SSL安全传输技术的探索应用实践

ＳＳＬ安全传输技术的探索应用实践近年来，随着ＩＢＭ主机通信技术的进一步发展，在互联网中应用广泛的ＴＣＰ／ＩＰ协议逐渐成为主机通信网络的主要工作协议之一。

ＩＢＭＷｅｂＳｐｈｅｒｅＭＱ是一个优秀的消息传递中间件，它被广泛地应用于各种企业应用系统之间的互联。

在许多大型银行业务系统中，ＷｅｂＳｐｈｅｒｅＭＱ也作为重要的联机传输工具被大量投入应用。

由于ＷｅｂＳｐｈｅｒｅＭＱ支持ＴＣＰ／ＩＰ协议，在很多的银行业务系统部署中，开始逐步采用ＴＣＰ／ＩＰ作为基础的网络平台系统。

但ＴＣＰ／ＩＰ体系结构的天然开放性，人们在享受其带来便利的同时，也很容易遭受各种有意或无意的攻击，如：破坏信息的完整性、仿冒他人非法获取机密资料、在传输过程中截获各种信息等。

为了保证ＴＣＰ／ＩＰ通信的安全性，人们提出了安全套接层（ＳＳＬ，ＳｅｃｕｒｉｔｙＳｏｃｋｅｔＬａｙｅｒ）协议。

目前，ＳＳＬ已经成为一种安全有效的网络安全技术，被人们广泛地部署到各种应用系统中。

ＩＢＭ公司的ＷｅｂＳｐｈｅｒｅＭＱ从５．３版本开始支持ＳＳＬ，可以利用它建立安全可靠的数据传输通道。

本文结合数据安全通信的一些基本概念和要点，简要介绍了ＳＳＬ技术的工作过程，并针对ＩＢＭ公司的ｚ／ＯＳ平台和ＡＩＸ平台上的ＷｅｂＳｐｈｅｒｅＭＱ应用，探讨和验证了ＳＳＬ技术对于ＷｅｂＳｐｈｅｒｅＭＱ安全通信的应用和部署方法。

一、网络安全技术通信安全由许多不同而相互关联的特性构成，具体的划分有赖于所涉及的对象。

目前常将其分成以下三个主要类别：保密性（Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌｉｔｙ）、消息完整性（ＭｅｓｓａｇｅＩｎｔｅｇｒｉｔｙ）和端点认证（ＥｎｄｐｏｉｎｔＡｕｔｈｅｎｔｉｃａ－ｔｉｏｎ）。

①保密性。

通常来说，人们在规划网络安全时首先考虑的是其保密性，目的就是希望能保证信息对无关的用户是不可用的。

②消息完整性。

消息完整性是指通信双方需要确认自己所收到的信息就是发送者发送的信息，目的是要保证发送方发送的信息在到达接收方之前没有被任何第三方篡改。

③端点认证。

端点认证的目的是要确定通信中的某个端点（通常为发送方）就是明确已知的那个端点。

如果没有端点认证，要想提供保密性和消息完整性就会非常困难。

例如，我们收到了一份来自客户端张三的消息，如果无法确定该消息是由客户端还是攻击者发送的，那么消息的完整性和保密性对于我们来说就没有任何意义。

与之类似，当我们向服务器端李四发送一份机密信息，而实际上却将机密信息发送给了攻击者，对我们来说也同样毫无意义可言。

下面简单介绍一些常用的网络安全应用技术。

１．密码学密码学是一种设计各种安全算法的理论，研究使用此类算法的目的是为了保证系统和协议的安全。

其基本思想是：加密算法接收一定长度的用户数据并在密钥的控制下将其转换为密文（Ｃｉｐｈｅｒｔｅｘｔ）。

密文看上去就像随机数据，没有密码就无法收集与明文（Ｐｌａｉｎ－中国银行信息中心高国奇段慧军周波勇１９中国金融电脑２００７年第３期・ｔｅｘｔ）有关的各种有用信息。

在密码学中，待加密的消息称为明文，经过一个以密钥为参数的函数变换，输出的结果称为密文，这个过程称为加密。

当密文通过网络传送到接收方之后，使用一个与加密过程相同的密钥（对称加密）或不同的密钥（非对称加密）为参数的函数进行变换，这个过程称为解密，输出的结果为原始的明文。

