??? 摘 ? 要： 以XML文檔的結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，研究了XML 的加密原理。著重探討了XML文檔的加密及解密機制，詳細敘述了運用3DES" title="3DES">3DES算法實現(xiàn)XML文檔信息的加密方法。
??? 關(guān)鍵詞： 加密　XML　3DES

?

??? XML由于其開放性現(xiàn)已成為萬維網(wǎng)重要的信息發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)和信息交互標(biāo)準(zhǔn)，越來越多的應(yīng)用之間采用XML作為數(shù)據(jù)交換的格式^[1]，XML的數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)交換兩大功能可以很好地滿足各類應(yīng)用的要求。然而，基于Web的數(shù)據(jù)信息服務(wù)中的安全問題卻有待進一步解決^[2],XML數(shù)據(jù)的安全問題現(xiàn)已成為當(dāng)今各類應(yīng)用的瓶頸之一。
??? 典型安全協(xié)議如SSL/TLS受限于網(wǎng)絡(luò)通信端點，只能對全部信息進行加密，而不能有選擇地對部分信息進行加密，傳送大量數(shù)據(jù)時會有性能方面的問題，而且SSL只能確保點對點的安全，無法保障端到端的安全^[3]。GSS-API和基于GSS-API的安全機制" title="安全機制">安全機制SPKM和Kerberos主要是為松散連接的體系結(jié)構(gòu)而設(shè)計的，GSS-API應(yīng)有獨立于傳輸?shù)陌踩珯C制，安全機制獨立性意味著密碼技術(shù)、身份表示和數(shù)據(jù)簽名等潛在技術(shù)被完全封裝。VPN的解決方案存在費用昂貴，維護配置煩瑣的缺點^[4]。為更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全交換，本文討論運用3DES加密算法進行XML文檔信息的加密及解密，并給出具體實現(xiàn)方法。
1?XML文檔結(jié)構(gòu)
??? XML文檔結(jié)構(gòu)可以表示成類樹形結(jié)構(gòu)" title="樹形結(jié)構(gòu)">樹形結(jié)構(gòu)，稱之為元素樹。樹的頂點由唯一的字符串標(biāo)記，稱為對象標(biāo)識；樹的邊用Element Tag標(biāo)記；樹的內(nèi)部節(jié)點用一組屬性值標(biāo)記，屬性列表包含了該元素的所有屬性，即屬性名、屬性值和屬性類型，樹只有一個根節(jié)點。
??? 一棵元素樹就是一個DTD所包含元素之間的關(guān)系樹，它的葉子節(jié)點表達式是一個樹表達式，該表達式定義了以葉子節(jié)點的父節(jié)點為根的關(guān)系樹。元素樹的每一個節(jié)點對應(yīng)于DTD中的一個元素。每個節(jié)點包含屬性列表、子元素列表和其他信息。子元素列表包含該元素的所有子元素，每個子元素對應(yīng)一個新的節(jié)點。其他信息包括：父節(jié)點、元素內(nèi)容模式、元素內(nèi)容出現(xiàn)次數(shù)和元素文本內(nèi)容等^[5]。
2 3DES加密算法
??? 加密算法主要分為兩大類：對稱密碼加密算法與非對稱" title="非對稱">非對稱密碼加密算法^[6]。對稱密碼加密算法如DES、3DES、AES等，非對稱密碼加密算法如DSA、RSA等。由于算法復(fù)雜度的區(qū)別，采用對稱密碼進行加密和解密的速度通常比采用非對稱密碼進行加密和解密的速度快得多^[7]。XML加密支持當(dāng)前流行的一系列加密算法如：塊加密、流加密、對稱加密、非對稱加密、消息摘要等?？紤]到電子商務(wù)的安全性及加密效率的需求，XML中的數(shù)據(jù)加密" title="數(shù)據(jù)加密">數(shù)據(jù)加密采用對稱密碼實現(xiàn)。

