數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了使人們對(duì)數(shù)字證書系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用情況得到進(jìn)一步的了解，實(shí)現(xiàn)數(shù)字證書應(yīng)用教學(xué)系統(tǒng)的完善，本文以Java為開發(fā)語言，開發(fā)出具有申請(qǐng)、簽發(fā)、掛失、加密、數(shù)字簽名等功能的數(shù)字證書系統(tǒng)。此數(shù)字證書系統(tǒng)的應(yīng)用，不但將存在于網(wǎng)絡(luò)中的信息泄密、用戶否認(rèn)等問題進(jìn)行有效的解決，而且促進(jìn)了使用者對(duì)數(shù)字證書系統(tǒng)直接、全面的了解。

關(guān)鍵詞：數(shù)字證書；設(shè)計(jì)方案；應(yīng)用原理

中圖分類號(hào)：TP393.08

自計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)以來，病毒、黑客、泄密、網(wǎng)絡(luò)攻擊等安全問題不斷涌現(xiàn)出來，經(jīng)常發(fā)生的數(shù)字證書偽造情況給一些用戶帶來了較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，人們也逐步加大了對(duì)數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)及技術(shù)的重視。為了數(shù)字證書應(yīng)用教學(xué)系統(tǒng)，本文利用計(jì)算機(jī)將數(shù)字證書的應(yīng)用進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，再將其應(yīng)用在實(shí)際的教學(xué)及學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)習(xí)者快速、有效掌握數(shù)字證書應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量的提高。

1 數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

在對(duì)數(shù)字證書的簽名、加密技術(shù)及原理進(jìn)行全面、深入研究的基礎(chǔ)上，通過利用RSA加密算法及MD5簽名算法，在Eclipse的開發(fā)環(huán)境下，以Java作為開發(fā)語言，以Microsoft SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，開發(fā)出數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)。

在本應(yīng)用系統(tǒng)中，有普通用戶及管理兩種登錄模式，以不同的模式登錄可進(jìn)入不同的模塊中，并對(duì)數(shù)字證書開展不同的操作。在普通用戶登錄模式下，可進(jìn)入數(shù)字證書申請(qǐng)、加密、掛失以及簽名這幾大模塊，而管理員登錄模式下，進(jìn)入的模塊有證書簽發(fā)、銷毀、處理掛失。使用本應(yīng)用系統(tǒng)的普通用戶可申請(qǐng)數(shù)字證書，在導(dǎo)出后，將其安裝在本地電腦，并利用數(shù)字證書進(jìn)行數(shù)字簽名，加密數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員可開展的操作有簽發(fā)用戶申請(qǐng)的證書、銷毀違規(guī)使用或過期的證書，以及處理掛失的證書[1]。數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)框架示意圖

2 數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用原理及實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)注冊(cè)界面

數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)的注冊(cè)界面模塊有效保證了一個(gè)用戶在證書的后續(xù)申請(qǐng)過程中，對(duì)應(yīng)的數(shù)字證書只有一個(gè)。在新用戶的注冊(cè)界面下，需要輸入證書的類型及號(hào)碼、用戶名、密碼等。在信息輸入過程中，選擇身份證作為確認(rèn)證件時(shí)，必須填寫合法的，且唯一的18位身份證號(hào)。系統(tǒng)在信息填寫成功后，會(huì)將新申請(qǐng)用戶的信息自動(dòng)加載到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

2.2 系統(tǒng)登錄界面

系統(tǒng)的登陸界面有普通用戶與管理員兩種登錄模式。用戶在根據(jù)自身需求選擇登錄模式后，將信息填寫在用戶名及密碼這兩欄中。系統(tǒng)采用update方法參數(shù)提取數(shù)據(jù)庫信息，并將其與用戶所填信息進(jìn)行比較，兩者一致時(shí)則進(jìn)入系統(tǒng)成功，如果不一致，則發(fā)出“用戶名或密碼錯(cuò)誤”的提示，并要求用戶重新輸入用戶名及密碼[2]。

2.3 數(shù)字證書申請(qǐng)界面

在證書申請(qǐng)模塊，已登錄成功的用戶還需輸入證書申請(qǐng)所需的信息。在此應(yīng)用系統(tǒng)中，能夠申請(qǐng)、導(dǎo)出安裝證書，并進(jìn)行加密簽名操作。在此模塊下，采用genkey命令將證書及密鑰一同存儲(chǔ)帶密鑰倉中，并利用update函數(shù)將數(shù)字證書加載到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行統(tǒng)一管理。

完成數(shù)字證書的申請(qǐng)步驟后，便是等待管理員的審核通過。普通用戶在管理員簽發(fā)證書后，有權(quán)利導(dǎo)出證書。在用戶將證書導(dǎo)出的過程中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)普通用戶的別名在密鑰倉中將申請(qǐng)時(shí)填寫的信息找出，并通過利用X.509標(biāo)準(zhǔn)將用戶信息以完整的形式進(jìn)行保存。完成這些操作后，普通用戶便可選擇相應(yīng)的保存路徑將證書進(jìn)行保存，在保存文件時(shí)，用戶可隨意填寫文件名，文件的類型為.cer。普通用戶最后便可本地安裝數(shù)字證書，并開展后續(xù)的加密、簽名等操作。

