摘 要： 使用JAVA語(yǔ)言及相應(yīng)的軟件包，按照XKMS服務(wù)規(guī)范，建立XKMS服務(wù)模型，解決在電子病歷系統(tǒng)中涉及PKI系統(tǒng)的密鑰服務(wù)問(wèn)題。
關(guān)鍵詞： XKMS XML語(yǔ)言 公鑰體系認(rèn)證PKI 電子病歷
電子病歷是以電子化方式管理的有關(guān)個(gè)人健康狀態(tài)和醫(yī)療保健行為的信息。本文所述的電子病歷是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML(Extensible Markup Language1.0)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子病歷的安全性問(wèn)題涉及完整性、非否認(rèn)性、機(jī)密性等，這些問(wèn)題都需要PKI系統(tǒng)的支持。本文將以一個(gè)簡(jiǎn)單示例介紹XKMS(XML Key Management Specification，XML密鑰管理規(guī)范）的模型實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)請(qǐng)求公鑰的服務(wù)，為電子病歷XML文檔的加密和簽名提供基于公鑰體系結(jié)構(gòu)PKI(Public Key Infrastructure）的XKMS服務(wù)基礎(chǔ)。
1 XKMS概述
在加強(qiáng)Web業(yè)務(wù)的安全性方面功不可沒。但從技術(shù)層面講，它要求每個(gè)用戶和應(yīng)用程序都要驗(yàn)證與之通信的每個(gè)用戶的身份，以確保對(duì)方的身份真實(shí)有效。實(shí)際上PKI將所有的信任決定都拋給了用戶，這要求復(fù)雜的程序庫(kù)和配置信息。由于PKI的部署過(guò)于復(fù)雜繁瑣，成本昂貴，因此一直沒有得到普及應(yīng)用。
XML簽名規(guī)范和加密規(guī)范規(guī)定了如何簽名和加密XML文檔，這有助于執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)的應(yīng)用程序使用基于XML的Web服務(wù)。在處理數(shù)字簽名和加密文檔時(shí)要使用PKI。為方便PKI與XML應(yīng)用程序以及使用這些程序的Web服務(wù)進(jìn)行集成，Microsoft、Verisign和WebMethods共同發(fā)起，由W3C發(fā)布了XKMS。XKMS的目標(biāo)就是解決PKI的這些問(wèn)題。XKMS綜合了XML的互操作性和PKI的安全性，提供了基于PKI保密應(yīng)用程序的一個(gè)簡(jiǎn)單方法。應(yīng)用程序可以簡(jiǎn)單地將所有PKI處理程序任務(wù)委托給某個(gè)第三方信任服務(wù)，而不是由自己對(duì)復(fù)雜的PKI函數(shù)進(jìn)行編碼，這樣就可以將工作重點(diǎn)集中在業(yè)務(wù)邏輯上。
XKMS簡(jiǎn)化了XML簽名和加密機(jī)制在XML應(yīng)用程序中的使用。XKMS將PKI協(xié)議和數(shù)據(jù)格式替換成基于XML的協(xié)議，使用XML詞匯來(lái)表示PKI并且支持SOAP消息和WSDL，使得XKMS服務(wù)對(duì)于平臺(tái)、供應(yīng)商和傳輸協(xié)議都是中立的，能夠平穩(wěn)地適應(yīng)Web服務(wù)的開發(fā)環(huán)境等。XKMS主要應(yīng)用在客戶對(duì)客戶、應(yīng)用服務(wù)器對(duì)客戶、服務(wù)器對(duì)服務(wù)器等環(huán)境中，信任的決定由一個(gè)公共的服務(wù)器完成，XKMS客戶僅需配置服務(wù)器的URI地址和服務(wù)器用來(lái)簽名答復(fù)的證書。使用不同的URI，可支持不同的信任模型。XKMS的請(qǐng)求/響應(yīng)都是封裝在SOAP請(qǐng)求/響應(yīng)中的。
2 XKMS內(nèi)容
XKMS由XML密鑰信息服務(wù)規(guī)范（XKISS）和XML密鑰注冊(cè)服務(wù)規(guī)范（XKRSS）組成。XKISS負(fù)責(zé)處理與XML簽名和加密相關(guān)的公鑰處理及驗(yàn)證；XKRSS則用于對(duì)密鑰對(duì)進(jìn)行注冊(cè)。
XKISS服務(wù)主要支持定位服務(wù)和驗(yàn)證服務(wù)二種操作。利用定位服務(wù)可以基于標(biāo)識(shí)符信息來(lái)定位和檢索已經(jīng)注冊(cè)的公鑰。在XML簽名環(huán)境中，<ds：KeyInfo>元素使服務(wù)可以對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證，在XML加密環(huán)境中，<ds：KeyInfo>元素則指定了用于對(duì)文檔進(jìn)行加密的密鑰信息，<ds：KeyInfo>元素構(gòu)成了這二大密碼學(xué)功能的基礎(chǔ)。定位服務(wù)能夠解析<ds：KeyInfo>元素并向客戶提供所需的公鑰信息。定位服務(wù)僅限于檢索而不能進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證服務(wù)能夠驗(yàn)證密鑰對(duì)標(biāo)識(shí)符信息的綁定和有效性狀態(tài)。
