0 引言
網絡的出現，方便了信息的流動．降低了人與人之間，以及企業之間信息流動的成本。為了充分發揮網絡在信息交互過程中的作用，就需要在網絡基礎架構之上，構建各式各樣的網絡服務，以支撐日常的應用。目前各式各樣的網絡應用隨處可見，但是多為封閉的系統．而為了更好的支持各種應用場景．經常需要對多個系統進行集成，在多個服務之間進行數據交換，協作完成共同的任務。Web Service正是為了處理這一問題而提出的構建在現有網絡標準之上的、松耦合、跨平臺、跨語言的數據交換和通信的標準方法。
Web Service系統利用互聯網為用戶提供服務，但是其關注與構建系統之間通信的協議，專注于數據描述(XML)和交換(SOAP)，以及服務的描述(WSDL)與發布(UDDI)，而對安全性的支持較為欠缺，使軟件處于巨大的風險之中，需要在應用中加以解決。
1 Web Service安全問題描述
在日常應用中，Web Service的安全威脅主要來自以下幾方面：
(1)數據的保密性無法保證
在網絡安全中，要求信息不能夠泄漏給未經授權的用戶及惡意訪問者，而Web Service運行在Internet之上，利用XML定義數據交換的格式，并利用SOAP進行數據交換．整個過程都是通過網絡明文進行傳輸，容易被惡意用戶監聽和竊取。另外，由于Web Service的接口描述暴露在網絡之上，也存在被惡意用戶惡意調用的可能。
(2)數據的完整性無法保證
信息的完整性．要確保信息不會被未被授權用戶修改，確保信息在存儲、傳輸過程中不被修改、偽造和丟棄。而Web Service數據交換過程采用明文傳輸，該特性使得數據的完整性無法保證，能夠被惡意用戶修改，或偽造。
另外，在Web Service中沒有提供相關的方法，對用戶的身份進行必要的校驗，也缺乏必要的權限控制，容易造成未授權操作，從而泄漏系統的信息，甚至危及系統的安全。
(3)缺乏必要的身份驗證機制
Web Services并未定義相關的方法，對調用方以及服務提供方的身份進行必要的確認，從而無法保證Web服務的合法性，危及系統的安全。
(4)缺乏可擴展可靈活部署的加密方法
在日常的應用中．通常采用SSL協議，對Web Service數據傳輸過程進行加密和保護，但是利用SSL進行加密操作時，會頻繁的進行加密解密操作，從而影響系統的通信性能，降低系統的性能。該問題在PDM系統中表現尤為突出。PDM系統中傳輸的多為體積龐大的工程設計文件，采用SSL的方法，會對系統的性能帶來極大的影響。而在處理用戶登錄信息、密鑰傳輸等問題時，SSL又是一個成熟的方法。因此在應用中需要更具實際情況，靈活的選擇加密方法。
針對以上問題．在綜合考慮了可使用性、性能、私密性等因素后，設計和實現了一套傳輸層加密方法，根據PDM系統的特點，針對不同的需要，采用不同的方法對數據進行加密操作，并應用在了實際的PDM系統中。
2 傳輸層加密方法
2.1 概述
在PDM（Product Data Management，產品數據管理）系統中，主要需要面對兩種數據。一種是設計的文檔、圖紙等二進制數據信息，這些數據數據量大，變化較快，并且這些數據往往具有一定的時間效應．只需要保證一定的時效范圍內不被破解．無法獲取即可，因此，針對這部分數據，可以采用簡單的加密方式，確保在可容忍的時間范圍內，無法被破解即可。因此在傳送大數量信息時，采用了RC2加密算法進行加密操作．其特點是加解密速度快，而且形成的加密文件體積并不會增大。在加密的過程中，如果傳輸的是比較大的圖紙類文件，要先進行壓縮。如果是數據庫的表文件，則轉換成XML文件，然后再進行加密。
除文檔數據外，主要為系統內部的通信協作及信息交換，相比設計文檔數據，這部分數據數據量小，但經常包含較為敏感的用戶信息，如密鑰信息、權限信息等，針對這部分數據，需要進行較為嚴格的加密，確保訪問時經過授權，且無法被監聽與破解。兼顧到身份驗證的需要，這部分基于開源的CA中心，對用戶證書進行發放和管理。在數據通信過程中，利用證書對交換的信息進行加密操作，從而保證數據的完整性。
傳輸層加密的體系結構如圖1所示。
圖1 傳輸層加解密體系結構
