摘??要: 分析了SOAP消息結(jié)構(gòu)和基于SOAP的Web服務(wù)特征,提出了一種加強(qiáng)Web服務(wù)安全性的方法。

　　關(guān)鍵詞: Web服務(wù)? SOAP擴(kuò)展? 公鑰? 私鑰

?

　　Web服務(wù)與現(xiàn)有的遠(yuǎn)程過程調(diào)用相比擁有較多優(yōu)勢:它是松散耦合的,與語言和平臺(tái)無關(guān);能夠?qū)崿F(xiàn)跨企業(yè)、跨因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程調(diào)用。過去,由于缺少標(biāo)準(zhǔn)的通信底層結(jié)構(gòu),因而造成各個(gè)組織之間數(shù)據(jù)交換存在障礙。而簡單對(duì)象訪問協(xié)議(SOAP)解決了這個(gè)問題。它通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送SOAP消息請(qǐng)求、調(diào)用并從一個(gè)應(yīng)用程序返回SOAP消息結(jié)果。SOAP消息結(jié)構(gòu)是用擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)表示的。XML已經(jīng)發(fā)展成一種國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)語言,可以用于任何平臺(tái)和系統(tǒng)。由于消除了基于RPC的系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的障礙,因而基于SOAP消息規(guī)范的Web服務(wù)得到廣泛應(yīng)用,但SOAP消息規(guī)范本身并沒有直接提供任何機(jī)制去解決其安全性問題。本文將利用SOAP頭和SOAP擴(kuò)展加強(qiáng)Web服務(wù)的安全性,以滿足企業(yè)對(duì)Web服務(wù)安全性的需求。

1? Web服務(wù)簡介

　　Web服務(wù)通過使用SOAP消息處理數(shù)據(jù)交換和應(yīng)用程序邏輯遠(yuǎn)程調(diào)用,使用基于XML的消息處理作為基本的數(shù)據(jù)通信方式。這樣消除了使用不同組件模型、操作系統(tǒng)和編程語言的系統(tǒng)之間所存在的差異。Web服務(wù)的核心特征之一是服務(wù)的實(shí)現(xiàn)與使用之間的高度抽象化,通過基于XML的消息處理去創(chuàng)建和訪問服務(wù)的機(jī)制。Web服務(wù)的使用者和提供者之間除輸入、輸出和位置之外無需互相了解其他信息。

2? SOAP消息規(guī)范

　　SOAP是一種基于XML消息結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)協(xié)議。SOAP的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是使其盡可能地簡單,并提供最少的功能。SOAP定義了一個(gè)消息處理框架,但它沒有包含任何應(yīng)用程序或傳輸語義,因此,SOAP是模塊化的并具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

2.1 Web服務(wù)中SOAP的請(qǐng)求/響應(yīng)模式

　　SOAP消息的請(qǐng)求/響應(yīng)模式如圖1所示。計(jì)算機(jī)A發(fā)送一個(gè)SOAP消息向計(jì)算機(jī)B請(qǐng)求某個(gè)服務(wù),該消息表明了計(jì)算機(jī)A感興趣的服務(wù)。計(jì)算機(jī)B收到請(qǐng)求后,翻譯(反序列化)SOAP消息,并調(diào)用該服務(wù)請(qǐng)求。同時(shí)計(jì)算機(jī)B會(huì)創(chuàng)建一個(gè)SOAP響應(yīng),并把它發(fā)送回計(jì)算機(jī)A。計(jì)算機(jī)A收到消息后對(duì)其進(jìn)行翻譯,然后在屏幕上顯示給用戶。

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?

2.2 SOAP消息的結(jié)構(gòu)

　　SOAP消息由以下3個(gè)主要部分組成:

　　(1)SOAP包封裝(envelope):它是SOAP頭和SOAP體的包容器,可以包含XML命名空間、屬性以及其他信息。

　　(2)SOAP頭(header):這部分包含可選信息?？蛇x的header元素可以包含不與特定消息直接相關(guān)的附加消息。按照此方式,Web服務(wù)可以通過SOAP頭來提供某一類Web服務(wù)方法所需要的功能。例如,一個(gè)Web服務(wù)可能包含若干個(gè)Web服務(wù)方法,如果在調(diào)用每個(gè)Web服務(wù)方法之前需要驗(yàn)證調(diào)用者的身份,則可以將這些身份信息加載在SOAP頭中。

　　(3)SOAP體(body):它包含實(shí)際的方法調(diào)用或響應(yīng)數(shù)據(jù)。

2.3 SOAP的安全性

　　SOAP規(guī)范消息的加密/解密、認(rèn)證和授權(quán)等安全機(jī)制一直受到人們的廣泛關(guān)注。因?yàn)镾OAP的一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)就在于它的簡單性,所以SOAP標(biāo)準(zhǔn)在制定規(guī)范時(shí)并沒有過多考慮SOAP的安全性要求。SOAP消息框架本身沒有直接提供任何機(jī)制去處理數(shù)據(jù)訪問控制、機(jī)密性和完整性等功能。下面是一個(gè)用戶信用卡查詢結(jié)果的SOAP響應(yīng)消息的樣例(此處只顯示SOAP體這一部分)。由于該SOAP消息在傳輸前沒有經(jīng)過加密,因此在傳輸過程中它很容易被非法用戶訪問到,必須采用一種機(jī)制對(duì)SOAP響應(yīng)消息進(jìn)行加密。

　　未加密的SOAP響應(yīng)消息:

? 　　　

