Web應(yīng)用系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)

張國和，徐駿善

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

隨著Internet的飛速發(fā)展，Web服務(wù)的應(yīng)用越來越廣泛，企業(yè)信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域由傳統(tǒng)的、小型業(yè)務(wù)系統(tǒng)逐漸向大型的、關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變[1]。企業(yè)信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)處理信息、技術(shù)資料信息，以及涉及企業(yè)高層發(fā)展計(jì)劃和企業(yè)決策信息，其中大部分信息極其重要且具有保密性質(zhì)。伴隨著社會信息化建設(shè)大步推進(jìn)，人們對企業(yè)信息系統(tǒng)的使用依賴性也越來越強(qiáng)。因此企業(yè)信息系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障或被破壞，都會對用戶、企業(yè)乃至整個行業(yè)產(chǎn)生不可估量的影響。

本文以徐工筑路機(jī)械有限公司(以下簡稱徐工筑路)備件管理系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，由于此系統(tǒng)是在徐工筑路企業(yè)內(nèi)外Internet/Intranet范圍內(nèi)設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)安全性問題關(guān)系到備件管理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，以及企業(yè)的業(yè)務(wù)能否正常展開，因此徐工筑路備件管理系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)就顯得尤為重要了。

1 系統(tǒng)面臨的安全威脅

徐工筑路備件管理系統(tǒng)的安全威脅主要表現(xiàn)在非授權(quán)訪問系統(tǒng)、偽用戶登錄系統(tǒng)、破壞數(shù)據(jù)的完整性、干擾備件管理系統(tǒng)正常運(yùn)行等方面。它們主要利用以下途徑：備件管理系統(tǒng)自身存在的漏洞、備件管理系統(tǒng)安全體系的缺陷、徐工筑路員工薄弱的安全意識及尚未健全的管理制度。備件管理系統(tǒng)的安全威脅主要有人為威脅和自然威脅。而人為威脅都是有目的的惡意攻擊，攻擊有主動和被動之分，因此可以將人為威脅分為主動性攻擊和被動性攻擊兩大類。這些攻擊對徐工筑路備件管理系統(tǒng)安全有著直接或潛在的破壞和威脅[2]。

1.1 主動性攻擊

主動攻擊是指那些攻擊者未經(jīng)徐工筑路許可截獲或篡改公司信息，冒充公司拒絕或中止某些用戶對系統(tǒng)使用的行為。這方面攻擊往往是對數(shù)據(jù)通道中正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元進(jìn)行更改、刪除、延遲、拷貝重發(fā)或插入、合成或偽造等各種惡意處理行為，并以更改報文流、拒絕報文服務(wù)、偽造連結(jié)初始化等形式實(shí)現(xiàn)攻擊者的險惡用心。主動攻擊通常易于探測但卻難于防范，因?yàn)楣粽呖梢酝ㄟ^多種不同方法發(fā)起攻擊。

1.2 被動性攻擊

被動攻擊主要是指攻擊者通過監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上傳遞的信息流，從而截獲信息內(nèi)容的行為。這類攻擊僅僅為了獲得信息流的長度、傳輸頻率等數(shù)據(jù)要素，它不像主動攻擊有直接惡意的破壞，而只是觀察和解析出貫穿于一條連接通道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元所含的信息(包括用戶數(shù)據(jù)的內(nèi)容，或協(xié)議控制信息)，但不纂改或破壞數(shù)據(jù)單元的信息。攻擊者正是通過這種看似“無惡意”的攻擊行為來了解熟悉正在通信的雙方詳情，以便用其他方法達(dá)到竊取或破壞備件管理系統(tǒng)和企業(yè)資源的間接性攻擊目的。因此，在信息發(fā)送者或接收者發(fā)現(xiàn)機(jī)密信息被泄漏之前，要發(fā)覺這種攻擊是很困難的。然而通過對機(jī)密信息進(jìn)行加密可以避免被動攻擊的發(fā)生。

