（计算机应用技术专业论文）基于xml的set支付系统的研究与实现.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着计算机的普及、计算机网络的高速发展和人们对高速快捷的商业行为的需 求，在全世界的范围内电子商务得到了较大的发展，电子商务逐渐渗透到商业的 各个方面，一些传统的商业行为正在逐渐被电子商务所冲击。在电子商务获得较 大发展的同时，电子商务过程中的交易安全问题也变得越来越突出【8 】唧。使用安全 性比较高的支付协议是解决这个问题的一个有效手段，其中s e t 协议是人们现在研 究的热点。 本文主要内容是提出了将x m l 安全技术应用于s e t 协议的设计构思和实现方 法，并在此基础上提出了对s e t 协议的些改进方法。s e 嘞议中涉及大量的数据， 并对这些数据有严格的要求，数据套封( m e s s a g ew r a p p e r ) 具有严格的格式，因此它 的处理非常繁琐，灵活性非常差，限制了它的普及。x m l 技术是一种灵活的数据 处理技术，它具有结构化、可扩展性等特点，非常适合处理复杂的、不规则的数 据，将江l 技术引入s e l r 防议，提高了s e l 胁议的处理灵活性和可扩展性。 s e t 协议具有很高的安全性，但是它付出的代价是算法开销大，通过引入安全 等级制度，也就是制定不同的安全等级，可以根据用户的需要选择安全强度，这 样可以最大限度的达到两者的平衡。这里存在的最大难度就是算法和密钥协商问 题，通过使用x m l 的签名和加密技术，这个问题可以得到很好的解决。 虽然s e l r 协议具有很高的安全性，但是在具体的交易中还是存在一定的安全风 险。在持卡人产生购买请求之前确定的订单信息，没有得到商家的认证承诺，这 样一旦商家进行更改，将会对持卡人产生不安全因素。通过修改s e t 的交易流成， 在持卡人购买初始化阶段要求商家对产生订单信息进行认证，提高了s e l r 协议的安 全性，减少了持卡人的风险。 重要信息的处理问题是s e l 协议考虑较少的问题，通过引入对重要数据的第三 方保存，可以使s e t 具有更高的安全性，而且更适合法律对电子商务的介入，使电 子商务中对重要数据取证难的问题得到解决 本文首先对现行的s e t 协议进行分析，着重说明了s e t 协议的工作流程和使用 的主要安全技术，重点介绍了与密码学有关的技术，通过对协议的分析找到s e t 协议中存在的不足和不完善的地方。然后，本文分析了x m l 安全技术的基本结构 和处理流程，详细的说明了x m l ：钿密和签名的方案，分析了x m l j 口【i 密的优势。最 后，将x m l 技术应用于s e t i 办议，给出了持卡人端和商家端之间交换信息的具体 实现方法，详细说明了消息结构和主要的功能模块以及处理流程，并对系统从安 全、效率等方面了作了分析。 山东大学硕士学位论文 关键词：电子商务，安全协议，s e t ，x m l 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t hp o p u l a r i t yo fc o m p u t e ra n dh i g h s p dd e v e l o p m e n ti nc o m p u t e r n e t w o r ka n di n c r e a s i n gd e m a n do nq u i c ka n dc o n v e n i e n tb u s i n e s s ，e - c o m m e r c ei s i m p r o v e dt r e m e n d o u s l yi nt h ew o r l d e - c o m m e r c ei sg r a d u a l l yp e r v a d i n gt ot h ef u l l e x t e n t , a n di si m p a c t i n gd r a s t i c a l l ys o m ek i n d so ft r a d i t i o n a lc o m m e r c e m e a n w h i l e , s e c u r i t yo fb a r g a i ni se m e r g i n gi nm u l t i t u d ei nt h eo o u r s eo fc m , x ) n l n l e r c e i ti sv e r y e f f e c t i v et os o l v et h ep r o b l e mb yu s i n gp a y m e n tp r o t o c o lw i t hh i 曲s e c u r i t y a so n eo f p a y m e n tp r o t o c o lw i t hh i 曲s e c u r i t y ，s e tp r o t o c o li sah o tr e s e a r c ht o p i cn o w t h ep