????????????? SomeBody

????????????? 98795.45

? 　　　

3? 實(shí)現(xiàn)原理

　　這里使用公鑰加密(public key encryption)的方法。這種加密機(jī)制中有2個(gè)不對(duì)稱的密鑰,即公鑰和私鑰。公鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密;私鑰由用戶密存,用于對(duì)已被公鑰加密過的信息進(jìn)行解密。在此應(yīng)用中客戶端(Web服務(wù)的使用者)首先要生成一對(duì)密鑰(公鑰和私鑰)。由于服務(wù)端(Web服務(wù)的提供者)發(fā)送回客戶端的部分?jǐn)?shù)據(jù)需要在傳輸時(shí)進(jìn)行加密保護(hù),因此客戶端將它的公鑰(還可以附上它的身份信息以便在服務(wù)端進(jìn)行身份驗(yàn)證)放在SOAP header中發(fā)送給Web服務(wù)端。Web服務(wù)端一旦得到公鑰,就可以利用公鑰對(duì)SOAP響應(yīng)消息進(jìn)行有選擇性地加密,然后將加密后的SOAP消息返回給客戶端;客戶端收到加密的SOAP消息后用它的私鑰來解密和讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加密和解密的過程如圖2所示。

?

?

　　在Web服務(wù)端發(fā)出SOAP響應(yīng)消息之前要對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,可以利用SOAP擴(kuò)展解決這個(gè)問題。SOAP擴(kuò)展在客戶端或服務(wù)器上處理消息時(shí)可以在特定階段中檢查或修改消息。當(dāng)Web服務(wù)的HTTP處理器收到某個(gè)SOAP請(qǐng)求消息時(shí),將把SOAP消息反序列化為對(duì)象,傳遞到Web方法中。在完成Web方法調(diào)用之后,對(duì)象結(jié)果又被序列化為SOAP響應(yīng)消息,傳給客戶端。由于SOAP擴(kuò)展允許在特定階段訪問或修改消息,因此服務(wù)器端就可以在對(duì)象結(jié)果被序列化為SOAP響應(yīng)消息之后利用客戶端傳來的公鑰進(jìn)行選擇性地加密,然后再將加密的SOAP響應(yīng)消息傳給客戶端?？蛻舳耸盏郊用艿腟OAP響應(yīng)消息后會(huì)把它反序列化為對(duì)象結(jié)果,然后利用私鑰對(duì)對(duì)象結(jié)果中那些加密的屬性或成員進(jìn)行解密。

4?在.NET Framework下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密

　　在微軟的.NET框架中,ProcessMessage是大多數(shù)SOAP擴(kuò)展的核心,它在SoapMessageStage中所定義的每個(gè)階段都會(huì)被調(diào)用。ChainStream為SOAP擴(kuò)展提供訪問和修改各階段中SOAP消息的功能。在使用擴(kuò)展時(shí)有4個(gè)階段:BeforeDeserialize(反序列化之前)、AfterDeserialize(反序列化之后)、BeforeSerialize(序列化之前)和AfterSerialize(序列化之后)。調(diào)用任何一個(gè)Web服務(wù)方法都要經(jīng)歷這4個(gè)階段。在4個(gè)階段中,BeforeDeserialize階段最早發(fā)生,在此階段可以取得從客戶端傳來的公鑰;AfterSerialize階段最晚發(fā)生,在此階段利用已取得的公鑰對(duì)一些敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。要實(shí)現(xiàn)對(duì)SOAP響應(yīng)消息中的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,則需要訪問序列化之后的SOAP響應(yīng)消息。而在ChainStream方法中,可以訪問包含SOAP請(qǐng)求或響應(yīng)消息的內(nèi)存緩沖區(qū),這為修改SOAP響應(yīng)消息的內(nèi)存緩沖區(qū)提供了機(jī)會(huì)。

4.1 客戶端關(guān)鍵代碼

　　利用RSACryptoServiceProvider組件生成公鑰和私鑰,然后把公鑰放在SOAP頭中,其中PublicKeySoapHeader從SoapHeader類繼承而來,這樣便于擴(kuò)展SOAP頭,如增加身份驗(yàn)證信息和公鑰等。下面代碼僅列出了公鑰字段。

　　RSACryptoServiceProvider rsa=new RSACryptoService-Provider();

　　string xmlpublicKey=rsa.ToXmlString(false);　//生成公鑰

　　string xmlPrivKey=rsa.ToXmlString(true);　　　//生成私鑰

　　EncryptServices services=new EncryptServices();

