层操作任务的 艰巨性和复杂性，通过简单、方便的公共安全应用编程接口a p i 向应用客户提供通用 的安全服务。这极大地简化了安全应用系统的建设过程，缩短了安全应用系统的开发 周期，提高了安全应用系统的运行效率，降低了安全应用系统的各种费用【2 5 1 。 本质上，安全服务系统屏蔽了应用软件访问一些底层软硬件资源操作的复杂性， 即这些复杂的访问操作对外界用户来说是透明的，这样就使客户运用非常的简单和方 便。因此，规范化的安全服务系统必须解决一系列困难的相关技术。当然，安全服务 系统的大小规模不同，涉及考虑的相关技术多少和难易也不同，这要视具体的安全应 用实际情况而定，特别是安全服务系统的规模可大可小，多大才称为一个服务系统并 没有公认的标准。 然而，安全服务系统的相关技术起码应该包含体系结构及其关键模块的设计等技 术，因为安全服务系统中体系结构及其关键模块是决定该安全服务系统是否坚固和正 确的关键。对于综合复杂的实际应用场合下的安全服务系统，还应考虑多线程的并发 调度等技术，对于多线程的并发调度，关键是要有好的相应的算法，即研究出合适的 好的多线程并发调度算法。此外，安全服务系统还有很多其它的相关技术，例如，软 件模块的动态加载、不同o s 平台和厂商产品的适应性、公共安全服务原型、硬件安 全模块等【2 6 1 。 广东t 业大学硕士学位论文 3 2 安全服务系统分析 安全问题是非常复杂的，传统的安全a p i 也是复杂得难以使用，即使是一个简单 的加密应用模块也往往会导致许多页代码。在分布式系统中，要把安全相关的功能全 部实现对与开发人员来说是一件极其痛苦的事情。如果有一个引导性的逻辑层面来帮 助开发人员或系统分析员，那么开发效率就能够大大提高，这就是安全服务系统要做 的事情【2 7 】。 安全服务系统为开发人员提供了安全相关的通用编程抽象。同时为开发人员屏蔽 了复杂的加密、认证等算法。 图3 - l 安全服务系统框架图 f i g u r e 3 - ls e c u r i t ys e r v i c es y s t e mf r a m ed i a g r a m 安全服务系统为各种应用程序提供了一个统一的，抽象的服务接口，方便各种应 用程序的调用，同时为应用程序屏蔽了其内部各种复杂的安全算法，大大提高了程序 的开发效率。 从内容上讲，安全服务系统应该为应用程序提供一系列的安全服务，包括认证、 加密、验证等安全相关的服务。应用程序开发人员不必拥有专业的安全专业知识，只 需要了解自己的应用程序的安全业务逻辑，通过调用安全服务系统的相关a p i 就能方 便快捷准确实现相应的安全需求2 引。 1 2 第三章安全服务系统 从软件架构的角度上看，理想的安全服务系统应该是可以跨平台跨编程语言的， 为不同的操作系统上的不同编程语言的应用程序提供方便，以满足用户对系统伸缩性 和可扩展性的要求。即使是在业务频繁发展变化的企业应用架构中，安全服务系统能 够将不同的应用程序无缝的融合在一起，大大提高应用程序的灵活性。 3 3 传统安全服