a p e rp u tf o r w a r dad e s i g nc o n c e p ta n di t sr e a l i z a t i o nf o ra p p l y i n gx m l s e c u r i t yt e c h n o l o g yt os e tp r o t o c o l ，i nw h i c ht h ea d v a n t a g e so fx m lc o m p e n s a t et h e s h o r t a g ee x i s t i n gi ns e tp r o t o c 0 1 al a r g ea m o u n tn u m b e r sa r ei n v o l v e di ns e t p r o t o c o l , w h i c hs h o u l db es t r i c t l yf o r m a t t e d , t h a ti s , m e s s a g ew r a p p e rh a v i n gr i g i d l y f o r m a t s ot h i si sac o m p l e xa n dl e s sf l e x i b l ej o b ，w h i c hl i m i t ss e t p r o t o c o lw i d e l y s p r e a d i n g 煳lt e c h n o l o g yi saf l e x i b l ed a t ap r o c e s s i n gt e c h n o l o g y w h i c hh a ss o m e a t t r a c t i n gf e a t u r e ss u c ha ss t r u c t u r e da n de x t e n s i b l ea n ds u i t st op r o c e s sc o m p l e xa n d a n o m a l o n sd a t a a b s o r b i n gx m l t e c h n o l o g ye n h a n c e st h ep r o c e s s i n gf l e x i b i l i t ya n d e x t e n s i b l ec a p a c i t yo fs e t p r o t o c 0 1 a l t h o u g hs e tp r o t o c o lp o s s e s s e sv e r yh i g hs e c u r i t y , i tp a y sal o to fc o s t 血 a l g o r i t h m i cs p e n d i n g t h r o u g hi n t r o d u c i n gs e c u r i t yr a n k i n gs y s t e m ( i no t h e rw o r d s ， s e n i n gd o w nd i f f e r e n ts e c u r i t yr a n k , t h a tu s e r sc a nc h o s es e c u r i t yi n t e n s i t yi nt h e t i g h to ft h e i rd e m a n d ) b o t hs i d e sa r eb a l a n c e dt h ef u r t h e s t t h em o s td i f f i c u l ts t i l l e x i s t i n gi st h ec o n f e n i n gb e t w e e na l g o r i t h m sa n de n c r y p t t h i sp u z z l ei ss e t t l e dd o w n p e r f e c t l yb yu s i n gx m ls i g n a t u r ea n de n c r y p tt e c h n o l o g y s o m es e c u r i t yr i s k ss t i l lh ei nc o n c r e t et r a n s a c t i o n st h o u g hs e t p r o t o c o lp o s s e s s e s p r e t t yh i 曲s e c u r i t y c o n f i r m e do r d e ri n f o r m a t i o n , b e f o r ec a r d h o l d e r sp r e s e n tb u y d e m a n d s ，d o e sn o tg a i nm e r c h a n t sa u t h e n t i c a t i o np r o m i s e s oo n c em e r c h a n t