??? 3DES（即Triple DES）是DES加密算法的一種模式，是DES向AES過渡的一種加密算法。DES采用分塊加密方式，將明文分割成64bit的塊，使用56bit密鑰對數(shù)據(jù)塊進行加密，并對64bit的數(shù)據(jù)塊進行16輪編碼。3DES使用三條64bit的密鑰對數(shù)據(jù)進行三次加密。加密分為三步，每一步的密鑰都不一樣，破譯將比較復(fù)雜，與DES相比，3DES更為安全。
3 XML文檔加密方法
??? 根據(jù)XML的類樹形結(jié)構(gòu)，可以建立符合XML語法規(guī)則的數(shù)據(jù)標(biāo)簽元素，它是XML加密語法的核心。元素從抽象類型派生，與元素一起用來將加密密鑰從發(fā)起方傳送到已知的接收方。元素描述的加密數(shù)據(jù)可以是根元素對應(yīng)的非空樹、中間元素對應(yīng)的非空樹或葉子元素中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。
??? 采用元素對XML數(shù)據(jù)進行加密的過程，就是以元素替換XML文檔中的相應(yīng)非空樹的過程。根據(jù)被加密元素在原XML中的層次關(guān)系，加密后的 元素可能成為新的XML文檔的根元素的子元素，但一個元素不能是另一個元素的父元素或子元素，即元素不能嵌套使用。在應(yīng)用中，若需要對元素中的內(nèi)容進行加密，則元素將作為的子元素進行替代。
4 XML文檔加密實現(xiàn)
??? 使用對稱加密算法3DES對XML文件進行加密首先要使用XML 的DOM編程接口技術(shù)選擇需要加密的內(nèi)容，然后使用加密算法對其進行加密。
??? 清單１：
???
???
??? ……
????
?? ???????? 123456789?
??????????? 2007-2-26?
　?????
???
??? 清單1給出了企業(yè)會員信息的XML形式樣例。其中，會員卡號是屬于保密信息，需采用加密方法進行加密。
??? 清單2：
??? ……
??? XmlDocument xmlDoc = new XmlDocument();
??? xmlDoc.PreserveWhitespace = true;
??? xmlDoc.Load("Example.xml");
??? TripleDESCryptoServiceProvider tDESkey = new TripleDES
???????? CryptoServiceProvider();
??? TrippleDESDocumentEncryption xmlTDES = new TrippleDES
???????? DocumentEncryption(xmlDoc， tDESkey);
??? xmlTDES.Encrypt("creditcard");
??? 清單2是XML文檔相關(guān)信息的加密實現(xiàn)。首先，將Example.xml文件讀入，通過創(chuàng)建用戶自定義類，傳入?yún)?shù)Creditcard進行加密。如果要加密XML文件中的其他元素或節(jié)點，可以結(jié)合使用XPath表達式定位該節(jié)點。微軟在.NET框架中擴展了W3C的DOM標(biāo)準(zhǔn)，對XmlNode對象提供了OuterXml、InnerXml和InnerText三個屬性，分別用來表示當(dāng)前節(jié)點和它所有子節(jié)點的XML標(biāo)記。
??? 清單3：
??? protected XmlDocument docValue;
??? protected TripleDES algValue;
??? public XmlDocument Doc { set { docValue = value; } get
??????? { return docValue; } }
??? public TripleDES Alg { set { algValue = value; } get {
??????? return algValue; } }
??? public TrippleDESDocumentEncryption(XmlDocument Doc，?
??????? TripleDES Key)
????{if (Doc != null) docValue = Doc;
?????? else throw new ArgumentNullException("Doc");
?????? if (Key != null) algValue = Key;
?????? else throw new ArgumentNullException("Key");　　}
??? 清單3列出了Tripple- DESDocumentEncryption類的具體實現(xiàn)。在清單3的基礎(chǔ)上加入XML文檔的輸入及輸出，即成為一個完整的XML加密程序。經(jīng)過加密的XML文檔發(fā)送到接收方后，使用相同的密鑰按相同的算法就能進行解密，解密過程與加密過程正好相反。
?　?清單4：
????public static void Decrypt(XmlDocument Doc， Symmetric
???????? Algorithm Alg， string KeyName)
??? {?EncryptedXml exml = new EncryptedXml(Doc);
???????? exml.AddKeyNameMapping(KeyName，Alg);
???????? exml.DecryptDocument();　　}
??? 清單4列出了XML解密過程的核心算法。其中，參數(shù)Doc指向XML密文；Alg存儲解密該XML密文所需要的3DES Key；字符型變量KeyName說明該密鑰的名稱。
??? 清單5：
???
???
??????? Wang Jun
??????? 02512345678
??????? wangjun@sohu.com
????????
???????
???????
??????? QWU8DkJHdmHS2frkeFj414F+b85EQ
???????????? ……?t5ml0DpqO /CipherValue>
???????
??????? ??
??? 清單5是加密元素后的XML 文件。在加密后的XML文件中，整個元素都被元素取代，加密后的數(shù)據(jù)以Base-64編碼格式存放于元素的子元素內(nèi)。
??? 屬性被指定為媒介類型，本例是對整個元素進行加密的明文替換，所以使用了http:// www.w3.org/2001/04/xmlenc#Element作為屬性值。元素是的一個子元素，其主要功能是識別加密算法和可能的輔助參數(shù)，如密鑰長度、填充長度、加密模式等。加密算法用URI標(biāo)識符表示。在本例中通過URI表示使用了tripledes加密，并使用CBC進行填充。
??? 本文以XML文檔的文檔結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，運用3DES對稱加密算法實現(xiàn)了基于XML文檔的數(shù)據(jù)加密與解密，實現(xiàn)了對XML文檔內(nèi)部相關(guān)信息的加密，把加密粒度細化到XML文檔元素和屬性級別，同時還實現(xiàn)了對同一文檔的不同信息部分實施不同的XML安全策略，使得同一文檔加密后對不同的用戶可以呈現(xiàn)不同視圖，這對與XML相關(guān)的安全領(lǐng)域應(yīng)用很有意義。
參考文獻
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