摘  要： 在分析XCAML和WS-Security安全規(guī)范的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種基于信任的跨域安全認(rèn)證模型TB-WSCDSA。該模型解決了跨域服務(wù)雙方身份認(rèn)證的問題，并依據(jù)各自安全域的訪問控制策略和信任計(jì)算所需的數(shù)據(jù)和算法，計(jì)算雙方的信任度，根據(jù)信任度閾值比較結(jié)果對(duì)雙方進(jìn)行信任評(píng)估和授權(quán)，并將結(jié)果以信任證書的方式發(fā)送給服務(wù)雙方以保證安全通信。
關(guān)鍵詞： Web服務(wù)；信任；身份認(rèn)證；數(shù)字證書

　Web服務(wù)憑借其松散耦合、語言與平臺(tái)無關(guān)以及開放、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為企業(yè)跨平臺(tái)應(yīng)用集成的首選[1]。但是，Web服務(wù)的安全及信任仍然是制約其發(fā)展的最大阻礙。當(dāng)前，OASIS已經(jīng)發(fā)布了一系列的安全規(guī)范，主要有WS-Security規(guī)范、安全斷言標(biāo)記語言SAML規(guī)范、可擴(kuò)展的訪問控制高標(biāo)識(shí)語言XCAML規(guī)范，而且又提出WS-Trust規(guī)范和WS-Federation規(guī)范提供對(duì)信任的支持，通過交換安全令牌在不同安全域通信雙方建立信任[2]，但是這主要還是針對(duì)Web服務(wù)安全的身份認(rèn)證，并沒有提供如何進(jìn)行信任評(píng)價(jià)和信任決策。
　本文針對(duì)OASIS發(fā)布的關(guān)于Web服務(wù)安全規(guī)范不能滿足服務(wù)雙方利用信任信息進(jìn)行信任評(píng)估和決策授權(quán)的問題，將信任機(jī)制引入身份認(rèn)證及訪問控制中，提出了一種Web服務(wù)中基于信任的跨域安全認(rèn)證模型TB-WSCDSA（Trust-Based Cross-Domain Security Authentication of Web Service）。該模型能夠解決服務(wù)提供方與請(qǐng)求方跨域認(rèn)證的問題。它將PKI數(shù)字證書與XCAML相結(jié)合，通過一個(gè)可信的第三方機(jī)構(gòu)對(duì)不同安全域的服務(wù)雙方進(jìn)行認(rèn)證，利用雙方的直接交互經(jīng)驗(yàn)及各自域內(nèi)其他證人的推薦信任信息，計(jì)算信任度，并與自身預(yù)先設(shè)定好的信任標(biāo)準(zhǔn)或信任度閾值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行決策和授權(quán)。決策結(jié)果保存在信任證書中，發(fā)送給服務(wù)請(qǐng)求方和提供方，作為雙方信任并進(jìn)行通信的依據(jù)。
1 模型框架
　TB-WSCDSA模型是基于XCAML和PKI數(shù)字證書的。圖1是TB-WSCDSA模型圖。首先，服務(wù)請(qǐng)求方及提供方都從本域內(nèi)的CA認(rèn)證機(jī)構(gòu)獲取自己的數(shù)字證書，這樣才能在交互過程中進(jìn)行彼此認(rèn)證?？尚诺牡谌秸J(rèn)證機(jī)構(gòu)使用PKI的CA認(rèn)證。這里認(rèn)定，可信的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)已經(jīng)與雙方的根CA（信任錨）建立信任關(guān)系[3]。
　服務(wù)雙方認(rèn)證完成后，將各自的數(shù)字證書以及第三方認(rèn)證結(jié)果發(fā)送到模型中的認(rèn)證模塊進(jìn)行驗(yàn)證。在確認(rèn)服務(wù)雙方的身份后，模型的XACML的訪問控制模塊通過計(jì)算信任度決定是否發(fā)送信任證書給請(qǐng)求方或提供方。最后，請(qǐng)求方使用該信任證書向提供方請(qǐng)求服務(wù)，提供方使用該信任證書決定是否提供服務(wù)。