從上述分析可以看出備件管理系統(tǒng)所受到的攻擊可能是多方面的，攻擊形式也是多種多樣的，而且往往是多種攻擊同時存在。如何防范這些非法攻擊是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，需要通過各種安全服務(wù)措施和健全企業(yè)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。

2 對系統(tǒng)的安全措施

為了保證備件管理系統(tǒng)的安全運(yùn)行，保護(hù)企業(yè)計(jì)算機(jī)的硬件、軟件和系統(tǒng)數(shù)據(jù)不因偶然或惡意的原因而遭到破壞、更改或泄漏，本備件管理系統(tǒng)采用以下安全措施。

2.1 使用防火墻技術(shù)

防火墻技術(shù)是一種建立在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息安全技術(shù)基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用安全技術(shù)，越來越多地被應(yīng)用在專用網(wǎng)絡(luò)與公用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)環(huán)境之中，尤其是以接入Internet網(wǎng)絡(luò)使用最為廣泛[3]。

防火墻是指設(shè)置在不同網(wǎng)絡(luò)(如可信任的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和不可信的外部公共網(wǎng))或網(wǎng)絡(luò)安全域之間的一系列器件的組合。防火墻是不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)安全域之間信息的唯一出入口，它能根據(jù)企業(yè)的安全政策 (允許、拒絕、監(jiān)測)控制出入網(wǎng)絡(luò)的信息流，且本身還具有較強(qiáng)的抗攻擊能力。防火墻可提供信息安全服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和信息安全的基礎(chǔ)設(shè)施。在邏輯上，防火墻既是一個分離器、限制器，也是一個分析器，能夠有效地監(jiān)控內(nèi)部網(wǎng)和因特網(wǎng)之間的任何活動，保證內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全[3]。

1.2.4 白及無菌苗的增殖 以MS培養(yǎng)基為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，采用L9（34）正交試驗(yàn)研究3種對植物生長發(fā)育有重要作用的植物生長調(diào)節(jié)劑：6-BA、萘乙酸（NAA）、激動素（KT）對白及無菌苗增殖的影響，正交試驗(yàn)各因素及水平見表2。每種處理接種10瓶，每瓶接種3株2 cm左右的種子萌發(fā)無菌幼苗（切除根），分別于光照培養(yǎng)室及暗培養(yǎng)室培養(yǎng)。

徐工筑路備件管理系統(tǒng)在使用防火墻技術(shù)主要體現(xiàn)在兩個方面：

(1)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)級防火墻，用來防止整個企業(yè)內(nèi)部安全網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)外來非法不可信網(wǎng)絡(luò)的入侵。屬于這類的有分組過濾和授權(quán)服務(wù)器，分組過濾檢查所有流入本企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息，拒絕所有不符合企業(yè)事先制定好的一套準(zhǔn)則的數(shù)據(jù)，而授權(quán)服務(wù)器則是檢查系統(tǒng)使用用戶的登錄是否合法。

(2)企業(yè)應(yīng)用級防火墻，企業(yè)從應(yīng)用程序入手來進(jìn)行備件管理系統(tǒng)的接入控制。通常使用應(yīng)用網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器來區(qū)分各種應(yīng)用。如徐工筑路公司只允許通過訪問萬維網(wǎng)的應(yīng)用，而阻止FTP應(yīng)用的通過。

2.2 應(yīng)用系統(tǒng)的安全性

本系統(tǒng)可供徐工筑路的備件中心、備件代理商、市場部、特約維修站、服務(wù)部及銷售部等多個部門員工同時使用，因此在系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)方案上，可采用角色管理和系統(tǒng)用戶身份驗(yàn)證的安全策略。

