大数据传输安全系统解决方案设计Word文档格式.docx
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统一信息门户提供丰富的内容表现方式、全方位的访问接入方式和个性化服务，是企事业单位信息化的统一入口，是领导决策的信息来源，是政府、企业的形象的集中表现。
安全中间件作为PKI的主要组成部分是连接CA与各应用系统的桥梁，使得各应用系统与CA之间实现松散连接。
安全中间件是以公钥基础设施（PKI）为核心、建立在一系列相关国际安全标准之上的一个开放式应用开发平台，并对PKI基本功能如对称加密与解密、非对称加密与解密、信息摘要、单向散列、数字签名、签名验证、证书从证，以及密钥生成、存储、销毁等进一步扩充，进而形成系统安全服务器接口，和通信安全服务接口。
安全中间件可以跨平台操作，为不同操作系统上的应用软件集成提供方便，满足用户对系统伸缩性和可扩展性的要求。
在频繁变化的企业计算机环境中，安全中间件能够将不同的应用程序无缝地融合在一起，使用户业务不会因计算环境的改变遭受损失。
同时，安全中间件屏蔽了安全技术的复杂性，使设计开发人员无须具备专业的安全知识背景就能够构造高安全性的应用。
二.安全需求
2.1应用集成和政务集成中的安全需求
随着网络技术的发展，特别是Internet的全球化，各种基于互联网技术的网上应用，如电子政务、电子商务等得到了迅猛发展。
应用的需求越来越复杂，迫切需要各种独立的异构分布式应用之间能够进行协同互操作，传统的分布式构件方案如DCOM和CORBA难以满足应用开发的需要，于是由于XML技术的逐渐成熟，出现了一种新的分布式、松耦合、自描述的分布式组件服务WebService。
因为WebService具有跨平台、易开发的优良特性，因此在应用系统集成领域和网络服务领域成为了一个广泛应用的标准。
DCI产品框架平台就是这样一个完全基于J2EE平台和WebService的完整的企业应用和电子政务应用的集成平台。
但是因为WebService的开放性和通用性，为了能够保护信息系统的安全，对WebService的安全性提出了很高的要求。
WebService迫切需要一个完整的安全服务框架，来为上层应用开发提供全面的安全服务。
构建WebService的安全框架的困难在于：
webservice是非常分布式的，并且关键的安全实现和算法都是由不同提供商实现的。
将各分散的业务部门和它们原先的异构的安全系统和架构统一集成到WebService安全和业务平台上，并且能够以一种信任关系在各部门应用之间共享用户信息、描述和权限是一个摆在面前的巨大挑战。
为什么需要安全的可信的WebServices
与过去十年中客户/服务器和基于Web的应用一样，XMLWebServices给应用开发和信息系统的构建带来了革命性的影响。
通过使用标准协议，如XML、SOAP、WSDL和UDDI，应用能够更容易的相互通讯，并且更快、更便宜的进行应用集成，供应链集成，实现分布式的服务模型。
XMLWebService接口是基于XML和松耦合的。
XML和SOAP允许任意系统间进行相互通讯，无论它是一个OfficeXP桌面还是一个大型主机系统。
随着自动化业务流程集成的越来越普及，越来越多各式各样的系统通过WebService加入到一个广泛的WebService集成环境中去，因此出现了以下一些问题：
非集中的架构
非集中的管理
用异构的技术实现
多个部门间相互连接
多个企业间相互连接
天然的对等的架构
有可能对Internet开放
上面的每一个问题都是对系统安全的严峻挑战。
如何跨越多个异构系统在整个环境中实施一个安全策略？
如何为一个不了解安全系统的外部提供商提供安全服务？
如何监视和审计跨越多个异构系统的安全活动事件?
