基于XML的多方數(shù)據(jù)通信安全模型研究

錢超

（杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，浙江 杭州 310012）

1 引言

雙重簽名可以延伸到保證在任何一個事務(wù)處理過程中三方安全地傳輸信息的一種技術(shù)，用與三方通信時的身份認(rèn)證和信息完整性、交易防抵賴的保護(hù)。雙重簽名除了在應(yīng)用范圍可以延伸，擴(kuò)展此技術(shù)的原理可以應(yīng)用到保護(hù)一個業(yè)務(wù)鏈在處理事務(wù)過程中多方安全地傳輸信息，用來保證多方通信時的身份驗證和信息完整性、交易防抵賴的保護(hù)。

經(jīng)過對雙重簽名技術(shù)的兩輪擴(kuò)展后本文提出整體簽名技術(shù)(UnitedSignature)。它繼承和發(fā)揚(yáng)雙重簽名技術(shù)的特點，適用于如下應(yīng)用情景:現(xiàn)有一個多方業(yè)務(wù)鏈，由多個通信方:A，B，C，D，E，…，X，…組成，其中A為業(yè)務(wù)發(fā)起方，這個業(yè)務(wù)發(fā)起方在處理業(yè)務(wù)時需要提供給其它各方信息，這些信息組成一個信息流，信息流中包括A需要提供給B的敏感信息一一>Info（A-B)，提供給C的敏感信息一一>Info（A-C)，提供給D相應(yīng)的敏感信息一一>Tnfo（A-D)，提供給E相應(yīng)的敏感信息一一>Info（A-E)，等等。在這個業(yè)務(wù)鏈的模型如下圖:

2 基于整體簽名的多方通信安全模型

多方業(yè)務(wù)鏈模型

2.1 A端發(fā)出業(yè)務(wù)請求，產(chǎn)生發(fā)送給參與業(yè)務(wù)的B，C，D，EX，…的敏感信息，記為Tnfo（A-B)，Tnfo（A-C)，Tnfo（A-D)，Tnfo（A-E)，…、Info（A-X) ，…，并且對這些敏感信息進(jìn)行安全處理。

2.2 信息的發(fā)送

各方所得到的敏感信息可由A方直接發(fā)送，也可以是它的業(yè)務(wù)上家轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 信息的解密及驗證

3 XML整體簽名技術(shù)

3.1 XML整體簽名技術(shù)的特點

XML整體簽名技術(shù)包括兩個方面:將整體簽名技術(shù)應(yīng)用于保護(hù)XML數(shù)據(jù)的安全，以及用XML來作為整體簽名加密技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸和交換的載體。這兩個方面相互作用，所以要從這兩個方面來討論XML整體簽名技術(shù)的特點:

3.1.1 將整體簽名技術(shù)應(yīng)用于保護(hù)XML的安全同樣可以發(fā)揮該加密技術(shù)整體簽名、部分驗證的技術(shù)特點。業(yè)務(wù)鏈的XML信息發(fā)送方對所有提供給其他業(yè)務(wù)方的XML敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行基于整體簽名技術(shù)的安全處理，而這些接收方可以解密提供給自己那部分XML數(shù)據(jù)密文，并通過驗證整體簽名來確定所得到的XML數(shù)據(jù)明文的數(shù)據(jù)確認(rèn)性、完整性和不可否認(rèn)性，這樣可以增強(qiáng)XML業(yè)務(wù)鏈的業(yè)務(wù)處理效率，并且使得消息的發(fā)送方只需要和其中某個特定的上游業(yè)務(wù)方交互，而無須考慮這些上游業(yè)務(wù)方之間的交互，因為信息可以互相轉(zhuǎn)發(fā)并目_轉(zhuǎn)發(fā)過程是安全的，而且能夠排除多次轉(zhuǎn)發(fā)過程中的業(yè)務(wù)處理錯位的可能性。

探測技術(shù)萌芽階段指的是上世紀(jì)九十年代之前，因探測技術(shù)、管理水平等的限制，城市地下管線探測以開井檢查為主，未采用工程物探技術(shù)，不僅不能準(zhǔn)確的獲取地下管線的空間分布，而且工作量極大，降低了社會經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.2 XML是一種用來描述數(shù)據(jù)的標(biāo)記語言，具有對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一描述的強(qiáng)大功能;XML語言具有平臺無關(guān)性的特點，可以摒棄由于通信各方的平臺異構(gòu)所帶來的不良影響;XML語言自身具有結(jié)構(gòu)化特征，可以在同一個XML文檔中攜帶所有的信息，減少交互的復(fù)雜度，提高效率;XML語言具有很好的可擴(kuò)展性，使得XML語言非常的靈活。