(1)角色管理

角色管理將系統(tǒng)不同模塊權(quán)限和對象權(quán)限整合成一個集合，即角色。通過對系統(tǒng)功能模塊的劃分，不同的模塊對不同的角色有著不同的訪問權(quán)限控制。從而限制了那些沒有該功能模塊訪問權(quán)限的用戶訪問該功能模塊。本系統(tǒng)將操作用戶分為7類角色：倉庫管理員、備件系統(tǒng)管理員、服務(wù)處處長、服務(wù)系統(tǒng)管理員、特約維修站總經(jīng)理、特約維修站信息接待處理員及銷售系統(tǒng)管理員。

身份驗(yàn)證技術(shù)是目前廣泛使用的企業(yè)信息系統(tǒng)的安全技術(shù)之一，它通過使用用戶向系統(tǒng)出示自己身份證明、系統(tǒng)核查使用用戶身份證明的有效性兩個過程判明和確認(rèn)通信雙方的真實(shí)有效身份。

本備件管理系統(tǒng)主要依靠Internet信息服務(wù) (IIS)的身份驗(yàn)證技術(shù)和Windows NT文件訪問系統(tǒng)的安全性，如圖1所示。使用用戶的訪問請求首先從網(wǎng)絡(luò)客戶進(jìn)入IIS，IIS可以選擇使用基本的、簡要的或集成的Windows身份驗(yàn)證技術(shù)對客戶進(jìn)行身份驗(yàn)證，如果客戶通過了身份驗(yàn)證，那么IIS將根據(jù)驗(yàn)證后的結(jié)構(gòu)生成新的對ASP.NET的請求后提交給ASP.NET應(yīng)用程序服務(wù)器。之后ASP.NET應(yīng)用程序使用從IIS傳遞來的訪問標(biāo)記模擬原始提出請求的客戶，并驗(yàn)證該用戶在配置文件中所給定的訪問權(quán)限。最后通過驗(yàn)證，應(yīng)用程序通過IIS返回所請求的頁面[4]。此方案依賴了Windows集成的賬戶驗(yàn)證功能，同時可以盡量減少備件管理系統(tǒng)對ASP.NET程序本身在安全性方面的編程量，大大簡化了備件管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的工作量。

圖1 Windows驗(yàn)證方案圖

2.3 ASP.NET程序的安全性

在備件管理系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)過程中為了減少因程序設(shè)計(jì)漏洞而帶來的安全性問題，在程序設(shè)計(jì)中采取如下措施來增加ASP腳本的安全性。

(1)防止SQL注入攻擊，在編程的時候要禁止用戶輸入非法的危險字符， 如單引號 (‘或’)，or，and，、，*，＜，＞，空格等危險字符[5]；同時在客戶端和服務(wù)器端都要對用戶輸入的信息進(jìn)行驗(yàn)證；同時在編寫程序過程中盡量使用存儲過程技術(shù)，使用存儲過程不僅可以防止某些類型的SQL注入式攻擊，還可以提高SQL語句的執(zhí)行速度；在程序出現(xiàn)異常的情況下，程序會自動跳轉(zhuǎn)到固定的頁面，而不是將錯誤信息顯示給用戶，這樣可以防止部分別有用心的用戶。

(2)在本備件管理系統(tǒng)中，由于訪問權(quán)限的不同，用戶可以訪問的頁面也不同，為了防止用戶直接從網(wǎng)頁的地址欄中輸入鏈接地址進(jìn)入某個超出該用戶權(quán)限的頁面，而出現(xiàn)越權(quán)的操作，如圖2所示。用戶登錄后輸入選擇角色并輸入密碼，驗(yàn)證通過進(jìn)入導(dǎo)航頁面，同時系統(tǒng)記錄下該用戶的角色。用戶在訪問頁面時，系統(tǒng)將同時記錄用戶請求的路徑，并進(jìn)入數(shù)據(jù)庫對其進(jìn)行判斷，如果該用戶的角色具有訪問此頁面的權(quán)限，則進(jìn)入要訪問的頁面，否則進(jìn)入錯誤提示頁面。用戶點(diǎn)擊重新登錄后將重新返回到登錄頁面，從而避免了用戶采用直接輸入網(wǎng)址的方式訪問超出其權(quán)限的頁面。由于系統(tǒng)不能夠檢測登錄的賬號是否被他人冒用，所以采取當(dāng)用戶長時間不在系統(tǒng)中進(jìn)行操作時 (本備件管理系統(tǒng)設(shè)置為20 min)，用戶在系統(tǒng)中的Session值過期，從而該登錄的賬號失去了再次使用系統(tǒng)的權(quán)利，必須重新登錄系統(tǒng)。這樣可以防止用戶離開計(jì)算機(jī)時被他人冒名使用。