要解决上述问题，仅依赖于传统的防火墙和入侵监测系统是不足够的，即使加上了SSL和VPN也只是解决了数据在网络中安全传输的问题，并没有解决跨系统的认证和访问授权问题，也没能解决面向Internet的服务安全问题。
要解决这些问题，需要提供一个完整的基于WebService的安全和企业应用集成架构。
DCI架构以及产品系列提供了对上述问题的完整解决方案（完整的架构说明请看另文）。
2.2OA产品的安全需求
1．安全电子邮件
电子邮件已经是现在最常使用的文本通讯手段，是OA系统中的核心功能之一。
为了保证电子邮件的安全，需要能够使用数字证书对邮件进行数字签名和数字加密。
安全电子邮件是在原有的MIME邮件规范的基础上，新增了许多强有力的安全功能。
通过基于“S/MIME”协议来实现，可以与各种支持相同协议的常用邮件程序（如OutLook系列、Netscape系列）兼容互通。
2．电子签章
在办公和文档管理中，需要将传统的印章、签名方法同现代的数字签名技术相结合，用电子数据安全来支持用户的传统使用习惯，使整个系统具有更好的易用性，同时又具有完善的安全性。
这种结合被称为电子签章。
在电子签章系统中需要PKI提供的数字证书和数字签名服务，并结合智能卡或其他身份识别技术，实现各种常用应用文档编写程序的签署插件，并通过OA系统进行公文文档的工作流传递。
同时随着Web化办公的兴起，迫切需要用户能够安全的通过浏览器来传递数据，同时能够验明自己的身份，因此需要有能够对网页上用户提交的数据进行数字签名和加密的能力。
3．数字水印
由于多媒体信息很容易被未授权的用户复制，特别是图片性文档，因此采用传统密码方法并不能完全解决以上问题,于是人们开始通过永久性数字水印来解决这一难题。
数字水印技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐含的标记。
数字水印（DigitalWatermarking）广泛应用于数字作品版权保护、隐蔽通讯、电子商务等领域。
通过在OA系统中应用数字水印技术，对发给不同用户的需要保密的图片文档使用该用户的印章进行水印加注，日后一旦图片原本泄漏，可以追查图片的泄漏来源，进而得到防范和威慑效果。
4．防拷屏
某些秘密文档需要特定人于特定机器才能进行浏览，为了防止用户用拷屏的手段复制屏幕上已经解密的秘密信息并泄密，需要提供一些辅助的软件工具来阻止用户进行拷屏操作。
5．安全加密文档
在办公系统中，某些秘密文档不允许以解密后的明文文档方式存在，要求必须在存储时，文档必须是加密的。
这就需要办公系统中提供一些文档目录的加解密客户端工具。
这些加解密的客户端工具软件能够自动加解密整个文件目录。
2.3方案中解决的安全问题和需求
身份认证通常我们在Web应用中使用口令、证书、Kerberos、LDAP等不同验证方式来认证服务的请求者，并且在更高的安全级，要需要请求者通过SmartCard或生物指纹技术进行验证。
同样服务的请求者也需要认证服务的提供者。
授权/访问控制WebService很容易进行访问，因此授权并限制外部对该WebService的访问是相当重要的。
不仅要能够控制应用/用户能够访问哪些信息，还要控制应用或用户有权执行哪些操作。
此外能够对管理权进行委托，以能够管理大型组织结构的跨应用的访问授权。
特别的对于不同域之间，如B2B的场景中，系统间需要能够相互认证并能够交换授权断言。
单点登录（SingleSignOn）在WebService环境中，单点登录扮演着非常重要的角色。
在WebService环境中，各式各样的系统间需要相互通讯，但要求每个系统都维护彼此之间的访问控制列表是不实际的。
用户也需要更好的体验以不需要繁琐的多次登录和身份验证来使用一个业务过程中涉及到的不同系统。
在WebService的单点登录环境下，还包含这样一些系统，它们有着自己的认证和授权实现，因此需要解决用户的信任状在不同系统间进行映射的问题，并且需要保证一旦一个用户被删除，则该用户将不能访问所有参与的系统。
SAML是一个将认证和授权信息以XML格式编码的标准。
一个WebService因此能够从一个SAML兼容的认证和授权服务中请求并收到SAML断言，并据此验证和授权一个服务请求者。
SAML可以用来在多个系统间传递信任状，并因此被用于单点登录的方案中。
数据加密标准的安全通信协议，如使用SSL来实现端到端的数据加密。