sc h a n g e s o m e t h i n g , c a r d h o l d e r sw i l le n c o u n t e rs e c u r i t yr i s k s s e c u r i t yo fs e tp r o t o c o li s i m p r o v e da n dc a r d h o l d e r s r i s k sa r ed e c r e a s e db ya d d i n gm e r c h a n t s a u t h e n t i c a t i o nt o o r d e ri n f o r m a t i o nd u r i n gc a r d h o l d e r sb u yi n i t i a ls t a g e i m p o r t a n ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n gi sl e s sc o n s i d e r e di ns e tp r o t o c 0 1 t h r o u g h i n t r o d u c i n gi nt h i r d - p a r t ys t o r a g eo fi m p o r t a n td a t a , s e tp o s s e s s e sh i g h e rs e c u r i t ya n d m o l es u i t sf o rl a wi n t e r v e n i n ge - c o m m e r c es ot h a tt h eh a r dp r o b l e mo fc o l l e c t i n g e v i d e n c ea b o u ti m p o r t a n td a t ai ne h o , o u l n l e r c ei ss e t t l e dd o w n i nt h i sp a p e r , f i r s t l ya c t u a ls e tp r o t o c o li sa n a l y z e d i nt h es e c t i o nt h ee m p h a s i s i sp u to ne x p l a i n i n gt h ew o r k f l o wa n dk e ys e c u r i t yt e c h n o l o g yo fs e tp r o t o c o l ，w h i c h i sm a i n l yc o n c e r n e da b o u te n c r y p t i o n a c c o r d i n gt oa n a l y z i n gs e t p r o t o c o lw e c a n m 山东大学硕士学位论文 f i n di t sw c a k n e s s t h e nt h ep a p e rf o c u s e so na n a l y z i n gb a s i cs t r u c t u r ea n dd e a lf l o wo f x m l s e c u r i t yt e c h n o l o g y ，e s p e c i a l l yo ne x p l a i n i n gt h es c h e m eo fx m le n c r y p t i o na n d s i g n a t u r ei nd e t a i l ，a n da n a l y z i n gt h ea d v a n t a g e so fx m le n c r y p t i o n i nt h ee n d ，t h i s p a p e ri n t r o d u c e sx m lt e c h n o l o g yi n t os e tp r o t o c o la n dp u t sf o r w a r dt h ei m p r o v e m e n t s c h e m eo ns e tp r o t o c 0 1 a sar e s u l ld e a lf l o wo fs e tp r o t o c o li so p t i m i z e da n di t s s e c u r i t y f i e x i b i l i t y a n d i m p l e m e n tw e r ei m p r o v e d n ep a p e rp r e s e n t ss p e c i f i c i m p l e m e n tm e t h o df o re x c h a n g i n gi n f o r m a t i o nb e t w e e nc u s t o m e ra n db u s i n e s s ，a l s o i n t e r p r e t st