基于數字簽名的選課系統設計與實現

梁玉英

(肇慶市科技職業技術學院，廣東肇慶526040)

1.引言

隨著計算機技術和通信技術的日益成熟，網上選課系統使學校教務人員提高工作效率，為學生的選課帶來方便。目前，很多大、中院校都采用了網上選課系統，傳統的“用戶名+口令”的控制方式安全性較弱，用戶名、口令易被竊取而導致安全問題的發生[1]。沒有簽名的在線選課系統管理，這種方式雖然方便，但是一旦出現學生選課或成績疑義，教師和管理人員都可以對仿造選課和成績進行抵賴，由于沒有鑒別手段，這樣不利于管理。在生活中，人們通常用對某一文檔進行簽名來保證文檔的真實有效性，防止其抵賴。在網絡環境中可以采用數字簽名，在提供數據完整性的同時保證數據的保密性、真實性、不可抵賴性等[2]。在選課系統引入數字簽名，其主要目的是防止冒充，使系統能夠核實發送者的身份，防止非法用戶冒充合法用戶對學生的成績進行錄入或修改；另外也防止學生對自已選擇的課程進行否認，防止老師對自己已錄入的成績進行否認，這種做法具有良好的實用價值和應用推廣價值。

2.數字簽名技術

2.1 數字簽名

數字簽名是通信雙方在網上交換信息用公鑰密碼防止仿造和欺騙的一種身份認證。它要符合以下4條基本規則：(1)接收者能夠核實發送者對報文的簽名，防止冒充；(2)發送者事后不能否認對報文的簽名；(3)任何人不能偽造報文和簽名；(4)保證數據的完整性，防止數據被篡改[3]。

數字簽名作為信息安全的關鍵技術，在電子商務、電子銀行、電子政務等應用領域是應用廣泛的，在社會生活各個領域也有極其廣闊的應用前景。隨著網絡的迅速發展，電子簽名技術在政治、經濟、文化生活中都得到了廣泛應用。

2.2 數字簽名體制

數字簽名的算法有很多，如RSA數字簽名算法、ELGamal數字簽名算法、Fait-Shamir數字簽名算法、美國的數字簽名標準/算法(DSS/DSA)橢圓曲線數字簽名算法等等。這里主要介紹DSS數字簽名體制。

DSS數字簽名是美國國家標準研究所(NIST)1994年5月公布的，標準采用的算法是DSA，密鑰長度為512～1024bit。算法中應用了以下參數[4]：

DSS中選用SHA(Secure Hash Algorithm)。P、q、g可由一組用戶共享，但在實際應用中，使用公共模數可能會帶來一定的威脅。簽名過程如下：

圖1簡明地表示DSS數字簽名體制。

2.3 用Java實現數字簽名

Java安全API提供了加密、信息融合、密鑰管理、認證、存取控制和數字簽名等功能，允許開發者進行低層和高層的安全應用，Java安全API數字簽名的方法集中在java.security軟件包中，在程序開始部分要引入該軟件包(import java.security)[5]。下面簡單介紹密鑰對的生成、數據簽名和驗證簽名的方法。

2.3.1 生成密鑰對

要實現信息簽名，首先要做的是生成密鑰對。密鑰對是通過使用Key Pair Generator類來生成，首先創建一個密鑰對生成器，獲得一個密鑰對生成器對象，

2.3.2 對數據簽名

首先使用簽名Signature類生成一個生成和驗證簽名的簽名對象，再用DSA算法和SHA信息融合算法，并利用上一步中生成的秘密鑰對簽名對象進行初始化。

得到一個簽名對象：Signature Dsa=Signature.getInstance(“SHA/withDSA”，“SUN”)；

初始化簽名對象：Dsa.initSign(priv)；

對數據簽名：dsa.update(buffer，0，len)；通過調用Update方法提供要簽名的信息給簽名對象。向簽名對象提供過信息以后，即可生成數字簽名的簽名。

得到簽名的數據：byte[]realSig=Dsa.sign()；

2.3.3 驗證簽名

驗證簽名需要簽名和公開密鑰，在驗證之前，如同簽名一樣，必須創建一個驗證簽名對象，并用公開密鑰初始化簽名對象。

用公鑰初始化簽名對象：sig.initVerify(pubKey)；

取得被簽名的數據：sig.update(buffer，0，len)；

通過調用Update方法提供要驗證簽名的信息給驗證簽名對象。向驗證簽名對象提供過密文簽名信息以后，即可調用Verify函數證實簽名是否正確，函數返回一個邏輯值，真值為正確，假值為錯誤。