但是在WebService的环境的许多情形下，一个消息的不同部分可能会被多个WebService消息中介进行处理，因此需要XMLEncryption加密标准来允许对一个消息的不同部分进行加密，同时可以不对路由的目的消息头进行加密，以减少敏感的加密性能损失。
数字签名和防止否认在系统间消息通讯中，特别是对那些跨越企业或不同行政单位的消息，需要保证消息的完整性、防篡改，还要保证该消息确定来自于所期望的源。
这一切都可以通过数字签名来实现。
XMLSignature标准提供了签名XML文档的一部分的方法，它提供了跨越多个系统的端到端的数据完整性。
同时数字签名和时间戳还能防止对已发生交易的否认。
重放攻击为了防止网络截听者拦截并拷贝有效的消息，特别是身份验证消息，并在随后的时间重放该消息，以获得非法利益的情况发生，必须实现两次握手的身份验证过程，并保证身份信息数据是机密传输的。
这样的验证过程可以是基于SSL的，也可以是自定义的。
恶意和拒绝服务攻击WebService是如此容易进行调用，一般来说WebService都是通过HTTP和HTTPS协议进行调用的，而大多数防火墙又开放80和443端口以作为标准的Web消息通道。
防火墙一般不会检查在通道上传输的SOAP消息的合法性。
这就需要WebService的基础设施是稳固可靠的，不会因为消息中非法的错误数据而出现内部错误，从而拒绝服务，也不会因为不合法的超长消息而导致系统资源耗尽而拒绝服务。
入侵检测要整理出所有对庞大的WebService方法的误用是一个非常困难的任务。
通过安全策略和访问控制管理可以减少对系统的非法入侵。
要防止系统入侵，需要很好的智能化分析手段，并借助于专家系统来帮助检测恶意的行为。
安全系统管理如何对在WebServices环境中各个异构系统的安全配置进行管理，并能够监控其安全状态是一个需要解决的问题。
这就需要各个系统能够按照统一的系统管理标准进行远程管理并提供系统的安全状态信息。
三PKI方案
3.1PKI简介
PKI是PublicKeyInfrastructure（公共密钥体系）的缩写，是一个使用非对称密钥加密原理和相关技术实现的安全基础设施。
PKI为组织机构建立和维护一个可信赖的安全环境，为应用系统提供对身份认证、数据保密性和完整性、不可否认等特性的支持，以满足应用系统对安全性的需求。
在基于Internet技术的电子政务和电子商务场景下，应用系统对安全性的需求在技术上最终都归于以下四个方面：
（1）提供用户身份合法性验证机制
身份认证（Authentication）是分布式部署的信息系统首先面临的安全问题。
举一个简单的例子，当用户B接收到一封来自用户A的重要文件，那么用户B首先需要确认的是该文件的确是由用户A本人发出的，而不是第三者以用户A的名义发出的，如果这一点无法保证，那么即使能够确认文件本身的数据完整性和保密性，也没有任何意义。
在分布式部署的企业信息系统中，用户的交互往往是非面对面的，因此提供一个可靠的身份认证过程将是讨论一切安全措施的前提条件。
传统的用户名+密码的身份认证方式在安全性方面存在各种缺陷，应用系统需要采用其它更为有效的身份验证机制。
（2）保证敏感数据通过公用网络传输时的保密性
保密性（Confidentiality）需求是指应用系统需要能够确保敏感数据只被特定的用户查看。
以前面的例子为例，用户A需要保证所发出的文件的内容只有用户B才能查看。
很多时候，用户A通过公共网络，比如以电子邮件的形式将文件发给用户B，这时，保证文件的内容不被第三者查看变得尤为重要。
（3）保证数据完整性
保证数据完整性（Integrity）就是确认我们所接收到的来自某一用户的数据是完整的和未被篡改的。
以上面的例子为例，用户B除了需要确认该文件的确是由用户A发出的以外，还需要确认这封文件在传输过程中没有被有意或无意的篡改，即用户B接收到的文件和用户A发出的文件是完全一致的。
（4）提供不可否认性支持
安全的信息系统常常要求实现用户在系统中的行为的不可否认性（Non-Repudiation）。
以前面的例子为例，当用户A发出该文件之后，用户A将再不能否认曾经发出该文件这一事实。
在需要用户对自己在系统中的行为承担责任的场合，不可否认性显得非常的重要。
PKI为从技术上实现以上需求提供了原理上的保证，我们对此在下一小节中加以简单的介绍。
3.2非对称密钥加密技术简介
