數字圖書館網絡與數據安全的研究與實現
2009-04-29 00:00:00何俊杰
電腦知識與技術 2009年4期
摘要：論述了基于瀏覽器方式的數字圖書館信息系統，在安全方面采用了身份識別驗證與數字簽名技術、多層次的權限控制技術、工作流程安全機制等安全技術，并盡最大可能利用網絡環境、操作系統以及數字圖書館服務器本身的安全機制，將非法訪問和數據的篡改降到最低的限度，以保障數字圖書館的數據安全，系統的安全是可以信賴的。
關鍵詞：圖書館；數據安全；安全驗證；工作流
中圖分類號：TP309文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2009)04-0804-03
Research and Implementation of Network and Data Security for Digital Library
HE Jun-jie
(Netcenter of Ningbo University， Ningbo 315211， China)
Abstract: This article discusses the security technology in Digital Library system which based on the browser.First it introduces basic security concepts in general，then describes the public key infrastructure. Following that，it discusses how Digital Library supports secure lnternet protocols.The paper adopts identity certification hierarchies，numeric idiograph，certificate authority and security technique of workflow.And it makes the most of using the environment of network，operating system and the security mechanism for Digital Library server.The security mechanism have to be satisfied when accessing and updating the data.
Key words: digital library; security of data; security validate; workflow
1 概述
隨著以網絡為核心的高新技術突飛猛進的發展，信息傳播的方式發生了重大的變革，作為文獻信息中心的圖書館也基本具備了采訪、編目、書刊流通、公共查詢和讀者咨詢服務等主要功能的計算機網絡管理，逐步實現了自動化、網絡化、數字化的操作和管理，在由傳統圖書館逐步向數字圖書館轉變。在數字圖書館的建設過程中，網絡安全問題會顯得越來越突出，數據資源的共享與網絡安全兩者之間的矛盾也將會越來越突出。保障數字圖書館網絡系統的安全和正常運行，在其現代化的管理中具有非常重要的地位。
2 數字圖書館網絡與數據安全面臨的主要問題
凡事預則立，不預則廢。做好數字圖書館網絡安全管理的前提是對網絡安全威脅和存在的問題有充分的認識和預見性。數字圖書館在帶來各種便利的同時，也帶來很多新的安全問題，如黑客攻擊、病毒爆發、非法用戶入侵等。另外，數字圖書館網絡中存在不安全因素，包括：非法登陸、竊取信息、安全漏洞、內部的攻擊、病毒的侵害、非法使用網絡、來自外來計算機和電子郵件的破壞等。
3 構建數字圖書館網絡安全體系的基本原則
網絡安全是指網絡系統的各個組成部分不因偶然或惡意的原因而遭到破壞、篡改和泄露，網絡系統正常可靠運行、網絡服務持續不中斷。它包括物理安全、軟件安全、數據安全和運行安全， 如圖l所示。物理安全是指整個圖書館網絡系統中硬件設備的安全；軟件安全是指網絡平臺及應用程序的安全；數據安全是指數據存儲和傳輸的安全，包括數據的完整性、可用性、可靠性；運行安全是指整個圖書館網絡系統各部分都能正常運行。圖書館網絡安全體系的構建就是以物理安全、軟件安全、數據安全為內容，在保證數據安全的前提下，為讀者提供優質的網絡信息服務，同時必須充分考慮安全體系的經濟性。
3.1 數據安全
圖書館數據庫中存儲數據或信息是其賴以存在的物質基礎。如圖書管理系統中的流通數據庫，包括讀者借閱信息、讀者個人信息，一旦發生數據丟失或損壞，必將會影響圖書館流通工作的正常開展；電子閱覽室管理系統數據庫中同樣也存儲著讀者存款信息、上機信息、計費信息，這些數據的丟失或損壞必將會給讀者和圖書館造成損失。因此，構建數字圖書館網絡安全體系的首要原則就是維護數據的安全。
3.2 服務質量
網絡安全不能以犧牲服務質量為代價， 在注重網絡安全的同時必須保持優質的網絡信息服務。在網絡受到攻擊或遇到其它意外情況時， 輕易切斷網絡或停止部分功能以保障網絡安全的做法是不可取的。在信息膨脹、節奏加快的現代社會，服務意味著承諾與信譽。必須保證網絡的強壯性，即使遭受攻擊，也能在最短的時間內恢復服務。
3.3 經濟性
關鍵的網絡設備與安全軟件比較昂貴， 在使用中并非多多益善， 否則將超出經費預算， 給圖書館其它工作的正常運行帶來影響。對數字圖書館而言，經濟性是選用網絡安全方案的一個重要參考因素。可以采用優化的網絡安全策略，最大限度地發揮網絡各部分安全措施的功效，達到立體防御的效果。