驗證：boolean verifies=sig.verify(sigToVerity)；

3.選課系統的開發

3.1 系統功能需求

學生選課管理系統中，用戶分為學生用戶、教師用戶和管理員用戶3類。這3類用戶對選課管理系統中的班級、課程、成績和學分等資源進行不同的管理。各類用戶的功能由其權限決定。主要功能模塊如下：

(1)用戶模塊

1)學生用戶可以修改自己的信息；2)管理員用戶可以添加、修改學生信息；3)管理員用戶可以添加、修改教師信息。

(2)課程模塊

1)教師用戶可以管理選擇所開課程的學生；2)學生用戶可以選課；3)學生用戶可以查看自己選科目的學分；4)管理員用戶可以添加、修改開課信息；5)教師用戶可以對開此科目的學生打分。

(3)班級模塊

1)管理員用戶可以添加、修改班級信息；2)學生用戶可以查看自己所在的班級；3)教師用戶可以查看學生所在的班級。

3.2 系統的設計與實現

3.2.1 系統設計目標

(1)學生用戶

1)學生可以對自己選的課程進行加密處理(用自己的密鑰和接受者的公鑰)，然后上傳；

2)管理人員接受了經過加密處理的課程(密文)后，可以方便對密文進行解密(用自己的密鑰和發送方的公鑰)；

3)學生上傳選課后，管理整理匯總后對選課進行公示；

4)學生對上報的選課進行了數字簽名，一旦發現選課有疑問，學生不能否認對選課的簽名，管理人員對偽造的選課也不能抵賴，使學生的選課具有較高的信度和安全性。

(2)教師用戶

1)教師可以在客戶端對學生成績進行加密處理(用自己的秘密密鑰和接受者的公開密鑰)，然后上傳；

2)成績管理人員接受了經過加密處理后的成績(密文)后，可以方便對密文進行解密(用自己的秘密密鑰和發送方的公開密鑰)；

3)教師上傳成績后，成績管理人員對成績進行公示；

4)教師對上報的成績進行了數字簽名，一旦發現成績有疑義，教師不能否認對學生成績的簽名，成績管理人員對偽造的成績也不能抵賴，使學生成績具有高的信度和安全性。

3.2.2 系統結構設計

采用B/S的架構，B/S(Browser/Server)結構即瀏覽器和服務器結構。它是隨著Internet技術的興起，對C/S進行改進的結構。采用服務器、數據庫與客戶端3者分開。系統結構圖如圖2所示。

3.2.3 系統功能模塊劃分

不同類別的用戶在登錄后使用不同的功能模塊。根據系統的功能需求，學生、教師和管理員3類用戶分別有各自的功能模塊。學生用戶可以進行修改用戶信息、選課和查看學分等操作。教師用戶可以管理選修課程的學生信息以及選修課程的成績。管理員用戶管理學生用戶信息、教師用戶信息、課程和班級信息。

4.結束語

基于數字簽名的選課系統有利于學校對教務工作的管理，具有可使用性和可維護性，數字簽名具有保密性、安全性和不可抵賴性，同時采用B/S結構方式設計系統更增加了系統的安全可靠性，從而提高了選課系統的可信度。本文介紹了基于DSA算法的數字簽名，盡管數字簽名技術還不夠完善，如簽字后的文件可能被接收者重復使用；公鑰算法的效率相當低，不易用于長文件的加密等等。但是，隨著Internet的普及與發展，數字簽名技術的應用領域會日益廣泛，有著廣闊的發展前景。

[1] 冷曉艷，韓裕生，袁宏武.基于SSL協議的安全通信在選課系統中的應用[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2004(5、6)：121.

[2] 張勇.數字簽名在我國應用的現狀[J].政務辦公/商務辦公，2007-4(105)：16.

[3] 劉濤，侯正風.基于B/S結構的教務管理系統中的數字簽名[J].安徽機電學院學報，2002-12，17(4)：45.

[4] 凌捷，謝贊福.信息完全概論[M].廣州：華南理工大學出版社，2005.

[5] 秦殿英，焦慶爭.基于數字簽名技術的網絡安全實現[J].安徽機電學院學報，2001-3，16(1)：76.