h ei n f o r m a t i o ns t r u c t u r ea n dp r i m a r yf u n c t i o nm o d u l e s f u r t h e r m o r e ，t h e a u t h o ra n a l y z e ss e c u r i t ya n de f f i c i e n c yo ft h es y s t e m k e y w o r d s ：e - c o m m e r c e ，s e c u r ep r o t o c o l ，s e t , x m l i v 山东大学硕士学位论文 原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担 一论文作者签名：l 亟量奎速i 日期：猃! 墨：羔= ! 多 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 电子商务的安全要求 由于电子商务与传统商务方式相比所具有的特殊性，当许多传统的商务方式应 用在n t e r n e t 上对，使会带来许多安全方面的问题，如传统的贷款和借记卡支付中 的保证方案及数据保护方法、电子数据交换系统对日常信息安全的管理等。电子 商务的大规模使用虽然只有几年时间，但不少公司都已经推出了相应的软、硬件 产品。由于电子商务的形式多种多样，故涉及的安全问题各不相同，但在i n t e r n e t 上的电子商务交易过程中，最核心和最关键的问题就是交易信息的安全性。一般 来说商务安全中普遍存在着以下几种安全隐患： 窃取信息 由于电子商务的很多交易数据是在开放的i n t e r n e t 上传输，如果未采取加密措 施，或者加密被破解，很容易造成数据被窃取。 篡改信息 当入侵者掌握了信息的格式和规律后，通过各种技术手段和方法，将网络上传 送的信息数据在中途修改，然后再发向目的地。 假冒 攻击者掌握了数据的格式，就可以篡改通信中的信息，攻击者可以冒充合法用 户发送假冒的信息或者主动获取信息，而远端用户通常很难分辨。 恶意破坏 攻击者接入网络，可能对网络中的信息进行修改，掌握网上的机要信息，甚至 可以潜入网络内部，其后果是非常严重的。 由于在电子商务的交易过程存在上面种种的不安全因素，因此，一个安全的电 子商务系统应该达到下面几个方面的要求： 信息保密性( c o n f i d e n t i a l i t y ) 交易中的商务信息通常有保密的要求，如信用卡的账号和用户名等不能被他人 知道。 交易者身份的确定性( a u t h e n t i c a t i o n ) 网上交易的双方很可能素味平生，相隔千里。要使交易成功，首先要能确认对 方的身份，商家要考虑客户端不能是骗子，而客户也会担心网上的商店是一个玩 弄欺诈的黑店，因此能方便可靠地确认对方身份是交易的前提。 数据的可鉴别性、不可抵赖性( n o n r e p u d i a t i o n ) 由于商情的千变万化，交易一旦达成是不能被否认的，否则可能会损害某一方 的利益。因此电子交易过程的各个环节都必须是不可否认的。也就是说，交易的 各方应该对自己所做的事情负责。 完整性、一致性( i n t e g r i t y ) 是指数据在输入、输出和传输过程中，要求能保证数据的完整，一致，防止数 据被非法授权建立、丢失、修改和破坏电子商务简化了贸易过程，减少了人为 山东大学硕士学位论文 的干预，但同时也带来了需要维护商业信息完整、统一的问题。由于数据输入时 的意外差错或欺诈行为，可能导致贸易各方信息的差异。此外数据传输过程中信 息丢失，信息重复或信息传送的次序差异也会导致贸易各方信息不一致。信息的 完整性将影响到贸易各方的交易和经营策略，保持这种完整性是电子商务应用的 基础。 _ 审查能力 随着电子商务的发展，出现了越来越多的商务纠纷，解决这些问题的关键就是 对一些重要商业数据的取证，因此审查能力也是考察电子商务系统的一个重要因 素，现在，这一点引起人们越来越大的关注。 1 1 2 安全支付协议的发展 通过人们对支付协议长时间的研究，逐渐形成了一些统一的协议，其中使用 最广泛的有两个协议：s s l 和s e t s s l 协议 s s l t l 2 j1 1 6 l 协议是n e t s c a p o 公司在网络传输层上提供的一种基于r s a 和保密密 钥的用于浏览器和w e b 服务器之间的安全连接技术。它被视为i n t e r n e t 上w e b 浏览器和服务器的标准安全性措施。s s l 提供了用于启动t c p i p 连接的安全性 “信号交换”。这种信号交换导致客户和服务器同意使用的安全性级别，并履行连 接的任何身份验证要求。它通过数字签名和数字证书可实现浏览器和w e b 服务器 双方的身份验证，在用数字证书对双方的身份验证后，双方就可以用保密密钥进 行安全的会话了。 s s l 协议的使用可以满足电子商务的保密性、一致性，但是它在身份认证方面 有一定的缺陷，只能够实现双方认证，在多方进行消息传递时还会有消息泄漏问 题，为了克服s s l 协议的缺陷，进一步形成了s e t 协议。 