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//創(chuàng)建代理服務(wù)對(duì)象

　　services.PublicKeySoapHeaderValue=new PublicKey-SoapHeader(); 　//創(chuàng)建SOAP頭對(duì)象

　　services.PublicKeySoapHeaderValue.PublicXmlKey=xmlpublicKey;　　//通過SOAP頭發(fā)送公鑰

　　調(diào)用Web服務(wù)中的方法后對(duì)返回的結(jié)果對(duì)象中已加密部分利用私鑰進(jìn)行解密。下面是解密代碼:

　　RSACryptoServiceProvider rsa=new RSACryptoServiceProvider();

　　　　rsa.FromXmlString(xmlPrivKey);

　　　　　　　//根據(jù)私鑰重新構(gòu)造RSA對(duì)象

　　byte[ ] decryptedBytes=rsa.Decrypt(Convert.From-Base64String(encrypttext),false);//解密

4.2 服務(wù)端關(guān)鍵代碼

　　在服務(wù)端,先利用SOAP擴(kuò)展在BeforeDeserialize階段從SOAP請(qǐng)求消息中取出客戶端傳來的公鑰,然后利用SOAP擴(kuò)展在AfterSerialize階段對(duì)SOAP響應(yīng)消息進(jìn)行選擇性的加密。在此代碼中必須先繼承SoapExtension類,然后重寫它的ProcessMessage方法,具體代碼如下:

public override void ProcessMessage(SoapMessage message)

{? switch(message.Stage)

{

　? case SoapMessageStage.BeforeDeserialize:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//反序列化之前階段

　? ProcessSoapHeader();　　　　　　　　　//處理SOAP頭方法,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//取出客戶端傳來的公鑰

　? break;

? 　case SoapMessageStage.AfterSerialize:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//序列化之后階段

　? EncryptSoapMessage();　　　　　　　　　//調(diào)用加密方法,此時(shí)已序列化

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//為XML格式,所以可選擇性地對(duì)某些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加密

　? break;

? 　……

? 　}

}

　　此外還要重寫SoapExtension類的ChainStream方法,具體代碼如下:

public override Stream ChainStream(Stream stream)

　　{???? oldStream=stream;　　//讀取SOAP請(qǐng)求或響應(yīng)消

　　　　　　　　　　　　　　　　//息的內(nèi)存流

?????????? newStream=new MemoryStream();

?????????? return newStream;　　//返回新的SOAP請(qǐng)求或

　　　　　　　　　　　　　　　　//響應(yīng)消息的內(nèi)存流

　　}

　　在BeforeDeserialize階段,調(diào)用自定義的ProcessSoapHeader過程,通過對(duì)oldStream的訪問可以取得客戶端傳來的公鑰;在AfterSerialize階段,調(diào)用自定義的EncryptSoapMessage過程,訪問newStream并對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后把它重新寫到newStream中。由于二個(gè)階段內(nèi)存流的格式都是SOAP消息格式,因此可以使用XmlDocument組件的Load方法加載內(nèi)存流,這樣就很容易找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇性加密。最后使用XmlDocument組件的Save方法保存到內(nèi)存流中。

????下面是加密后的SOAP響應(yīng)消息(在此只對(duì)AccountAmount元素的內(nèi)容進(jìn)行加密):

　　SomeBody

　　tRMQkIjy8OzGJmj8VISgNH1VvLFJOCP5M/5IjQHtzP4PvP-

????????????? TnjhmbTOG0Y9qdYmVil2aKvih/7sHMLeLpMxlhjlyMQb+

　　　　　　　Uh/n0PB6vbysI+2K8NCiXxA40BiXuHvqLA5VWjY3-

　　　　　　　LBwHXGsyuMdV+cDW+wBsdH2PleijdO5pJFBDO8qk=

????　??

　　即使該SOAP消息在中途被截獲,由于沒有私鑰解密,得到的數(shù)據(jù)也是無效的。

5? 結(jié)束語

　　SOAP消息僅僅是簡單的文本,數(shù)據(jù)可能在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)時(shí)被截獲、解讀甚至修改。而這些數(shù)據(jù)代表的可能是一條客戶記錄、一個(gè)信用卡號(hào)或社會(huì)保險(xiǎn)號(hào)碼等敏感信息。本文就是先通過SOAP頭傳送公鑰給Web服務(wù)端,然后利用SOAP擴(kuò)展對(duì)SOAP消息進(jìn)行加密。這樣即使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中被截取,但由于沒有私鑰也無法對(duì)密文進(jìn)行解密,從而保證數(shù)據(jù)不會(huì)被非法用戶讀取。此外,利用SOAP擴(kuò)展可以有選擇性地對(duì)某些數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,增強(qiáng)安全控制的靈活性并降低加密成本。本文只實(shí)現(xiàn)了對(duì)SOAP消息的加密。要確定SOAP消息是否在傳輸途中被惡意修改,可以將數(shù)字簽名與安全套接字層(Secure Sockets Layer,SSL)結(jié)合實(shí)現(xiàn)不可抵賴性并確保數(shù)據(jù)的完整性。

參考文獻(xiàn)

1?? Microsoft Corporation.MSDN Library Visual Studio.Net.2003

2?? Tabor R著,徐繼偉譯..NET XML WebServices.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002

3?? Thai T,Lam H Q著,王敏子譯..NET框架精髓.北京:中國電力出版社,2001