2.1 認(rèn)證
　身份認(rèn)證是TB-WSCDSA模型的基礎(chǔ)，只有確定了服務(wù)雙方的身份以后，才能夠根據(jù)相關(guān)信任信息進(jìn)行信任評(píng)估和授權(quán)決策。該認(rèn)證過程是跨安全域的，包括服務(wù)請(qǐng)求方、請(qǐng)求方所在域的根CA機(jī)構(gòu)（信任錨）、服務(wù)提供方、提供方所在域的根CA機(jī)構(gòu)（信任錨）[3]、已經(jīng)與雙方根CA建立信任關(guān)系的可信的第三方信任機(jī)構(gòu)以及TB-WSCDSA。圖3顯示了認(rèn)證過程。認(rèn)證過程如下：
?。?）服務(wù)請(qǐng)求方及提供方從各自所在安全域的根CA機(jī)構(gòu)獲得本域數(shù)字證書。
　（2）取得本域數(shù)字證書后，請(qǐng)求方加密發(fā)送數(shù)字證書給提供方，提供方收到后用自己的私鑰解密，并通過本域的根CA發(fā)送到可信第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)證，提供方同樣將自己的數(shù)字證書發(fā)送給請(qǐng)求方進(jìn)行認(rèn)證。
?。?）可信的第三方CA機(jī)構(gòu)對(duì)服務(wù)雙方認(rèn)證完成后，返回認(rèn)證結(jié)果。
?。?）服務(wù)請(qǐng)求方和提供方從第三方接收到認(rèn)證結(jié)果后，將對(duì)方的數(shù)字證書及第三方認(rèn)證結(jié)果打包加密發(fā)送到TB-WSCDSA模型的認(rèn)證模塊；認(rèn)證模塊驗(yàn)證服務(wù)雙方提供的證書及結(jié)果，完成認(rèn)證。

2.2 訪問控制策略管理
　服務(wù)雙方在完成認(rèn)證后將結(jié)果發(fā)送到TB-WSCDSA模型的認(rèn)證模塊，認(rèn)證模塊通過請(qǐng)求方域及提供方域證人的請(qǐng)求推薦信任、雙方的數(shù)字證書以及第三方認(rèn)證結(jié)果后，將服務(wù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到訪問控制模塊，再對(duì)雙方進(jìn)行信任評(píng)估和決策。訪問控制模塊包括策略管理、信任度計(jì)算和決策授權(quán)3個(gè)部分。
　策略是XACML的核心，XACML定義了標(biāo)準(zhǔn)的策略語言模型[1]。在TB-WSCDSA的策略模型中，<target>標(biāo)簽是該策略集（策略、規(guī)則）的索引，用來查找某個(gè)訪問控制請(qǐng)求所適用的策略集或策略規(guī)則；<subject>標(biāo)簽定義了適用的訪問請(qǐng)求主體，如<subject>any subject     </subject>表示適用于任何主體；<resource>標(biāo)簽定義了適用的客體，如某個(gè)Web服務(wù)的WSDL文件；<action>標(biāo)簽定義了主體請(qǐng)求獲得的行為，如Web服務(wù)的執(zhí)行（execute）；<condition>標(biāo)簽是TB-WSCDSA中最重要的標(biāo)簽之一，它定義了被授權(quán)所必須滿足的信任條件，其中包括信任度閾值（trust_ threshold）和信任度比較函數(shù)（function：trust_comparison）兩個(gè)主要部分。在獲得服務(wù)雙方的信任度之后，利用信任度比較函數(shù)來比較該信任度是否滿足信任度閾值（trust_threshold）的要求，相應(yīng)地返回true或false。
2.3 信任度計(jì)算