s e t 协议 s e t ( s e c u r e e l e c t r o n i c t r a n s a t i o n ) 是由v i s a 和m a s t e r c a r d 两大信用卡组织 制定的标准s e t 划分并界定了电子商务活动中消费者、商家，交易双方银行、 信用卡组织之间的权利义务关系，给定交易信息传送流程标准。s e t 主要由三个 文件组成，分别是s e t 业务描述【”、s e t 程序员指南 2 1 和s e t 协议描述1 3 1 。s e t 协 议保证了电子商务系统的机密性、数据的完整性、身份的合法性等，具有很高的 安全性。s e t 协议位于应用层。 s e t 协议涉及电子商务交易的各个成员，基本满足了交易的安全要求s e t 协议中使用了加密技术，散列函数等技术，以及在此基础上的电子签名、双重签 名、电子信封，使s e t 协议具有很高的安全性很好的保护了交易双方的商业秘 密。 s s l 与s e t 的比较1 2 0 i 两种协议都能应用于电子商务中，都通过认证进行身份的识别，都通过对传输 数据的加密实现保密性。但s s l 和s e t 在具体的内容方面有明显的不同： 2 山东大学硕士学位论文 s s l 协议s e t 协议 工作层次传输层应用层 是否透明透明不透明 过程简单复杂 效率高低 安全性商家掌握消费者p i消费者p i 对商家保密 认证机制双方认证多方认证 是否专为e c 设计 否是 表1 - 1s s l 协议与s e t 协议比较 ( 1 ) 用户接口：s s l 协议已被大多数浏览器和w e b 服务器内置，无需安装专门 软件；而s e t 协议中客户端需安装专门的应用软件，在商家服务器和银行网络上 也需安装相应的软件。 ( 2 ) 处理速度：s e t 协议非常复杂、庞大，处理速度慢；而s s l 协议则简单得多， 处理速度比s e t 协议快。 ( 3 ) 认证要求：早期的s s l 协议并没有提供身份认证机制，虽然在s s l 3 0 中可 以通过数字签名和数字证书实现浏览器和w e b 服务器之间的身份验证，但仍不能 实现多方认证，而且s s l 中只有商家服务器的认证是必须的，客户端认证则是可 选的；相比之下，s e t 协议的认证要求较高，所有参与s e t 交易的成员都必须申 请数字证书，解决了客户与银行、客户与商家、商家与银行之间的多方认证问题 ( 4 ) 安全性：安全性是网上交易中最关键的问题。s e t 协议由于采用了公钥加密、 信息摘要和数字签名可以确保信息的保密性、可鉴别性、完整性和不可否认性， 而且s e t 协议采用了双重签名来保证各参与方信息的相互隔离，使商家只能看到 持卡人的订购数据，而银行只能取得持卡人的信用卡信息；s s l 协议虽也采用了 公钥加密、信息摘要和m a c 检测，可以提供保密性、完整性和一定程度的身份鉴 别功能，但缺乏一套完整的认证体系，不能提供完备的防抵赖功能。因此，s e t 拥有比s s l 更高的安全性 ( 5 ) 协议层次和功能：s s l 属于传输层的安全技术规范，它不具备电子商务的商 务性、协调性和集成性功能；而s e t 协议位于应用层，它不仅规范了整个商务活 动的流程，而且制定了严格的加密和认证标准，具备商务性、协调性和集成性功 能。 总之，由于s s l 协议的成本低、速度快、使用简单，对现有网络系统不需进 行大的修改，而且现在的使用率很高，因而在相当长的一段时间内，还将是我们 使用的重点。但随着电子商务规模的扩大，网络欺诈的风险性也在提高，在未来 的电子商务中s e t 协议将会逐步占有越来越重要的地位，对s e t 协议的研究也会 越来越重要 1 1 3x m l 技术的发展 x m l 技术从它诞生起，就以它的简单性、灵活性、开放性、可扩展性、自描 述性等优点，得到了快速的发展，在数据和信息管理、数据交换、w e b 应用、电 子商务、应用集成等诸多领域有着重要用途。 3 山东大学硕士学位论文 但是这种灵活的数据表示方法能不能用于安全支付协议? 如何使用一直是人 们研究的热点，2 0 0 2 年1 2 月w 3 c 组织发布了两个草案：“x m l 加密语法及处理” ( x m le n c r y p t i o ns y n t a xa n dp r o c e s s i n g ) h 、“x m l 签名解密转换”( d e c r y p t i o n t r a n s f o r mf o rx m l s i g n a t u r e ) 吲，这两个草案的推出，大大的促进了将x m l 技术 应用于安全领域的进程。 1 2 课题的提出及研究意义 1 2 1 课题的提出 在上面的论述中，我们分析了电子商务系统的要求，从而引出了s e t 安全支 付协议，通过分析我们看到当前s e t 协议存在的一些不足之处，s e t 协议非常复 杂，实施起来有一定的难度，而且协议对数据处理的灵活性不够。