3.2 XML整體簽名的處理過程

3.2.1 XML整體簽名的產(chǎn)生

(1)構(gòu)建SubDigest元素(這個過程是個循環(huán)的過程)

(2)將各個SubDigest元素放在一起，構(gòu)建SubDigests元素;

(3)構(gòu)建ds:Signature元素;(其中，用ds:Reference元素來表示需要連接的所有的子摘要和聯(lián)接摘要值;用ds:SignatureValue元素表示整體簽名值);

(4)構(gòu)建UnitedSignature0句ect元素(其中，如果要表示數(shù)據(jù)密文，遵從XML加密規(guī)則來構(gòu)建EncryptedData元素并替換數(shù)據(jù)對象明文);

(5)構(gòu)建UnitedSignature元素。

3.2.2 XML整體簽名的驗證

(1)替換摘要值

a.從SubDigests元素中通過SubDigest元素的To屬性值找到本業(yè)務(wù)方應(yīng)處理的那些SubDigest元素。b.通過SubDigest元素的DigestInfo子元素的DigestReference元素得到被計算摘要的數(shù)據(jù)對象。其間，要通過DigestReference的URI屬性表示的數(shù)據(jù)對象引用和子元素ds:Transforms元素表示的轉(zhuǎn)換列表得到目標(biāo)數(shù)據(jù)對象(若有解密轉(zhuǎn)換，需要對EncryptedData元素解密)。c.根據(jù):Digest元素所給出的規(guī)范化算法規(guī)范化上面所得的數(shù)據(jù)對象，并根據(jù)Digest元素給出的摘要算法計算規(guī)范化后的數(shù)據(jù)對象的摘要值。d.用此摘要值替換DigestValue元素的內(nèi)容。

(2)驗證ds:Signaure元素

以上討論了XML整體簽名的處理規(guī)則，包括XML整體簽名文檔的產(chǎn)生與驗證。

處理規(guī)則中要涉及到XML加密/解密和XML簽名/驗證，這些過程的處理規(guī)則符合W3C XML加密規(guī)范和XML簽名規(guī)范。

4 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

多方數(shù)據(jù)通信安全系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

5 XML加密簽名層

5.1 數(shù)據(jù)對象讀取模塊

在XML整體簽名過程中，獲取數(shù)據(jù)對象的要求貫穿整個處理過程的始終。其中，處理子摘要信息時對DigestReference元素進(jìn)行處理從而讀取被計算摘要數(shù)據(jù)對象、處理簽名信息時對Reference元素進(jìn)行處理從而讀取子摘要連接值的數(shù)據(jù)對象、處理加密信息時對CipherReference元素進(jìn)行處理從而讀取密文數(shù)據(jù)對象，這些都是XML整體簽名中數(shù)據(jù)對象讀取的典型，分為兩個步驟:對URI引用屬性的處理和對Transforms轉(zhuǎn)換列表的處理，這涵蓋了XML整體簽名中其它情況的數(shù)據(jù)對象讀取時要處理URI引用屬性的要求，又有需要處理Transforms列表的要求。

5.2 XML加密處理模塊

XML加密/解密處理過程中涉及到三個角色:應(yīng)用程序--提出加密實現(xiàn)的請求，并提供加密/解密處理所必需的數(shù)據(jù)和變量;加密器--XML文檔加密的實現(xiàn);解密器--XML加密文檔解密的實現(xiàn)。

W3C加密規(guī)范所描述的XML加密的處理過程如下:(1)選擇加密的算法;(2)獲取并表示密鑰;(3)加密數(shù)據(jù);(4)構(gòu)建EncryptedType(EncryptedData或者EncryptedKey)元素;(5)處理EncryptedData元素。

6 總結(jié)

本文在對現(xiàn)有的XML安全規(guī)范做了分析研究后，針對基于XML網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的業(yè)務(wù)鏈的多方通信過程中XML數(shù)據(jù)安全問題，提出了一種XML安全技術(shù)一一XML整體簽名技術(shù)，并圍繞實現(xiàn)XML整體簽名這一目的，在分析了XML整體簽名、XML簽名規(guī)范和XML加密規(guī)范這三者關(guān)系的基礎(chǔ)上設(shè)計了XML的多方通信安全系統(tǒng)，實現(xiàn)了XML基本加密簽名和XML整體簽名。

[1]蔡小芳，張永勝，在Web服務(wù)安全中XML加密與簽名的應(yīng)用，計算機(jī)安全，2006年

[3]傅海英，李輝，王育名，XML及相關(guān)安全研究進(jìn)展，計算機(jī)應(yīng)用研究，2007年