　TB-WSCDSA中的信任計(jì)算部分由XML解析器、數(shù)據(jù)庫和信任處理機(jī)三部分組成。TB-WSCDSA計(jì)算直接信任度的信息來自于服務(wù)雙方。首先，服務(wù)雙方初始化各自的信任處理機(jī)，得到了信任度的計(jì)算方法。信任度計(jì)算所必需的數(shù)據(jù)用XML文件發(fā)送到XML解析器中， 解析后保存在數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的表格之內(nèi)。在計(jì)算信任度時(shí)候，信任處理機(jī)從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。本文計(jì)算的信任度包括雙方直接交互信息（稱為個(gè)體緯度）和來自于域中其他證人的信息（稱為社會(huì)緯度）。最后將兩者進(jìn)行綜合[4]。
個(gè)體緯度的信任度公式如下：

　　
2.4 決策和授權(quán)
　決策和授權(quán)由PDP完成，就是根據(jù)訪問控制策略和信任度來決定是否給予授權(quán)的過程[5]。其決策的過程如下：
?。?）解析服務(wù)雙方的服務(wù)請(qǐng)求，獲取<subject><resource>  <action>和<environment>標(biāo)簽（<environment>標(biāo)簽可能不存在）。
?。?）根據(jù)以上4個(gè)標(biāo)簽查找<target>與此相匹配的策略文件policy.XML。
?。?）如果存在相應(yīng)的策略文件，則進(jìn)行步驟（4）；否則，返回 not-applicable，訪問控制決策失敗。
?。?）解析policy.XML中rule的<condition>標(biāo)簽，獲得信任度比較函數(shù)trust_comparison和信任度閾值trust_threshold，請(qǐng)求獲取服務(wù)提供方對(duì)該服務(wù)請(qǐng)求方的信任度requestor_trust以及服務(wù)請(qǐng)求方對(duì)提供方的信任度provider_trust。
　（5）返回服務(wù)雙方的信任度requestor_trust和provider_trust。
?。?）根據(jù)<condition>標(biāo)簽中定義的信任度比較函數(shù)trust_comparison，比較服務(wù)雙方的信任度requestor_trust和provider_trust是否大于等于各自的信任度閾值trust_threshold，如果是，則返回true；否則，返回false。
?。?）驗(yàn)證返回值是true還是false，如果是true，則返回<effect>標(biāo)簽值permit；否則，返回deny。
最后，PDP將決策的結(jié)果發(fā)送給PEP，PEP將決策結(jié)果封裝在信任證書中發(fā)送給服務(wù)請(qǐng)求方和服務(wù)提供方。服務(wù)請(qǐng)求方利用TB-WSCDSA提供的信任證書向服務(wù)提供方請(qǐng)求服務(wù)，而服務(wù)提供方利用信任證書授權(quán)請(qǐng)求方使用服務(wù)。
　本文提出了一種Web服務(wù)下基于信任的跨域認(rèn)證模型TB-WSCDSA。該模型的優(yōu)點(diǎn)是能夠和OASIS發(fā)布的諸多Web服務(wù)安全規(guī)范兼容。TB-WSCDSA與認(rèn)證代理類似，是存在于服務(wù)請(qǐng)求方與服務(wù)提供者之間的中間件系統(tǒng)，TB-WSCDSA代替服務(wù)提供方和請(qǐng)求方，完成信任計(jì)算和評(píng)估工作，而信任計(jì)算的算法、信任信息及策略又來自于服務(wù)雙方。因此，計(jì)算得到的信任度和授權(quán)決策結(jié)果是服務(wù)雙方可信賴的。服務(wù)雙方只需要驗(yàn)證各自通信時(shí)提供的信任證書，就可以實(shí)現(xiàn)基于信任的授權(quán)和訪問控制。認(rèn)證模塊實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)登錄的功能，在認(rèn)證過程中，認(rèn)證的客體只要提供一次認(rèn)證信息，大大簡化了請(qǐng)求服務(wù)和推薦信任信息分享過程中的認(rèn)證復(fù)雜度。
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