4 數字圖書館數據安全的實現
4.1 采用.NET技術的數據安全保障功能
微軟所開發的.NET技術是完全基于XML數據交換的革命性平臺。微軟這一平臺的設計意圖十分明確，就是要把網上所有可用資源通過統一的數據格式整合為一個解決方案。這個設計意圖使得.NET技術在對數字圖書館數據的處理方面有著很好的優勢。.NET提供了多種符合W3C標準的命名空間和類來實現數據加密、數字簽名和XKMS服務的功能。利用.NET所提供的安全功能可以有效的在數字圖書館信息系統中保護數據的安全。
4.2 數據加密功能
數字圖書館框架中，有三個命名空間涉及到數據的加密：
1) System.Security.Cryptography
這是一個提供密碼服務的命名空間，在這個加密命名空間中有支持多種加密算法的類。密碼服務程序類的列表如表1所示。
2) System.Security.Cryptography.X5O9Certificates
包含了W3C規范中.X509證書檢索等的有關功能。
3) System.Security.Cryptography.Xml
應用在.NET框架下的特有的數據加密安全系統，可對數字圖書館流程信息文檔部分或全部內容進行加密。
上述的三個命名空間使得數據加密功能在使用的方便性方面有了很大的提高，這也是.NET在實現數據安全方面的優勢。例如在數字圖書館信息系統中需要對XML的數據進行加密，可以通過例程1實現(例程1以.NET中的C#語言編寫)。
例程1：加密XML數據
using System.Xml；
using System.Security.Cryptography；//引用加密算法的命名空間
RSACryptoServiceProvider crypt=new RSACryptoServiceProvider()；
//創建加密算法類的實現對象
System.Text.UTF8Encoding enc=new System.Text.UTF8Encoding()；
//把數據字符串轉換為字節數組
Byte[]bytes=enc.GetBytes(“數字圖書館信息系統中的XML數據”)；
Bytes=Crypt.Encrypt(bytes，1)；//)加密XML數據
在上述例程中直接使用了.NET在System.Security.Cryptography命名空間中所提供的加密算法類RSACryptoServiceProvider來加密XMI 數據，即快捷又安全。
4.3 數字簽名功能
數字圖書館還采用了.NET框架在System.Security.Cryptography.Xml命名空間中對數字簽名所需的全方位支持。在System.Security.Cryptography.Xml命名空間中可直接創建
例程2：數字圖書館文檔的簽名處理
using System.Xml；
using System.Security.Cryptography；
using System.Security.Cryptography.Xml；//引用加密算法的命名空間
SignedXml SignedXml=new SignedXml()；//創建XML簽名
Reference reference=new Reference()；//指定要簽名的數字圖書館文檔
Reference.Uri=@ “file：//”+“@數字圖書館文檔”；
SignedXm1.AddReference(reference)：
RSA crypt=RSA.Create()；//使用RSA算法進行加密
SignedXm1.SigningKey=crypt；//生成RSA簽名的密鑰信息
Keylnfo keylnfo= new Keylnfo()；
RSAKeyValue rsaKey=new RSAKeyValue(crypt)；
KeyInfo.AddClause(rsaKey)；
SignedXm1.Keylnfo=keyinfo；
SignedXm1.ComputeSignature()；//正式簽名
XmlElement xmlSignature=signedXm1.GetXml()；//把簽名放入XML文檔
XmlDocument doc=new XmlDocument()；
在上述例程中使用了.NET的XML數字簽名類創建了一個獨立的數字圖書館文檔的數字簽名。
4.4 數字圖書館密鑰管理規范服務(XKMS)
在.NET框架下，XML密鑰管理規范服務是以Web服務的形式實現的，它允許客戶端應用程序訪問PKI服務，但客戶端應用程序不需要關心底層PKI的語法，從而減少客戶機應用程序的復雜性。XKMS服務幫助數字圖書館輕松地將網絡安全措施（如數據加密和數字簽字）和圖書館信息系統的應用結合起來。XML安全標準措施是建基于XKMS服務所提供的網絡交易中的信任關系上，XKMS服務是實現XML數字加密和簽名服務的媒介。
4.4.1 創建XKMS服務
數字圖書館使用Web服務描述語言(WSDL)來定義Web服務，WSDL定義了用于與服務通訊的SOAP消息和XML類型，而使用WSDL創建XKMS服務分兩個步驟：
1) 用WSDL創建XKMS對象模型。WSDI 實用工具可創建一個適當類型的字段，該字段的名稱與XML元素或屬性的名稱對應，這些類型直接映射為.NET公共語言運行庫(CLR)類型。利用這些字段構建出XKMS對象模型。