XKRSS的目的是為了響應(yīng)一個(gè)完整的、基于XML的密鑰生命周期管理協(xié)議的需求，它支持四種操作，即密鑰的注冊(cè)、重發(fā)、取消和恢復(fù)。
XKMS目前最新的工作草案是2004年4月發(fā)布的(見http：//www.w3.org/TR/2004/CR-xkms2-20040405），其中定義了具體的XKMS語(yǔ)法和元素。
3 實(shí)現(xiàn)過(guò)程
本文示例使用JAVA語(yǔ)言，利用JAXM(Java API for XML Messaging）軟件包和Apache Axis 1.1工程，在Jakarta Tomcat5服務(wù)器上簡(jiǎn)單演示XKMS中的一種LocateRequest服務(wù)。JAXM使用JAVA平臺(tái)進(jìn)行XML消息通信。AXIS是Apache的一個(gè)開放源代碼項(xiàng)目，是基于JAVA、SOAP規(guī)范的Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，它是目前比較出色的SOAP Web容器。Tomcat也是Apache的一個(gè)開放源代碼項(xiàng)目，是一個(gè)優(yōu)秀的Servlet/JSP容器。
3.1 客戶端
在客戶端程序中，按照XKMS規(guī)范格式，生成一個(gè)簡(jiǎn)單的XKMS請(qǐng)求的SOAP消息，請(qǐng)求內(nèi)容是定位一個(gè)使用者在PKI密鑰庫(kù)中的公鑰。客戶端程序如下：
public class Request {
public static void main(String[] args) {
try {
SOAPConnectionFactory scFactory=SOAPConnection-Factory.newInstance( )；
SOAPConnection con=scFactory.createConnection( )；
//創(chuàng)建SOAP連接
MessageFactory factory=MessageFactory.newInstance( )；
SOAPMessage message=factory.createMessage( )；
//創(chuàng)建消息
SOAPPart soapPart=message.getSOAPPart( )；//獲取SOAPPart對(duì)象
SOAPEnvelope envelope=soapPart.getEnvelope( )；
//獲取SOAPEnvelope對(duì)象
SOAPBody body=envelope.getBody( )；//獲取SOAPBody對(duì)象
Name NLocate=envelope.createName(″LocateRequest″，
″xkms″，″http：//www.w3.org/TR/CR-xkms2-20040405″)；
//創(chuàng)建LocateRequest元素
SOAPElement Locate=body.addBodyElement(NLocate)；
//添加LocateRequest元素
//根據(jù)XKMS格式創(chuàng)建XML元素及內(nèi)容，代碼省略…，創(chuàng)建的內(nèi)容結(jié)果見下面的請(qǐng)求信息
URLEndpoint endpoint=new URLEndpoint(//創(chuàng)建
//URLEndpoint對(duì)象
″http：//localhost：9999/axis/services/XKMSServices″)；
SOAPMessage response=con.call(message, endpoint)；
//發(fā)送請(qǐng)求消息，接收響應(yīng)消息
con.close( )；
response.writeTo(System.out)；//顯示接收到的消息
啟用Apache AXIS 的TCPMonitor收到發(fā)送的SOAP消息，如下：
在上面的SOAP消息中，<soapenv：Body>元素中的內(nèi)容就是XKMS的請(qǐng)求信息，以<xkms：LocateRequest>元素為開始，請(qǐng)求返回一個(gè)用戶的公鑰名稱KeyName和公鑰值KeyValue。
3.2 服務(wù)器端
服務(wù)器端由Tomcat5+AXIS1.1構(gòu)成SOAP服務(wù)器，接收客戶端程序發(fā)送的消息，對(duì)消息進(jìn)行解析，提取請(qǐng)求信息和要求返回的信息，進(jìn)行處理，返回XKMS響應(yīng)。服務(wù)器端應(yīng)先建立PKI，這里使用Keytools工具，先建立一個(gè)用戶的RSA密鑰對(duì)，存儲(chǔ)在Keystore中，以便使用。
keytool-genkey-alias mengxiang-keyalg RSA-dname ″CN=301，OU=301，O=301，L=HaiDian，S=BeiJing，C=CN″-keypass password-keystore KeyStore-storepass password-storetype JKS
