1 網(wǎng)格概述
　　網(wǎng)格是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，它將地理位置上分散的資源集成起來(lái)，從而建立起一種構(gòu)筑在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)" title="國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)">國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上的新型計(jì)算平臺(tái)。通過(guò)網(wǎng)格，人們可以獲得諸如計(jì)算機(jī)、集群、計(jì)算機(jī)池、儀器、存儲(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、軟件等各種資源、功能和服務(wù)。使人們共享計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源及其他資源^［1］。
　　有了這種以現(xiàn)有的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)建立的滿足人們對(duì)資源更高共享需求的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，人們就可以實(shí)現(xiàn)跨組織、跨管理域的管理資源，并為網(wǎng)格應(yīng)用提供全面的資源共享接口，實(shí)現(xiàn)分布資源的有效集成，提供共享各種資源的手段，從而提高資源的利用率，滿足人們對(duì)廣域范圍內(nèi)各種資源的共享需求。
　　在網(wǎng)格環(huán)境下，人們不僅可以向網(wǎng)格發(fā)出請(qǐng)求資源消息，由網(wǎng)格接收請(qǐng)求并做出響應(yīng)，而且客戶提出的請(qǐng)求能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)資源工作。多個(gè)請(qǐng)求可以向多個(gè)服務(wù)器請(qǐng)求連接?？蛻舫绦蛸Y源可以被其他客戶請(qǐng)求作為資源使用。網(wǎng)格的目的是無(wú)論地理位置的遠(yuǎn)近、設(shè)備類型的異同，都可以為用戶提供統(tǒng)一且簡(jiǎn)單的共享網(wǎng)格資源的環(huán)境。為達(dá)到網(wǎng)格的目的，需要建立相應(yīng)的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的一種就是由分布式資源、網(wǎng)格系統(tǒng)" title="網(wǎng)格系統(tǒng)">網(wǎng)格系統(tǒng)及網(wǎng)格用戶組成的三層結(jié)構(gòu)(如圖1)。底層是網(wǎng)格的物理層，它是分布式網(wǎng)格資源的集合，是建立網(wǎng)格的基礎(chǔ)。頂層是網(wǎng)格的應(yīng)用層，它是應(yīng)用分布式網(wǎng)格資源的集合，是網(wǎng)格應(yīng)用的基礎(chǔ)。網(wǎng)格系統(tǒng)在物理層和應(yīng)用層的中間，將用戶和資源聯(lián)系起來(lái)提供透明的使用，以支持全方位的資源共享。網(wǎng)格系統(tǒng)提供的功能就是應(yīng)用層的需求，它直接影響著網(wǎng)格所要達(dá)到的目的。

　　網(wǎng)格是一個(gè)開放、動(dòng)態(tài)、異構(gòu)、分布的系統(tǒng)，要想將互聯(lián)網(wǎng)上分布的各種已經(jīng)接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備以及將要接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備有機(jī)地集成，不是簡(jiǎn)單的連通問(wèn)題。網(wǎng)格要為用戶和應(yīng)用提供訪問(wèn)使用資源的統(tǒng)一接口。它要對(duì)不同的物理資源進(jìn)行不同層次的抽象，使不同的模塊協(xié)調(diào)起來(lái)；定義好各模塊的關(guān)系、模塊間進(jìn)行交互的協(xié)議及相應(yīng)的方法與規(guī)則。網(wǎng)格是以原有的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建的，需要已有的一些協(xié)議和規(guī)范作為支持。圖2所示為支持國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的各網(wǎng)格協(xié)議的層次。