评价一个加密算法的好坏主要取决于两个方面：算法的强健性（即牢固程度）、密钥的长度。

２．加密算法常用的数据加密算法有对称密钥加密和非对称密钥加密两大体系。

在对称密钥体系中，通信双方持有相同的密钥，信息发送方用密钥将信息加密，密文到达接收方后，使用同一个密钥将其解密。

在实际应用中有多种加密算法属于对称密钥体系，如常见的数据加密标准（ＤＥＳ）、三重ＤＥＳ（３ＤＥＳ）和高级加密标准（ＡＥＳ）等。

ＤＥＳ是由ＩＢＭ公司在２０世纪７０年代开发的一个美国官方加密标准，曾经广泛应用于很多安全产品中。

由于其密钥长度只有５６位，很容易遭到破解，目前已经无法提供足够的安全保障。

后来ＩＢＭ公司意识到ＤＥＳ的密钥长度太短，通过三重加密的方法对其进行了有效的改进，改进的算法称为３ＤＥＳ，其密钥长度扩展为１６８位。

由于改进的算法能够提供良好的数据信息保密性，３ＤＥＳ加密算法当前已获得了广泛的应用。

ＡＥＳ算法是目前可选的最佳加密算法之一，其算法支持１２８、１９２和２５６位密钥长度，具有极强的加密安全性和可靠性，在目前及可以预见的将来都会广泛应用于各种安全产品中。

在非对称密钥体系（一般称为公开密钥密码体系）中，密钥是由一个密钥对组成的，一个密钥对包括一个私钥和一个公钥。

公钥和私钥一起产生并且相互依存。

密钥的发布者自己拥有私钥，并且将公钥公开给所有需要与之通信的人。

由公钥加密的信息可以由私钥解密，反之亦然。

目前公开密钥密码体系中常用的算法是ＲＳＡ算法。

在实践中大量的安全性都是建立在它的基础之上。

其主要缺点是：要想达到好的安全性，要求至少使用１０２４位长度的密钥，这使得ＲＳＡ算法的速度非常慢。

公开密钥密码体系一般不用于数据信息加密，而主要用于解决密钥发布和身份认证问题。

数据信息的加密主要采用对称密码方式。

３．消息摘要消息摘要（ＭＤ，ＭｅｓｓａｇｅＤｉｇｅｓｔ）是一种函数，它以单向散列函数作为基础，接受一个任意长度消息明文作为输入，并且根据此明文计算出一个固定长度的位串。

消息摘要有以下四个重要特征。

①给定消息Ｐ，很容易计算ＭＤ（Ｐ）；②给定ＭＤ（Ｐ），在实践中要想找到Ｐ是不可能的；③在给定Ｐ的情况下，无法找到满足ＭＤ（Ｐ′）＝ＭＤ（Ｐ）的Ｐ′；④在输入的消息中即使只有１位的变化，也会导致完全不同的输出。

直白地说，消息摘要最重要的属性是不可逆性（Ｉｒ－ｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ），给定摘要值，要想计算出它对应的消息几乎是不可能的。

消息摘要的主要用途是用于计算数字签名和信息验证码。

目前使用最为广泛的消息摘要算法是消息摘要５（ＭＤ５）和安全散列算法１（ＳＨＡ－１）。

４．信息验证码信息验证码（ＭＡＣ）类似于摘要算法，但是它在计算的时候还需要采用一个密钥，因此ＭＡＣ同时依赖于所使用的密钥及信息本身。

目前常用的构造ＭＡＣ的方法是ＨＭＡＣ。

５．数字签名为了能够在信息系统中验证各种敏感信息和参与方的真实有效性，需要构建一个经过授权的数字签名系统，其中一方向另一方发送的签名消息必须满足以下的条件。

①接收方可以验证发送方宣称的身份；②发送方以后无法否认该消息的内容；③接收方不可能自己编造这样的消息。

满足以上三个条件的数字签名系统可以实现身份确认、不可抵赖性。

利用公开密钥密码体系和消息摘要技术可以实现数字签名技术。

如图１所示，客户端张三首先计算明文Ｐ的消息摘要ＭＤ（Ｐ），然后针对消息摘要用自己的私钥ＤＡ加密进行签名，并且将签名之后的摘要和明２０・中国金融电脑２００７年第３期中国金融电脑２００７年第３期・英文域名中文域名含义Ｖｅｒｓｉｏｎ版本Ｘ．５０９的具体版本号Ｓｅｒｉａｌｎｕｍｂｅｒ序列号序列号加上ＣＡ的名字唯一标识当前证书Ｓｉｇｎａｔｕｒｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ签名算法用于为证书做签名的算法Ｉｓｓｕｅｒ颁发者ＣＡ的Ｘ．５００名字Ｖａｌｉｄｉｔｙｐｅｒｉｏｄ有效期有效期的起止时间Ｓｕｂｊｅｃｔｎａｍｅ主题名该证书所证明的密钥所有者实体Ｐｕｂｌｉｃｋｅｙ公钥主题的公钥及使用该公钥的算法的ＩＤＩｓｓｕｅｒＩＤ颁发者标识符一个可选的ＩＤ，唯一标识了证书的颁发者ＳｕｂｊｅｃｔＩＤ主题标识符一个可选的ＩＤ，唯一标识了证书的主题Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ扩展域目前已经定义了许多扩展域Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ签名证明的签名（用ＣＡ的私钥做的签名）表１数字证书中的主要域张三Ｐ，ＤＡ［ＭＤ（Ｐ）］李四图１使用消息摘要的数字签名文本身一起发送给服务器端李四。