PKI基于非对称密钥加密技术来实现应用系统对身份认证、数据保密性和完整性、不可否认性的支持。
理解非对称密钥加密技术的基本原理是理解PKI为什么安全的基本前提，也只有在对PKI的原理有一定程度的了解之后，才能有效的部署和实施PKI。
在传统的加密算法中，接收密文的一方使用与加密密钥相同的密钥作为解密密钥，这种加密技术因此被称为对称密钥加密技术。
对称密钥加密算法本身是非常安全的，问题出在如何传递加密所使用的密钥上。
为了解决这一问题，提出了非对称加密技术。
非对称加密在加密时和解密时使用不同的密钥，设为密钥p和q。
使用密钥p加密的数据必须使用密钥q才能解密，而使用密钥q加密的数据必须使用密钥p才能解密。
但是从密钥p本身计算出密钥q是不可行的。
PKI使用了非对称加密技术，其中的一个密钥称为私钥，由证书的持有者妥善保管，必须严格保密，另一个密钥称为公钥，通过CA公布，无须保密。
当用户A需要将数据以加密的方式传递给用户B时，用户A使用用户B的公钥加密数据，加密后的数据必须使用用户B的私钥才能解密，因此可以保证数据传输过程的保密性。
为了验证数据的真实性，用户A使用自己的私钥对数据的哈希值加密，用户B使用用户A的公钥对哈希值解密，并与接收到的数据的哈希值进行对比。
由于私钥不在公共网络上传播，所以PKI有很高的安全性。
3.3PKI的组成部分
PKI方案的基本结构如图3-2所示。
图3-2PKI的基本结构
CA和RA相互配合，负责PKI系统中的数字证书的申请、审核、签发和管理。
密钥管理中心与IT系统中的用户管理中心协同工作，负责PKI中的密钥对的生成、备份和恢复。
IT系统中的应用系统通过安全中间件使用PKI系统提供的各种安全服务。
PKI中的加密服务组件负责驱动系统底层的加密软件和硬件。
安全中间件为应用系统隔离了PKI系统中的复杂技术细节，而加密服务组件实现了PKI系统与来自第三方的加密软件和硬件集成的能力。
PKI系统中可以配置多套加密服务组件，以驱动不同的加软件和硬件。
安全中间件与加密服务组件的组合方式通过安全策略管理中心配置，而不由应用系统控制，因此保证了PKI方案的可扩展能力和可定制能力。
3.3.1认证和注册审核机构（CA/RA）
认证机构CA是PKI的信任基础，它管理公钥的整个生命周期，其作用包括签发证书、规定证书的有效期和通过发布证书废除列表（CRL）来确保必要时可以废除证书。
注册审核机构RA提供用户和CA之间的接口，主要完成收集用户信息和确认用户身份的功能。
这里指的用户，是指将要向认证机构（即CA）申请数字证书的客户，可以是个人，也可以是集团或团体、某政府机构等。
RA接受用户的注册申请，审查用户的申请资格，并决定是否同意CA给其签发数字证书。
注册机构并不给用户签发证书，而只是对用户进行资格审查。
因此，RA可以设置在直接面对用户的业务部门。
对于一个规模较小的PKI应用系统来说，可把注册管理的职能由认证中心CA来完成，而不设立独立运行的RA。
但这并不是取消了PKI的注册功能，而只是将其作为CA的一项功能而已。
PKI方案推荐由一个独立的RA来完成注册管理的任务，通过保证CA和IT系统其余部分的物理隔绝，可以增强应用系统的安全。
CA签发的数字证书一般由RA通过LDAP服务器发布，供PKI系统中的用户需要时进行检索和获取。
CA/RA服务器使用数据库服务器保存相关的数据。
图3-3描述了CA、RA、数据库和LDAP服务器之间的关系。
图3-3证书机构和注册审核机构（CA/RA）
3.3.2密钥管理中心
密钥管理也是PKI（主要指CA）中的一个核心问题，主要是指密钥对的安全管理，包括密钥产生、密钥备份和密钥恢复等。
密钥对的产生是证书申请过程中重要的一步，其中产生的私钥由用户保留，公钥和其他信息则通过RA交于CA中心进行签名，供生成数字证书使用。
在一个PKI系统中，维护密钥对的备份至关重要。
如果没有这种措施，当密钥丢失后，将意味着加密数据的完全丢失，对于一些重要数据，这将是灾难性的。
使用PKI的企业和组织必须能够得到确认：
即使密钥丢失，受密钥加密保护的重要信息也必须能够恢复，并且不能让一个独立的个人完全控制最重要的主密钥，否则将引起严重后果。
在某些情况下用户可能有多对密钥，至少应该有两对密钥：
一对用于加密，一对用于签名。
签名密钥不需要备份，因为用于验证签名的公钥（或公钥证书）广泛发布，即使签名私钥丢失，任何用于相应公钥的人都可以对已签名的文档进行验证。