圖中，業務邏輯為實際的應用邏輯，在傳輸過程中，會調用下層的安全服務，對傳輸數據進行處理，確保服務的安全性。
安全服務模塊為系統提供加密解密服務及數字簽名的校驗，向應用的業務邏輯提供安全服務。安全模塊具備RSA、RC2和M123三套數據加解密方法組。其中，M123加解密方法是一個自定義的對稱密鑰加密算法，該算法利用三個數字(m1，m2，m3)作為密鑰，利用自定義的加密算法，根據(m1，m2，m3)生成相應的密文，同時在每次加密后，利用Feistel結構，對密鑰進行混淆和輪替。M123加密方法主要用于對交換的密鑰進行加密，增加密鑰交換的安全性。
密鑰及證書管理模塊主要負責處理證書的請求，密鑰交換。對稱密鑰管理模塊主要用于對稱密鑰的生成及管理，證書文件主要用于獲取本身私鑰及向CA請求上層安全模塊需要的證書信息。
2.2 服務器端密鑰生成及交換
服務端在服務啟動后，會隨機生成RC2加密密鑰和M123加密密鑰。在密鑰生成過程中，為了避免偽隨機帶來的問題，會利用隨機數、機器碼、機器時鐘、加密算法的名稱及當前時間綜合生成源串，對該源串利用MD5算法生成摘要后，作為密鑰。
在每個用戶登錄后，服務端向證書中心請求該用戶的證書信息，利用證書對RC2加密密鑰和M123加密密鑰進行加密，并對加密后的數據進行簽名，后發送給用戶，用于用戶的密鑰交換。
服務器端的密鑰生成及交換過程如圖2所示。
圖2 服務器端的密鑰生成及交換過程
為了提高系統的安全性，對于服務器端的對稱加密密鑰均設置了超時時間，當超時后，服務器端會重新生成新的密鑰。
2.3 客戶端密鑰請求及交換流程
客戶端在登錄后．會接收服務器端發送的RC2密鑰和M123密鑰，同時在每次請求是隨機生成RC2密鑰�？蛻舳穗S機數生成的過程中的源碼，除了與服務器端相同的因素外，還增加了用戶名、用戶密碼的md5值及客戶端ip等信息，以增大隨機性及源碼的復雜度。
客戶端密鑰交換的過程中，會利用服務端的RC2密鑰和M123密鑰對生成的RC2密鑰進行加密，并做數字簽名后，附加在請求中，發送給服務端。在此過程中，并未利用服務端證書對加密后的密鑰信息進行再次加密，是為了避免頻繁的密鑰交換給服務器帶來過大的壓力。客戶端的密鑰生成及交換過程如圖3所示。
圖3 客戶端的密鑰生成及交換過程
同樣，為了保證安全性，客戶端的密鑰也規定了一定的有效時間，會定時進行更新�？蛻舳说拿荑�用于加密客戶端與服務器間的每次請求。
2.4 整體流程分析
下面將對本方法的整體流程其進行詳細描述。
(1)服務端生成加密密鑰
服務端啟動服務的時，會自動生成RC2密鑰及M123密鑰。
(2)客戶登錄并獲取服務器端加密密鑰
客戶在登錄時，會對登錄密碼進行摘要操作，并利用服務器端證書文件加密密鑰信息，傳輸給服務端，服務端對解密并驗證密碼通過后，服務端將獲取該用戶的證書文件，加密密鑰傳遞給客戶方。
(3)客戶端請求業務處理
當客戶在一段時間內，第一次發起請求時，客戶端生成隨機的RC2密鑰，利用該RC2密鑰對請求進行加密，同時利用服務端的RC2密鑰及M123密鑰對客戶端的RC2密鑰進行加密，附加在請求信息中發送給服務方。此過程中，需要對信息整體添加數字簽名。
(4)服務端響應請求
服務方收到請求后，利用自身保留的RC2密鑰及M123密鑰，解密報文巾的密鑰信息，獲取客戶端的RC2密鑰，利用客戶湍的RC2密鑰解密請求內容，并進行處理。完成處理邏輯后，服務端利用客戶端的RC2密鑰加密結果，并添加簽名信息后，將數據返回客戶端。
3 總結
利用該方案，減少了加密及解密過程中的數據交換，同時確保了關鍵信息的保密性、完整性，確保了web Service整個請求過程中的安全性。選取該方案的主要優勢在于：
(1)性能好：在用戶登錄時，以及小數據量的交換時，使用RSA加密，整體速度不受影響，經測試能達到客戶要求。
(2)安全性好：由于密鑰具有一定的時效性，攻擊者即使截獲了一個文件并成功解密，也無法利用一直的密鑰，解密以后數據。
(3)加密流程是自定義：如果不了解具體項目傳輸層加密的思想，即使截獲了數據，也很難利用通常的思維進行解密，加大了解密的難度。
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