如果中途有攻击者偷偷将Ｐ更换为Ｐ′，则当李四计算ＭＤ（Ｐ′）时就会发现这一点。

采用数字签名，能够保证信息是由签发者自己签名发送的，签名者不能否认；信息自签发后到收到为止没被修改过，签发的信息真实有效。

６．数字证书利用公开密钥密码体系和消息摘要可以计算数字签名，但是无法解决公钥的安全发布问题。

为了解决这个问题，人们成立了一个名为证书权威机构（ＣＡ，Ｃｅｒｔｉ－ｆｉｃａｔｉｏｎＡｕｔｈｏｒｉｔｙ）的组织来管理公钥的发布问题。

ＣＡ所做的主要工作就是证明每个公钥的确属于某个真实的个人、公司或者组织。

例如，李四希望张三和其他的人能够安全地与他通信，他可以找到一个ＣＡ，出示他的公钥和能够证明其真实身份的材料。

然后，ＣＡ给他颁发一个包含其公钥的证书，并且使用ＣＡ自己的私钥对证书的摘要散列值进行签名。

这样李四就获得了经过ＣＡ签名的数字证书。

如果签署证书的上级证书就是自身，这种证书就称为自签证书。

在没有ＣＡ的环境下，可以使用自签证书。

证书的基本任务是将一个公钥与安全主体（个人、公司等）的名字绑定在一起。

为了保证证书格式的一致性，ＩＴＵ设计了一套专门针对证书格式的标准Ｘ．５０９。

Ｘ．５０９的核心是提供了一种描述证书的格式。

表１列出了一个证书中最主要的域。

证书本身没有加密，同时也无须保护，而是其他用户通过验证该证书的合法性来确保获得安全主体的公钥。

７．公开密钥基础设施使用ＣＡ可以解决公钥安全发布的问题，但是对于ＣＡ本身也需要建设一个合适的管理架构。

为此，人们又提出了另外一种证明公钥身份的方法，它的通用名称是公开密钥基础设施（ＰＫＩ，ＰｕｂｌｉｃＫｅｙＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）。

一个公开密钥基础设施有许多部件，包括用户、ＣＡ、证书和目录。

公开密钥基础设施的主要任务是提供一种方法将这些部件有序地组织起来，并且定义各种文档和协议标准。

一个实际的ＰＫＩ形式可能是一个单层的ＣＡ，也可能是一个多层的ＣＡ。

公开密钥基础设施通常为树形的组织结构，其中最顶级的为根ＣＡ，它的责任是证明第二级的ＣＡ，依次类推。

处于中间层次的ＣＡ有时又称为区域权威机构（ＲＡ，ＲｅｇｉｏｎａｌＡｕｔｈｏｒｉｔｙ），它们可能覆盖一个特定的分支机构或一个特定的地理区域。

处于最底层的ＣＡ真正为组织和个人颁发Ｘ．５０９证书。

由于在公开密钥基础设施的ＣＡ层次关系中，每一个直接上层ＣＡ都为其直接下层提供了签名证书，这样就形成了从最终用户到根ＣＡ的证书链，我们称之为信任链（ＣｈａｉｎＯｆＴｒｕｓｔ）或者证书路径（ＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＰａｔｈ）。

其中根ＣＡ有时被称为信任锚（ＴｒｕｓｔＡｎｃｈｏｒ）。

公开密钥基础设施还要负责处理有关证书撤销的事情，每个ＣＡ会定期发布一个证书撤销列表（ＣＲＬ，ＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｅＲｅｖｏｃａｔｉｏｎＬｉｓｔ），该ＣＲＬ列出了所有已被撤销证书的序列号。

用户可以通过定期更新ＣＲＬ列表来查询证书的有效性。

２１・中国金融电脑２００７年第３期握手：ＣｌｉｅｎｔＨｅｌｌｏＲＡ握手：ＳｅｒｖｅｒＨｅｌｌｏＲＢ握手：ＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｅＣｈａｉｎ握手：ＳｅｒｖｅｒＨｅｌｌｏＤｏｎｅ握手：ＣｌｉｅｎｔＫｅｙＥｘｃｈａｎｇｅＣｈａｎｇｅＣｉｐｈｅｒＳｐｅｃ握手：完成ＣｈａｎｇｅＣｉｐｈｅｒＳｐｅｃ握手：完成图２ＳＳＬ连接建立子协议张三李四二、ＳＳＬ技术ＳＳＬ是美国网景（Ｎｅｔｓｃａｐｅ）公司提出的数据安全通信协议。