一种基于XML的电子订单安全方案
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摘要：本文设计并实现了一种基于xml的电子订单安全方案，用XML加密实现了订单敏感信息的保密性，用XML签名保证了电子订单数据的完整性、身份验证性和不可否认性。对于加密、签名次序可能产生的验证错误，使用XML签名的解密变换来解决。
关键词：电子商务；XML加密；XML签名；解密变换
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)06-11569-03
1 引言
可扩展标记语言XML(Extensible Markup Language)具有易扩展、跨平台等特点，被认为是网络数据交换和的标准格式。目前已经得到越来越广泛的应用，尤其是在具有大量数据交换的电子商务、电子政务等领域。XML文件的安全问题也受到更为广泛的关注[1]。
目前，在与XML相关的安全性领域方面开发规范的最重要部分是XML加密、XML签名、XML访问控制语言XACL(XML Access Control Language)、安全性断言标记语言SAML(Security Assertion Markup Language)和XML密钥管理规范XKMS(XML Key Management Specification)[2]。XML加密不仅能同传统的SSL或TLS一样对整个XML文件加密，而且能对文件的不同部分进行不同的加密，以保证数据的机密性。同样，XML数字签名不仅可以像传统数字签名一样对整个数据签名、保证数据的完整性、不可否认性以及提供身份鉴别，而且能实现更细粒度的签名及多重签名。
XML加密的目标是用XML描述一个经过数据加密的Web资源，该资源可以是HTML文件、XML文件、JPG文件和其他任何文件，也可以是XML文件中的任何元素和内容。实质上，XML加密并没有定义新的加密算法，而是XML技术和现有加密算法的结合[3]。XML加密可以灵活地选择加密对象，即加密粒度具有可选性：①对整个文档加密；②对单个元素加密；③加密元素内容；④加密非XML数据。这样就可对同一文件中不同信息进行不同的加密处理，XML加密保证了交换数据的机密性。
XML签名是一个W3C的推荐标准[4]，可以服务于任何数据类型的文档。不管这个文档是远程的还是本地的，甚至是XML文档中的一个元素或元素的内容。XML签名用来鉴别用户、保证数据完整性和数据操作的不可否认性[5]。根据签名元素和被签名对象之间相对位置，有以下几种方式：
(1)封装式签名(Enveloping Signatures)：被签名数据封装在XML签名元素的内部，Signature元素类似于一个信封。
(2)被封装式签名(Enveloped Signatures)：Signature元素本身被嵌入到被签名数据中，被签名数据充当包含签名的信封。
(3)分离式签名(Detached Signatures)：Signature元素和被签名数据是彼此分离的，两者之间不存在包含和被包含关系。被签名数据可以是独立的外部文档，也可以是与Signature元素位于同一XML文档内的并列的兄弟元素。
在电子商务中，不仅要保证交易中敏感信息的机密性，还要保证机密信息的完整性，即运用有效的方法来确定机密数据是否被改变。对于大多数电子交易，还要确定客户是否具有合法的身份，并对已经执行的操作不能抵赖。如果单独使用XML加密或XML签名，只能保证交换数据在某些方面的安全性，而不是一个真正安全的数据交换。在电子商务日益发展的今天，一种集机密性、可验证性、完整性和不可否认性于一体的安全电子数据交换方案被迫切需要，本文基于XML加密和XML签名，设计并实现了一种XML格式电子订单的安全方案。
2 方案的设计与实现
2.1 整体设计
在电子商务中，电子订单是最为常见的数据交换形式之一，而订单中的银行账户等信息对客户来说是比较敏感的。对敏感信息的保护是客户和商家的共同要求。方案首先通过加密XML订单的敏感部分来实现数据保密性的要求，然后对整个订单签名，一方面防止订单被篡改，另一方面有效验证客户身份，并防止客户对已签发订单的否认。本方案使用XML加密标准定义的非对称加密算法RSA来传输对称加密算法的单密钥，使用对称加密算法3DES对订单加密，使用XML推荐定义的带有SHA-1杂凑函数的RSA对订单签名。实现流程如图1所示。
(1)客户、公司分别向PKI服务器注册自己的密钥对；
(2)客户查找公司的公钥；
(3)客户使用公司的公钥对生成的对称单密钥加密，并且使用自己的私钥签名；
(4)公司查找客户公钥，验证客户身份，用自己的私钥解密并获得对称单密钥，同时保存客户的公钥证书等相关信息到本地；
图1 安全XML订单方案的流程
(5)客户使用已传送的对称单密钥加密订单，并用自己的私钥签名；
(6)公司使用客户公钥进行签名验证，并使用对称单密钥解密订单。
2.2 加密与签名实现
在方案的示例中使用了一份虚拟订单，它包括订购信息和客户账户信息等，实际应用中可能会有所变化，但处理思路完全相同。订单采用对XML元素内容加密，加密客户敏感的付款信息部分。这里我们使用CBC模式的3DES算法，并假设解密密钥已通过RSA算法加密传给接收方。
签名采用封装式签名对加密后的XML订单签名，目的是保证整个订单的完整性，签名按以下步骤生成：
(1)计算资源的摘要值；
(2)创建元素；
(3)生成签名值；
(4)创建元素。
2.3 用解密变换解决解密破坏签名的问题
2.4 验证与解密
验证签名时首先要根据元素的内容，查找相应公钥证书，验证公钥证书的有效性（包括正确性、完整性、有效期、撤消情况、证书策略等），若无效，则验证失败；若有效，就验证签名本身。
签名的验证过程分为引用验证和签名验证两个步骤。引用验证使用元素中指定的杂凑函数来处理元素引用的Id属性为EnvelopedNote的元素，将计算的摘要值与元素的内容做比较，如果不匹配则验证失败。签名验证使用方法对规范化形式的元素计算签名值，然后把签名值和元素内的值比较，如果不匹配，则验证失败。
若验证成功，使用相应的对称单密钥解密元素。
3 结束语
构建安全的电子订单是电子商务广泛应用的一个必要条件，本文使用XML加密和签名技术，设计并实现了一种电子订单的安全方案。方案既保证了电子订单中敏感信息的保密性，也保证了电子订单的数据完整性、身份验证性和不可否认性。对于加密、签名的次序可能产生的验证错误，使用W3C推荐的XML签名解密变换来解决。随着电子商务的进一步发展，XML安全标准将会更为成熟，其应用也将更为广泛和深入。
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