而x m l 技术对 数据的处理非常灵活，于是提出将x m l 技术应用于s e t 协议，用x m l 技术处理 数据的灵活性来改善s e t 协议的不足，并且对s e t 协议的处理流程进行改进 1 2 2 研究意义 首先，电子商务的发展离不开安全的商务环境，对支付协议的研究始终是我 们研究的重点；其次，对于s e t 协议现在的事实是虽然协议很完备、安全性很高， 但是现在的普及率、使用率还很低，其中最主要的原因就是因为协议本身很复杂、 实施难度很大、开发很困难，通过x m l 数据处理技术的引入，对于s e t 协议中 复杂的数据结构的处理，对消息的加密、签名处理都变得很灵活、方便。再次， s e t 协议虽然很完善，但是在一些方面还存在着一些安全的漏洞，对s e t 协议进 行改进是很有必要的。 1 3 论文主要的创新及内容安排 1 3 1 论文主要的创新 课题的主要创新表现在以下的几个方面： 1 课题的最主要创新点是提出将x m l 对数据的处理应用于s e t 协议，并给 出了具体的实现方法，通过这种改进可以带来以下好处： ( 1 ) 通过使用x m l 消息处理机制可以简化s e t 消息的封装( w r a p p e r ) ，减 少处理量，降低处理难度。 ( 2 ) 便于消息的定位、添加，修改，方便对数据进行部分处理等，从而提高 处理的灵活性，便于商务应用。 ( 3 ) 通过使用x m l 的加密和签名技术，可以更方便、更灵活的进行加解密、 签名验证等处理。 ( 4 ) 可以更方便对数据进行处理，例如建立基于x m l 的密钥管理( x k m s ) 和证书验证。 2 建立基于x m l 的双重签名。 4 山东大学硕士学位论文 3 在引入x m l 技术的前提下，根据不同的等级要求，引入安全等级制度。 对不同安全要求的信息使用不同的安全等级，如根据交易额的大小等，这 样对与安全性要求低的信息，减少密钥长度，从而提高处理速度。由于采 用x m l 加密，很容易实现这种方式，而且在同一个消息中可以有不同的 安全级别。最低等级为0 ，也就是是只有签名，没有加密，适用于安全的交易 ( 如离线交易) ；由于引入了x m l 加密和签名，使这个本来很难处理的问 题( 密钥协商) 变得简单。 4 改变支付请求消息产生过程，设立商家签名确认，要求商家首先对订单签 名，然后再形成支付信息。 1 3 2 论文的主要内容 本论文提出了将x m l 技术与s e 砌议相结合的观点，并对s e t 处理流程进行改 进，并给出了具体实现的过程，主要内容和安排如下： 第一章对课题的背景和研究内容进行简略的描述。 第二章主要介绍与s e t i 办议相关的知识。首先简单介绍了s e l r 协议；然后比较 详细的介绍了s e t 使用的安全技术，包括加密技术、数字签名、摘要、数字信封、 双重签名；随后介绍了s e t 协议的流程。 第三章主要介绍了x m l 技术。首先介绍了) 。舡解析技术，重点介绍了d o m 和 鼢技术；随后详细的说明了) 鳓助密和签名方案。 第四章从安全性和效率两个方面对s e l 协议进行了分析，指出一些不足并提出 改进的方法。 第五章通过对前面订l 技术和s e 嘞议的分析，提出了将x m l 技术应用于s e t 协议的具体方案，主要包括消息的数据结构、主要的功能模块及处理流程、以及 对双重签名的设计；最后对系统进行了分析。 5 山东大学硕士学位论文 暑詈皇曼曼曼量皇音量皇曼曼皇量曼鲁皇i l l 一 ! l 一皇置量置 2 1s e t 协议概述 2 1 1s e t 简介 第二章s e t 安全支付协议 s e t 协议是v i s am a s t e r c a r d 联合其它一些大公司一起推出的基于开放网络的 安全的以信用卡为基础的电子商务协议。这个协议从推出至今以它特有的优势得 到了越来越多的应用并且得到了g t e 、i b m 、m i c r o s o f t 、n e t s c a p e 等大公司的支 持。 2 1 2s e t 参与方 在s e 懒议系统中，交易的参与方主要有i l j ： - 持卡者( c a r d h o l d c r ) ：在电子商务环境里，顾客或买方通过计算机与商家 相互影响。每个持卡人使用一个发卡行发行的支付卡，s 盯确保持卡人同 商家的交互，支付卡账号信息的安全等； - 电子商家( m e r c h a n t ) ：商家提供出售的货物或者提供相应的服务。使用 s e t ，商家能向持卡人提供安全的电子交互，一个商家必须同接收行有联 系才能接收支付卡； 发卡银行( i s s u e d ：为持卡人建立帐户，并且发放支付卡； - 收单银行( a e q u i r e r ) ：为商家建立帐户，并且处理支付卡的授权和支付事 宜； 一支付网关( p a y m e n tg a t e w a y ) ：是由收单银行操纵的设备或指定的第三方， 用于处理支付卡的授权和支付 2 2s e t 的安全技术 在一个完整的s e t 系统中，包含着许多的安全技术，如数字时间戳、安全访问 技术等，这些技术在s e t 系统中是一些辅助的措施，与密码学技术相关的一些安 全技术是s e t 中使用的最主要也是最核心的安全技术，因此在论文中，重点介绍 密码学技术。 