HTTP、FTP、SMTP都是網(wǎng)格協(xié)議的傳輸載體，同時(shí)也都是網(wǎng)格建設(shè)的基礎(chǔ)。無(wú)論網(wǎng)格的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如何，從用戶的角度來(lái)看，它的確只是一個(gè)網(wǎng)格接口。通過(guò)這個(gè)接口，用戶向網(wǎng)格發(fā)送請(qǐng)求和接收來(lái)自網(wǎng)格的信息。網(wǎng)格接口就是要定義實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的協(xié)議，采用相同協(xié)議的雙方要能夠相互理解對(duì)方的含義。在協(xié)議中還要指明數(shù)據(jù)表示格式和數(shù)據(jù)內(nèi)容的具體含義。XML就是適合網(wǎng)絡(luò)上使用的一種數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言，它已經(jīng)在網(wǎng)格領(lǐng)域得到廣泛使用。

2 XML的運(yùn)用
　　目前網(wǎng)格上最常用的數(shù)據(jù)交換表示形式中最重要和最常用的就是XML。XML是SGML的一個(gè)子集，以結(jié)構(gòu)化" title="結(jié)構(gòu)化">結(jié)構(gòu)化的方式描述各種類型的數(shù)據(jù)。它允許文檔制作人員創(chuàng)建新的標(biāo)記，以便更準(zhǔn)確地描述數(shù)據(jù)。XML幾乎可以描述所有領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。它用嚴(yán)格的嵌套標(biāo)記表示數(shù)據(jù)信息，特別適合在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的多點(diǎn)數(shù)據(jù)交換環(huán)境下使用［2］。
　　XML本身是可擴(kuò)展的，只規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)法。XML是可以創(chuàng)建行業(yè)詞匯和應(yīng)用的語(yǔ)言，其文檔的基本語(yǔ)法由W3C創(chuàng)建文檔定義的XML模式所規(guī)定。在XML文檔中所有開始標(biāo)記都必須有對(duì)應(yīng)的結(jié)束標(biāo)記，并且這種標(biāo)記有元素和屬性兩種類型。元素由起始標(biāo)記、數(shù)據(jù)和結(jié)束標(biāo)記三部分組成，如：＜data＞123＜/data＞就是一個(gè)元素。而屬性是修飾成分，由屬性名后跟一個(gè)等號(hào)加屬性值的形式構(gòu)成，用來(lái)描述元素的某些性質(zhì)。屬性必須有一個(gè)屬性值。例如：＜數(shù)據(jù) 編號(hào)=“56789”＞我的數(shù)據(jù)＜/數(shù)據(jù)＞就是一個(gè)有屬性的，其中“編號(hào)”是屬性，“56789”是屬性值。
　　在網(wǎng)格環(huán)境下，由于XML文檔的結(jié)構(gòu)化和可讀性， XML數(shù)據(jù)經(jīng)常作為公文或流程數(shù)據(jù)，以合作的形式流轉(zhuǎn)，因此還需要用加密和簽名來(lái)保證基于XML的數(shù)據(jù)交換活動(dòng)中信息的安全性［3］。XML語(yǔ)言的安全是網(wǎng)格上信息交換的基礎(chǔ)。為保障XML數(shù)據(jù)交換的安全性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織W3C提出了一系列XML安全服務(wù)的新標(biāo)準(zhǔn)，為以XML作為數(shù)據(jù)交換載體的應(yīng)用提供安全性保障。這些標(biāo)準(zhǔn)包括：XML加密(XML Encryption)、XML數(shù)字簽名(XML Signature)、XML密鑰管理規(guī)范(XKMS)、XML訪問(wèn)控制標(biāo)記語(yǔ)言(XACML)等。
　　XML語(yǔ)言的搜索是明確的、無(wú)二義性的。在交換敏感信息時(shí)，發(fā)信方及收信方必須建立安全的通信機(jī)制。為確保安全性，在使用XML交換數(shù)據(jù)時(shí)，需要在數(shù)據(jù)上使用加密及簽名技術(shù)。
2.1 XML加密機(jī)制