圖2 權(quán)限驗(yàn)證流程圖

(3)本備件管理系統(tǒng)中具有文件的上傳和下載功能，在上傳文件時為了防止有些用戶上傳惡意文件破壞系統(tǒng)，因此需要在上傳時對文件類型進(jìn)行判斷。除非是指定的文件類型外，其他的文件均不予上傳，尤其是以.asp，.aspx或.exe等結(jié)尾的文件。

2.4 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)加密技術(shù)

由于系統(tǒng)應(yīng)用程序的關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)都存儲在數(shù)據(jù)庫中，所以數(shù)據(jù)庫的安全性就顯得尤為重要。在信息系統(tǒng)的開發(fā)過程中，加密技術(shù)是一種很常用的安全技術(shù)。它把重要的數(shù)據(jù)通過技術(shù)手段變成亂碼(加密)后再傳送信息，即通過將信息編碼為不易被非法入侵者閱讀或理解的形式來保護(hù)數(shù)據(jù)的信息，到達(dá)目的地后再用相同或不同的手段還原(解密)信息。根據(jù)加密密鑰和解密密鑰在性質(zhì)上的不同，在ASP.NET應(yīng)用中提供了兩種加密算法，即對稱加密算法和非對稱加密算法[6]。

(1)對稱加密是加密和解密使用相同密鑰的加密算法。它的優(yōu)點(diǎn)是保密程度較高、計(jì)算開銷小、處理速度快、使用方便快捷、密鑰短且破譯困難。由于持有密鑰的任意一方都可以使用該密鑰解密數(shù)據(jù)，因此必須保證密鑰不被未經(jīng)授權(quán)的非法用戶得到。在對稱加密技術(shù)中廣泛使用的是DES加密算法。

(2)非對稱加密是加密和解密使用不同密鑰的加密算法。它使用了一對密鑰：一個用于加密信息；另一個用于解密信息，通信雙方無需事先交換密鑰就可以進(jìn)行保密通信。但是加密密鑰不同于解密密鑰，加密密鑰是公之于眾，誰都可以使用；而解密密鑰只有解密人知道，這兩個密鑰之間存在著相互依存關(guān)系：即用其中任一個密鑰加密的信息只能用另一密鑰進(jìn)行解密。它只可加密少量的數(shù)據(jù)。在非對稱加密算法中普遍使用的是RSA加密算法。

基于上述分析，并結(jié)合徐工筑路備件信息網(wǎng)的特點(diǎn)，采用RSA與DES混合加密體制的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的加密。可以用對稱加密算法(DES加密算法)加密較長的明文；用非對稱加密算法(RSA加密算法)加密數(shù)字簽名等較短的數(shù)據(jù)，這樣既保證了數(shù)據(jù)的保密強(qiáng)度，又加快了系統(tǒng)運(yùn)算速度。

本文通過對信息系統(tǒng)安全威脅及系統(tǒng)安全的防護(hù)措施的分析[7]，使用戶能夠最大限度地保障Web應(yīng)用系統(tǒng)的安全，并通過必要的安全措施，將可能發(fā)生的風(fēng)險控制在可接受的范圍之內(nèi)。

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