s e t 中使用的这些核心安全技术包括加密、电子签名、双重签名、消息摘要、 电子信封等【2 l 。 2 2 1 加密技术 加密技术吲是保障信息安全的最基本、最核心的技术措施。在电子商务中起 到了至关重要的作用，任何重要的数据都要进行加密，随着现代密码学的发展， 它已经为促进电子商务的发展起到越来越大的作用。 ( 1 ) 一般的数据加密模型 6 山东大学硕士学位论文 2 - 1 一般的 数据加密模型 一般的数据加密模型如图2 - 1 所示。明文x 用加密算法e 和加密密钥恐得到 密文y 一取( x ) 。加密方将密文y 传递给解密方，传递过程中可能出现密文截取 一 一 一 者。密文y 到了接收端，用解密算法d 和解密密钥畅，解出明文z 一( 1 ，) 。 即使截取者中途截获密文，也无法理解信息内容。 常用的密码技术有对称性密码技术( 如d e s ) 以及非对称密码技术( 如r s a ) 。在 s e t 协议中同时使用了对称性密码技术及菲对称性的公开密钥密码技术。在图2 1 中如果加密密钥匠与解密密钥蜀相等，这种加密技术为对称密钥密码方法，而当 加密密钥配与解密密钥蜀不相等为非对称密钥密码方法。下面分别介绍对称密钥 和非对称密钥加密方法。 ( 2 ) 对称密钥加密 对称密钥加密算法又称为秘密密钥( s e c r e tk e y ) 密码系统，使用相同的密钥 进行消息的加密与解密，消息的传送方与接收双方必须共同分享一个秘密，即密 钥。其中最著名的例子是d e s ( d a t ae n c r y p t i o ns t a n d a r d ) ，它常被金融机构拿来 用于金融消息的加密上图2 2 为秘密密钥密码系统的说明图。 图2 - 2 秘密密钥密码系统 从图2 - 2 中可以看到，发送方使用密钥将文件进行加密后，将加密后的密文通 过开放的网络传送给接收方，同时，还要将密钥通过一条安全的通道传送给接收 方，因此我们能看到在对称密钥加密方法的使用中，会带来以下几个重要的问题： 第一，由于在对称加密系统中，加密和解密采用相同的密钥，所以需要通信的 7 山东大学硕士学位论文 双方都知道密钥，因此，就存在密钥如何传递的问题，特别是在公开的网络中如 何传递密钥。 第二，交换消息的双方使用共同的密钥，因此当网络中有很多用户时必须选择 不同的密钥进行消息加密，才能保证不会泄密，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， 密钥的分配和保存就会成为难题。 第三，对称密钥存在的另一个问题是无法鉴别消息的发送人和消息的接收人。 解决这些问题的方法就是结合使用非对称加密方法，在下面的章节中会做出说 明。 ( 3 ) 非对称密钥加密 非对称密钥加密又称为公开密钥密码系统，是针对私钥密码体制的缺陷提出 来的，最著名的例子有r s a 密码法。此类密码系统内使用了两把密钥，一把密钥 用于消息加密，另一把密钥用于消息解密。这两把密钥分别称为公开密钥( p u b l i c k e y ) 与私人密钥( p r i v a t ek e y ) ，它们之间存在数学关系，这种关系使得加密后的 密文得以还原。而将公开密钥公开并不妨碍私人密钥的机密性，也就是说，由公 开密钥无法推导得到私人密钥。由于这两把密钥间的关系，私人密钥的拥有者必 须确保私人密钥没有向任何入泄露，才能确保系统的安全。因此，这一对密钥应 由使用者自已生成或由可信赖的机构p s 】( t r u s t e d a u t h o r i t y ) 来生成并分发。图2 - 3 为公开密钥密码系统说明图。 与对称加密相比非对称加密有自己的特点：它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 公钥密码体制的算法中最著名的代表是r s a 系统，此外还有：背包密码、 m c e l i e c e 密码、d i f f eh e l l m a n 、r a b i n 、零知识证明、椭圆曲线、e i g a m a l 算法等。 下面对r s a 非对称密码算法进行介绍： 目前，i n t e r a c t 体系中使用最广泛的是r s a 非对称算法，r s a 非对称算法是 1 9 9 7 年斯坦福大学赫尔曼等三位教授研制出来，r s a 是分别从他们的名字的第一 个字母，理论基础是基于数论中一个大数可分解成两个素数之积，一个素数分发 给大众成为公钥，一个素数留给自己成为私钥。由于计算机分解大数还没有有效 的实现方法，当公钥的长度达到某一位时，计算机是无法在较短的时间里推导堕 虿一一 山东大学硕士学位论文 私钥。如当公钥长度为5 1 2 位时，当今最快的计算机至少需要上亿年陶，因此可 以这样认为，公钥长度为5 1 2 位是公认的理论安全长度。由于r s a 是s e t 协议中 使用的最主要的非对称算法，因此我们对r s a 算法的原理和安全性进行简要的说 明： r s a 实现原理： ( 1 ) 随机取两个独立大素数p 与q ( 一般为1 0 0 位以上的十进制数) ，p 、q 保 密： ( 2 ) 令l p x q ，n 是公开的。