　　XML加密(XML Encryption)是對(duì)XML文檔中的全部數(shù)據(jù)或其中部分元素進(jìn)行加密。對(duì)同一文檔的不同部分，可采用不同的密鑰進(jìn)行加密，將同一個(gè)XML文件分別發(fā)給不同的接收者后，接收者只能訪問(wèn)擁有權(quán)限的那部分信息。XML加密語(yǔ)法的核心元素是EncryptedData元素，該元素與EncryptedKey元素一起用來(lái)將加密密鑰從發(fā)送方傳送到已知的接收方，它描述了一個(gè)加密數(shù)據(jù)包含的所有信息^[1]。加密時(shí)，EncryptedData 元素替換 XML 文檔加密版本中的該元素或內(nèi)容。當(dāng)加密的數(shù)據(jù)是任意數(shù)據(jù)時(shí)，EncryptedData 元素可能成為新 XML 文檔的根，或成為一個(gè)子元素。當(dāng)加密整個(gè) XML 文檔時(shí)，EncryptedData元素則成為新文檔的根^[4]。
　　在加密過(guò)程中，對(duì)于經(jīng)過(guò)加密的數(shù)據(jù)，只有指定的接收者才可以從中還原出密碼本身。XML加密定義了一些元素： EncryptionMethod子元素使用URI惟一標(biāo)識(shí)中所采用的加密算法，目的是確保通信雙方可以在加密算法上保持一致。KeyInfo子元素表達(dá)了加密時(shí)所使用的密鑰信息，它可以根據(jù)通信雙方的約定，記錄密鑰名稱、密鑰值、數(shù)字證書，甚至獲得密鑰轉(zhuǎn)換方法的描述，從而確保密鑰的安全性。CipherData子元素標(biāo)記為被加密的數(shù)據(jù)。EncryptionProperties子元素可以用來(lái)描述加密數(shù)據(jù)和密鑰的附加信息，如時(shí)間戳、加密序列號(hào)^[4]。發(fā)送者創(chuàng)建符合以上結(jié)構(gòu)的EncryptedData元素發(fā)給接收者；接收者可以根據(jù)從EncryptedData元素中得到的解密所需的加密算法、參數(shù)和密鑰信息，正確地解密信息。
2.2 XML簽名機(jī)制
　　XML簽名標(biāo)準(zhǔn)可對(duì)任何數(shù)據(jù)類型提供完整性、消息認(rèn)證、簽名認(rèn)證等服務(wù)。XML簽名的主要目的是確保XML文件內(nèi)容沒(méi)有被篡改，對(duì)來(lái)源的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證^[4]。XML簽名是使用XML應(yīng)用開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)的，而不是使用專用軟件。簽名時(shí)可直接對(duì)XML內(nèi)容進(jìn)行處理。
　　Signature是XML簽名的元素，描述傳輸一個(gè)數(shù)字簽名的完整信息。SignedInfo子元素記錄被簽署的原始信息。CanoniclizationMethod子元素使用URI惟一標(biāo)識(shí)。該數(shù)字簽名采用XML的數(shù)據(jù)算法，它是正確解析XML數(shù)據(jù)簽名的前提。因?yàn)閄ML數(shù)字簽名對(duì)SignedInfo子元素的字節(jié)流進(jìn)行運(yùn)算處理時(shí)，采用Canonicalization使XML簽名適應(yīng)各種文件系統(tǒng)和處理器在版式上的差異，使 XML簽名適應(yīng)XML文件可能遇到的各種環(huán)境。SignatureMethod元素記錄的是簽名所采用的算法。Reference子元素指定的是摘要算法和摘要值。經(jīng)過(guò)運(yùn)算的SignedInfo子元素記錄在SignedValue中。KeyInfo子元素是接收者用來(lái)得到有效簽名的密鑰信息。接收者可以根據(jù)Signature元素包含的信息確定數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。
2.3 XML數(shù)據(jù)交換安全中實(shí)現(xiàn)加密、簽名的實(shí)例
　　XML作為實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)信息交換和提高異構(gòu)系統(tǒng)之間互操作性的最佳解決方案而被提出，這極大地促進(jìn)了數(shù)據(jù)交換應(yīng)用的發(fā)展。而基于XML強(qiáng)大的可擴(kuò)展性而提出的XML安全服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，使得可以在考慮XML數(shù)據(jù)信息交換的安全控制問(wèn)題上，完全采用基于XML標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)，繼承XML的靈活性和可擴(kuò)展性。圖3給出一個(gè)安全的XML數(shù)據(jù)交換請(qǐng)求/響應(yīng)流程。