服務(wù)器端接收請(qǐng)求消息，解析內(nèi)容，檢索密鑰庫(kù)中用戶的公鑰，進(jìn)行BASE64轉(zhuǎn)換，按照XKMS規(guī)范生成XKMS響應(yīng)消息，返回響應(yīng)消息。服務(wù)器端程序簡(jiǎn)示代碼如下：
public class XKMSServices {
public Document echoElements(Document elems) {
try {
MessageContext msgC=MessageContext.getCurrentContext( )；
//獲取MessageContext對(duì)象
Message request=msgC.getRequestMessage( )；//獲取消息
SOAPPart sp=request.getSOAPPart( )；
SOAPEnvelope se=sp.getEnvelope( )；
SOAPBody sb=se.getBody( )；
Iterator it1=sb.getChildElements( )；//遍歷元素，提取信息
FileInputStream in=new FileInputStream(name)；
//導(dǎo)入Keystore
KeyStore ks=KeyStore.getInstance(″JKS″)；
ks.load(in，pass.toCharArray())；
Certificate c=ks.getCertificate(alias)；//獲取用戶數(shù)字證書
in.close( )；
RSAPublicKey PKey=(RSAPublicKey)c.getPublicKey( )；
//獲取用戶RSA公鑰
BigInteger BE=PKey.getPublicExponent( )；//提取指數(shù)
BigInteger BM=PKey.getModulus( )；//提取模數(shù)
byte[ ] bbe=BE.toByteArray( )；
byte[ ] bbm=BM.toByteArray( )；
sun.misc.BASE64Encoder encoder=new sun.misc.
BASE64Encoder( )；//BSAE64轉(zhuǎn)換類
String sbe=encoder.encode(bbe)；//BSAE64轉(zhuǎn)換
String sbm=encoder.encode(bbm)；
DocumentBuilderFactory dbf=DocumentBuilderFactory.
newInstance( )；//生成響應(yīng)消息
DocumentBuilder db=dbf.newDocumentBuilder( )；
document=db.newDocument( )；
Element root=document.createElement(″xkms:LocateResult″)；
root.setAttribute(″xmlns：ds″，″http：//www.w3.org/2000/09/
xmldsig#″)；
//按照XKMS語(yǔ)法格式創(chuàng)建響應(yīng)消息，代碼省略創(chuàng)建的內(nèi)容結(jié)果見下面的響應(yīng)SOAP消息
document.appendChild(root)；
return document；//返回響應(yīng)
AXIS 的TCPMonitor接收到響應(yīng)的SOAP消息，省略SOAP頭形式如下：
在以上響應(yīng)消息中，<xkms：LocateResult>元素中包含了XKMS的響應(yīng)內(nèi)容，其中返回了用戶的公鑰名和公鑰值。<ds：Modulus>中包含了公鑰的模數(shù)的BSAE64編碼后的值，<ds：Exponent>中包含了公鑰的指數(shù)的BSAE64編碼后的值?？蛻舳顺绦蚪邮盏巾憫?yīng)信息后，可對(duì)其進(jìn)行解析，提取出模數(shù)和指數(shù)字符串，進(jìn)行反BASE64編碼，就獲得了真正的模數(shù)和指數(shù)。這樣就可以對(duì)電子病歷XML文檔進(jìn)行加密處理。
4 總 結(jié)
XKMS目前仍處于發(fā)展階段，還將會(huì)進(jìn)一步修訂。實(shí)用過(guò)程中，還需開發(fā)緊密結(jié)合XKMS的API，將XKMS客戶端和服務(wù)器端的程序模塊化，實(shí)現(xiàn)XKISS和XKRSS中的其他服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
1 Nagappan R，Skoczylas R著，龐太剛，陶程譯.JAVA Web服務(wù)開發(fā).北京：清華大學(xué)出版社，2004
2 Galbraith B著，吳旭超，王黎譯.WEB服務(wù)安全性高級(jí)編程. 北京：清華大學(xué)出版社，2003
3 徐迎曉.JAVA安全性編程實(shí)例.北京：清華大學(xué)出版社，2003
4 Dournaee B著，周永彬，賀也平，劉娟譯.XML安全基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2003