PKI系统需要备份用于加密的密钥对，并允许用户进行恢复。
因此，企业级的PKI产品至少应该支持用于加密的安全密钥的存储、备份和恢复。
密钥的备份一般用口令进行保护，而口令丢失则是管理员最常见的安全疏漏之一。
即使口令丢失，使用密钥管理中心提供的密钥恢复功能，也能够让用户在一定条件下恢复该密钥，并设置新的口令。
当用户的私钥被泄漏时，用户应该更新私钥。
这时用户可以废除证书，产生新的密钥对，申请新的证书。
密钥管理中心需要与PKI系统中的其它加密软件系统和硬件设备协同工作。
3.3.3安全中间件
安全中间件是PKI方案的一个重要组成部分，是PKI系统与应用系统的桥梁。
各个应用系统通过安全中间件与底层的PKI服务组件相互作用，协同工作，从而保证整个IT系统的安全性。
安全中间件实现以下功能：
为应用系统提供一致的安全应用程序编程接口（API）
通过加密服务组件驱动不同的CA服务器产品、加密软件和硬件
安全中间件与相关组件之间的关系如图3-4所示。
安全中间件包括以下部分：
安全应用程序编程接口
安全应用程序编程接口屏蔽了PKI系统复杂的技术细节，将PKI系统与具体的应用系统有机的集成在一起，从而构成结构良好的企业分布式安全应用环境。
当PKI系统中具体的CA服务器、加密软件和加密硬件发生改变时，基于安全中间件的应用系统不需要进行修改，只需要使用安全配置和管理组件对安全中间件的行为重新进行配置即可。
安全实体映射组件
安全实体映射组件维护IT系统中用户与PKI系统中的安全实体之间的映射关系。
当用户采用不同的PKI技术方案时，PKI系统中的安全实体与IT系统中的用户之间的映射关系可能会发生改变，这种情况在当用户采用专用的加密算法和非标准的证书系统时尤其明显。
由安全中间件集中维护IT系统中的用户与PKI系统中的安全实体之间的映射关系能够有效的简化应用系统的开发和实施。
加密服务组件
在安全中间件中，加密服务组件负责驱动PKI中的第三方软件系统和硬件设备，向安全中间件提供用户身份验证、数据加密和解密的底层实现。
用户通过安全应用程序编程接口发出的数据加密和解密请求实际上由加密服务组件负责具体的实现。
加密服务组件是PKI方案实现与来自第三方的CA服务器产品、加密软件、加密硬件的集成的途径。
PKI方案具有集成来自不同厂商的CA服务器产品、加密软件和加密硬件的能力，这种能力是通过部署不同的加密服务组件来实现的。
加密服务组件向安全中间件提供支持，在加密服务组件之上的安全中间件为应用系统屏蔽了底层的复杂的PKI组件。
安全配置和管理组件
安全应用程序编程接口提供了完成独立于具体的PKI系统组件的选型的接口，然后，随着用户对CA服务器及相关软件、加密软件和硬件的选择不同，应用系统在使用PKI系统提供的安全服务也会有所不同。
这也即是为什么目前的大多数安全中间件事实上无法实现底层平台无关性的最主要原因。
PKI方案通过提供独立于安全应用程序编程接口的安全配置和管理组件来解决这一问题。
当用户选择不同的CA服务器及相关软件、加密软件和硬件时，PKI系统仍然需要进行新的配置，这是通过安全配置和管理组件实现的，应用系统不需要进行配置，安全中间件与安全配置和管理组件协同工作，真正的实现了PKI方案的可扩展能力、可定制能力、可开发能力和可集成能力。
安全中间件向应用系统提供以下应用程序编程接口：
●数据加密和解密
●信息摘要计算
●数字签名及验证
●生成高质量随机数
●其它与安全有关的系统功能的实现
四.PMI部分
4.1什么是PMI
PMI是PrivilegeManagementInfrastructures的英文缩写，意为授权管理基础设施。
PMI建立在PKI基础上，与PKI相结合，提供实体身份到应用权限的映射，实现对系统资源访问的统一管理。
PKI证明实体身份的合法性；
PMI证明实体具有什么权限，能以何种方式访问什么资源。
典型的场景中，如下面图4－1所示，如果某个用户或应用需要在某一个资源上行使某个操作。
用户将向实际保护该资源的系统（如一个文件系统或一个WebServer）发出请求，该提供保护的系统称为策略实施点PEP（PolicyEnforcementPoint）。
随后PEP将基于请求者的属性、所请求的资源和所要
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