实际上，从丑分解出因子p 和q 是极其困难 的。计算n 的欧拉函数中( n ) = ( p - 1 ) ( 日一1 ) ，中( n ) 是保密的； ( 3 ) 随机选取一个相对较大的整数e 作为加密指数，使e 与垂( n ) 互素； ( 4 ) 解同余方程耐一l m o d 4 , ( n 1 ，求出解密指数d ，d 是保密的每个用户 都有一组密钥( c 、d 、n ) 。对这种体制，( n 、e ) 被称作公开密钥，( n 、d ) 被称作 私有密钥。利用r s a 加密第一步需要将明文数字化，并对长度小于l 0 9 2 n 位的数 字作为明文块m 。 ( 5 ) 设计密文：把要求发送的明文信息m 数字化、分块，其加密过程： c e ( m ) - m m o d n ( 6 ) 恢复明文：对c 解密，即得到明文 m 。e ( c ) 一c 。m o d n r s a 的安全性： r s a 公开密钥密码体制的安全性建立在大数分解的困难上，即取决于从公开密 钥( n ，e ) 计算出秘密密钥( n ，d ) 的困难程度，等同于从n 找出它的两个质因 数p 和q 。因此，寻求有效的因数分解的算法就是对r s a 的有效攻击，为保证r s a 的加密强度，1 1 要取得足够大，但过大的n 值会造成加密计算费时，难以在电子商 务系统中取得实际应用。建议取p 和q 为1 0 0 位以上十进制数，这样n 为2 0 0 位 十进制数。在网络银行安全支付系统中，取p 和q 为5 1 2 位，1 1 为1 0 2 4 位，可 见加密强度足够高了 总之，随着硬件资源的迅速发展和因数分解算法的不断改进，为保证r s a 公 开密钥密码体制的安全性，最实际的做法是不断增加模n 的位数。 r s a 算法的主要优点是：在网络中容易实现密钥管理，加密与解密使用了不 同的密钥，安全性好；主要缺点是：算法复杂，加密速度慢，只适合对少量数据 的加密。 2 2 2 数字信封 使用非对称密码进行加密，密钥易于管理，由于加密与解密使用不同的密钥， 每个用户都有自己的密钥，这样就不用在网络中频繁的传递密钥，减少了密钥被 9 山东大学硕士学位论文 盗的可能性。但是非对称密码加密速度比较慢，只适合对少量的数据进行加密。 使用对称密码进行加密，加密速度很快但是它的加密和解密使用相同的密钥，这 就需要加密方的每次加密都要将密钥传送给解密方，这样很容易产生密钥的泄漏， 为了克服这两种加密方式的不足，我们使用数字信封技术。 数字信封结合非对称加密与对称加密各自的优点，发送者使用随机产生的对 称密钥k 加密数据，然后将密钥用接收者的公开密钥加密并和生成的密文一起发 送给接收者；接收者先用自己的私有密钥解密数字信封，得到对称密钥k ，然后使 用对称密钥解密数据。这样，保证每次传送数据都可由发送方选定不同的对称密 钥。这种在通信期间随机生成的对称密钥称为“交换密钥( s e s s i o nk e y ) ”。使用接 收者的公开密钥将这把交换密钥加密，这就是“数字信封( d i g i t a le n v e l o p e ) ”。图 2 4 给出了数字信封的原理图。 2 2 3 消息摘要 图2 4 数字信封原理图 消息摘要( m e s s a g ed i g e s t ) 是一个唯一对应一个消息或文本的值，它是利用 数学的单向哈希函数( o n e - w a yh a s hf u n c t i o n ) 来完成。单向哈希函数具有以下几 个特点：第一是不可逆性，即从已知的消息摘要找相对应的消息，计算上不可行， 找出两份具有相同的摘要值的不同消息，计算上也不可行；第二哈希函数有一个 好处，能处理任意大小的信息，并生成固定长度的信息摘要，使得验证以及对摘 要处理的设计变得较容易。s e t 中使用的单向哈希函数是生成1 6 0 位的消息摘要； 第三哈希函数具有很好的扩散性，即消息的改变会明显的反映到消息摘要上 数字摘要其实就是一段信息的代表，常被用在数字签名中，数字签名的接收者 可以确信消息确实来自发送方，另外，如果消息在途中被改变了，则接收者通过 将收到消息后新产生的摘要与原摘要比较，就可知道消息是否被改变了。因此消 息摘要保证了消息的完整性 另外特别值得注意的一点是，随着密码学技术的发展，过去我们认为一些牢不 可破的摘要函数，现在都有可能被破译，例如，过去我们使用比较多的m d 5 以及 山东大学硕士学位论文 现在我们还在广泛使用的s h a - 1 等众多的算法，被山东大学的王小云教授的研究 小组找到了碰撞，虽然具体算法还没公开，但是现在寻找更有效、更安全的摘要 算法已经是刻不容缓的事情。 2 2 4 数字签名( d i g i t a is i g n a t u r e ) 网络环境中，为了验证消息的完整性( i n t e g r i t y ) 与身份识别( a u t h e n t i c a t i o n ) ， s e t 使用了数字签名的技术来完成这两个需求。通过使用公开密钥密码系统，传 送方( 如顾客) 使用自己的秘密密钥对消息进行加密，即签名；接收方( 如商店) 采用