例程3：構建XKMS的對象模型
public class Keylnfo{
[System.Xm1.Serialization.XmlElementAttribute(“KeyName”，typeof(string))]
[System.Xm1.Serialization.XmlElementAttribute(“KeyValue”，typeof(KeyValue))]
[System.Xm1.Serialization.XmlElementAttribute(“RetrievalMethod”，typeofRetrievalMethod))]
[System.Xml.Serialization.XmlElementAttribute(“XS09Data”，typeof(X509Data))]
[System.Xml.Serialization.XmlElementAttribute(“PGPData”，typeof(PGPData))]
[System.Xml.Serialization.XmlElementAttribute(“SPKIData”，typeof(string))]
[System.Xml.Serialization.XmlElementAttribute(“MgmtData”，typeof(string))]
[System.Xml.Serialization.XmlChoiceIdentifierAttribute(“ItemsElementName”)]
public object[]Items；
[System.Xml.Serialization.XmlElementAttribute(“ItemsElementName”)]
[System.Xml.Serialization.XmlIgnoreAttribute()]
public ItemsChoiceType2[]ItemsElementName；
[System. Xml.Serialization.XmlAnyElementAttribute()]
public XmlElement[]Any；
[System. Xml.Serialization.XmlAttributeAttribute(DataType=“ID”)]
public string Id；}
2) 用WSDL實用工具生成的原型代碼可以使XKMS服務得以實現。這些原型代碼可以控制Web服務名稱、XML命名空間和參數序列化的屬性，以該代碼創建一個XKMS服務實現非常簡單。只需把KeyService類定義和相關聯的屬性復制到一個ASMX文件并添加必需的Web服務聲明：< @WebService Language=“C#”class=“XKMS.KeyService” >。另外還需把KeyService類放置在命名空間‘XKMS’中，這有助于清楚‘KeyService’的用途。
4.4.2 構建XKMS客戶端
有了用于XKMS服務，構建客戶端應用程序很簡單。XKMS服務包含了客戶端服務需要的方法以及使用那些方法所需要的所有類型。構建KXMS客戶端包括：
1) 使用服務注冊RSA公鑰值
2) 根據KeyName值查找RSA公鑰
3) 根據KeyID或KeyName值驗證RSA公鑰
通過客戶端應用程序交互式地收集任何所需的輸人，用戶可以執行一系列這些操作，調用XKMS服務。
4.4.3 數字圖書館的安全機制
大部分的數字圖書館信息系統是分布式應用程序環境，分布式協作存在巨大的安全隱患。所以現在除了采用XML加密、XML數字簽名和XKMS等方法來解決數據一級的安全保障外，還提供了一個可伸縮的、由權限驅動的安全機制來保障應用程序的安全。這種程序級的安全機制進一步加強了XML數據的安全，適合在物流信息系統中廣泛應用。
1) 程序訪問安全性
為確保應用程序的安全，需要限制授予程序的權限。當調用受保護的資源或操作時，.NET要求程序有一個確定的權限。除檢查程序的權限外，也可以為程序請求必要的運行權限以實現具伸縮性的安全機制。
2) 角色安全性
在.NET運行時(runtime)系統里，每一個正在執行的線程都有一個身份叫管理員，這是安全環境的一部分。管理員執行基于角色的檢查，對每一個要求連編的線程進行對象角色的檢查以確定線程的合法性。
5 結論
綜上所述，結合本市數字圖書館網絡安全體系的實踐，我們認識到，由于數字圖書館的最終目標是建設圖書訂閱自動化、面向統籌管理、面向公眾服務的資源共享的綜合信息系統，系統的復雜性和特殊性便決定了其安全問題的多層次性、重要性和迫切性。
網絡安全管理應技術措施和管理措施并重，建立數字圖書館安全體系，應從物理安全、網絡安全、數據安全、應用系統安全、安全制度建設、安全教育培訓等多方面進行全面規劃和周密部署。另外，在構建數字圖書館安全體系的同時，還需要注意結合本市數字圖書系統實際進行設計，安全思路清晰、安全體系全面、安全重點突出等相關問題，使網絡和數據安全建設即符合現代化圖書管理工作的需要，又符合公共服務部門相關的安全保密要求。
參考文獻：
[1] 韋文輝.淺議圖書館網絡信息安全體系的構建[J].中國現代教育裝備，2006(7):48-50.
[2] 陳火旺.網絡與信息安全[J].湖南:中南大學出版社，2005.
[3] 郭建峰.網絡環境下數字圖書館安全體系探析[J].高校圖書情報論壇，2005(4).
[4] 李毅騁.網絡系統與服務[M].北京:清華大學出版社，2001.