2.4 數(shù)字證書加密及解密界面

由于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中存在竊取的風(fēng)險(xiǎn)，因而需要采取加密等信息安全保護(hù)手段。加密技術(shù)是利用公鑰將信息數(shù)據(jù)編程亂碼，進(jìn)行加密后得到相應(yīng)的密文，利用證書的私鑰則可解密密文。通過將加密前的信息數(shù)據(jù)與解密后的明文進(jìn)行比較，便可有效驗(yàn)證數(shù)字證書的公鑰及私鑰是否有效。

數(shù)字證書在經(jīng)過管理員的簽發(fā)后，可接受加密及解密操作。在此界面模塊，普通用戶將自己證書的別名及密碼輸入后，便可在系統(tǒng)“待加密消息”一欄中，填寫證書中需要加密的消息，然后點(diǎn)擊加密按鈕，系統(tǒng)便會(huì)加密此項(xiàng)消息，點(diǎn)擊解密按鈕便或逆時(shí)針進(jìn)行解密操作。在證書加密及解密界面模塊中，RSA加密算法為其主要的信息加密算法。

2.5 系統(tǒng)數(shù)字簽名界面

在數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)字簽名具有確定信息發(fā)送者、防止傳輸文件遭到他人破壞等功能。本系統(tǒng)模擬了數(shù)字簽名在電子商務(wù)的技術(shù)，首先摘要原始文件，得到digest.dat摘要文件，其次通過利用數(shù)字證書的私鑰對(duì)摘要文件進(jìn)行數(shù)字簽名，得到Sign.dat簽名文件，最后利用數(shù)字證書的公鑰驗(yàn)證簽名文件，驗(yàn)證成功后，系統(tǒng)顯示“簽名正確”，驗(yàn)證不成功則顯示“簽名匹配錯(cuò)誤”。

系統(tǒng)簽名界面模塊通過MD5算法將原始文件整合成摘要，并利用私鑰將摘要加密成數(shù)字簽名，形成的數(shù)字簽名不僅能對(duì)用戶的真實(shí)在身份進(jìn)行確認(rèn)，而且還可充分保證信息完整、安全地進(jìn)行傳輸[3]。

2.6 管理員界面

數(shù)字證書的簽發(fā)、銷毀，以及掛失請(qǐng)求的處理等，為系統(tǒng)管理員界面模塊幾大主要功能。

在證書簽發(fā)模塊中，進(jìn)行審核、簽發(fā)以申請(qǐng)證書的操作，證書只有經(jīng)過簽發(fā)后，才進(jìn)行本地安裝、加密等應(yīng)用。在本系統(tǒng)中，經(jīng)過申請(qǐng)后的證書以flag值為0的形式將用戶所有的信息存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，管理員登陸界面后，便可查看申請(qǐng)的證書，通過點(diǎn)擊簽發(fā)按鈕便可實(shí)現(xiàn)證書的簽發(fā)。用戶保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)在簽發(fā)后，flag值便由0變?yōu)?。對(duì)于已簽發(fā)的證書，如果存在違規(guī)操作，或是超過了有效期，管理員則需對(duì)此類證書進(jìn)行銷毀。銷毀后的證書無法進(jìn)行其他操作，其flag值也會(huì)便1變?yōu)?。此外，如果有用戶申請(qǐng)掛失證書的情況，管理員也可通過數(shù)據(jù)庫對(duì)掛失請(qǐng)求進(jìn)行處理：在管理界面將所有申請(qǐng)掛失的證書列出，點(diǎn)擊掛失按鈕，彈出“掛失成功！”的對(duì)話框后，此證書flag值便會(huì)會(huì)由4變?yōu)?。此外，用戶在管理員更新數(shù)據(jù)的16秒內(nèi)可將掛失取消。

3 結(jié)束語

綜上可知，數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)具有靈活性強(qiáng)、操作簡單的優(yōu)勢，通過利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字證書的申請(qǐng)及管理進(jìn)行模擬，有效加密并鑒別了在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)，充分保證了信息的完整性及機(jī)密性，極大程度上減少了數(shù)字證書系統(tǒng)的探索成本。此外，由于系統(tǒng)的簡易性，促進(jìn)了學(xué)習(xí)者對(duì)數(shù)字證書應(yīng)用系統(tǒng)的深入學(xué)習(xí)和研究，加快其對(duì)數(shù)字證書技術(shù)及應(yīng)用方法的掌握，充分滿足業(yè)內(nèi)人士的實(shí)驗(yàn)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]許平.基于X.509標(biāo)準(zhǔn)的CA數(shù)字證書系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2011（09）：305-306.

[2]萬明明，許杰，鄭東.數(shù)字證書技術(shù)在圖書館網(wǎng)站身份認(rèn)證中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)圖書情報(bào)學(xué)刊，2011（02）：452-453.

[3]張萍，李國慶，解吉波.基于Expect數(shù)字證書自動(dòng)簽發(fā)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2011（03）：94-96.

作者簡介：王兵（1980.06-），女，吉林輝南人，講師，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)信息安全、圖形圖像處理及動(dòng)畫制作。

作者單位：遼寧行政學(xué)院，沈陽 110161