數(shù)字圖書館中XML數(shù)據(jù)安全的研究論文
隨著數(shù)字圖書館全方面網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的提供,數(shù)字圖書館中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問安全變得越來越重要。數(shù)字圖書館中的元數(shù)據(jù)可以通過XML語言描述,XML作為數(shù)據(jù)交換的規(guī)范已經(jīng)在數(shù)字圖書館中進(jìn)行了應(yīng)用。通過對(duì)XML數(shù)據(jù)安全進(jìn)行分析,使用XML加密和數(shù)字簽名技術(shù)可以確保數(shù)字圖書館在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境下的數(shù)據(jù)信息安全。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,各種數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、表達(dá)和檢索等要求越來越高。伴隨著數(shù)據(jù)信息深層次處理要求的不斷提高,可擴(kuò)展標(biāo)記語言(Extensible Markup Language,XML)應(yīng)運(yùn)而生。XML是一種基于SGML標(biāo)準(zhǔn)簡單靈活的語言,并得到了W3C(World Wide Web,聯(lián)合組織)的認(rèn)可。XML解決了HTML的諸多問題,被認(rèn)為是第二代因特網(wǎng)信息組織的格式標(biāo)準(zhǔn)。目前,XML技術(shù)已經(jīng)被業(yè)界廣泛的接受,并成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中事實(shí)上的數(shù)據(jù)表達(dá)和數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn),在Web服務(wù)、數(shù)字圖書館、以及電子商務(wù)中得到了應(yīng)用。
1 XML技術(shù)與數(shù)字圖書館
1.1 XML技術(shù)對(duì)數(shù)字圖書館的影響XML技術(shù)對(duì)數(shù)字圖書館的影響,有以下3個(gè)方面:(1)XML是一種對(duì)信息資源的結(jié)構(gòu)化描述,其功能用來規(guī)定數(shù)字化信息組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),因而可以描述各種類型的信息資源。XML與元數(shù)據(jù)的發(fā)展不可分割,利用XML可以生成各種用于不同目的元數(shù)據(jù)。XML允許用戶自定義標(biāo)記集,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化文獻(xiàn)定制,這些標(biāo)記集能用超越標(biāo)準(zhǔn)HTML的元素類型表達(dá)特殊信息。從數(shù)字圖書館的角度來看,元數(shù)據(jù)是數(shù)字圖書館信息描述的方法,為數(shù)字化信息的發(fā)現(xiàn)、存儲(chǔ)、組織、共享和檢索奠定了基礎(chǔ)。利用XML可以生成各種用于不同目的的元數(shù)據(jù),如:導(dǎo)航圖、內(nèi)容評(píng)價(jià)、流路徑、定義和著者等,由此可見,用XML語法寫成的元數(shù)據(jù)將為數(shù)字圖書館建設(shè)做出很大貢獻(xiàn)。(2)XML有利于不同系統(tǒng)之間信息交換,能夠方便的將圖書館數(shù)字化建設(shè)中用到的各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。XML不僅支持字符集Unicode,而且支持開放性文本,因此,數(shù)據(jù)自我描述和獲取不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的操作非常方便。XML數(shù)據(jù)方便信息的獲取和利用,便于各種數(shù)字資源的整合。(3)XML使Web信息發(fā)布方式發(fā)生了變化。XML的良構(gòu)性和可擴(kuò)展性使得對(duì)Web結(jié)構(gòu)化信息管理成為可能,使得圖書館參與網(wǎng)絡(luò)信息資源組織和整理的環(huán)境更為有利。XML對(duì)圖書館館藏信息資源的描述和發(fā)布產(chǎn)生的影響將改變圖書館基于MARC格式的書目數(shù)據(jù)形式。MARC格式提供了對(duì)不同文獻(xiàn)對(duì)象進(jìn)行著錄的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),但該標(biāo)準(zhǔn)卻阻礙了圖書館書目數(shù)據(jù)資源融入網(wǎng)絡(luò)信息資源,參與網(wǎng)絡(luò)信息流通,通過XML技術(shù)可以有效的解決這一問題。
1.2 數(shù)字圖書館的數(shù)據(jù)安全隨著數(shù)字圖書館建設(shè)的步伐加快,圖書館開展了全方位的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)。由于以Internet為基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身存在的安全隱患,加之圖書館網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放性、復(fù)雜性和用戶的多樣性,使得圖書館網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)極易受到駭客的攻擊、病毒的侵襲和合法用戶的誤操作等。數(shù)字圖書館系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要是元數(shù)據(jù)、對(duì)象數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)所面臨的威脅主要有:數(shù)據(jù)泄露或丟失,非法竊取,修改或重發(fā),非授權(quán)用戶訪問等。數(shù)據(jù)的安全主要表現(xiàn)在:如何確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性、可用性、可控性和可審查性等特征。確保數(shù)據(jù)安全的方法:依靠操作系統(tǒng)的訪問控制功能實(shí)現(xiàn),采用用戶身份認(rèn)證來實(shí)現(xiàn),通過數(shù)據(jù)加密技術(shù)來實(shí)現(xiàn)等。目前,在數(shù)字圖書館中元數(shù)據(jù)大都可以通過XML語言來描述,而且在數(shù)字圖書館資源使用過程中多數(shù)都以XML文檔作為數(shù)據(jù)對(duì)象在服務(wù)器和瀏覽器之間傳輸,XML是Internet交換數(shù)據(jù)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。因此,只有解決了XML數(shù)據(jù)的安全問題,XML才能得到更廣泛的應(yīng)用,數(shù)字圖書館的數(shù)據(jù)安全才能有所保證。
2 XML數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)
2.1 XML數(shù)據(jù)加密W3C的加密方案規(guī)定了把XML數(shù)據(jù)明文加密產(chǎn)生密文以及對(duì)密文解密恢復(fù)XML數(shù)據(jù)明文的過程。XML加密包括加密語法和處理規(guī)則兩部分,前者描述加密數(shù)據(jù)的表示形式,后者描述加密的處理過程。XML數(shù)據(jù)加密根據(jù)加密粒度可分為:加密XML文檔,加密XML元素,加密XML元素內(nèi)容。XML數(shù)據(jù)加密的過程:將XML文檔轉(zhuǎn)換成為一個(gè)DOM(Document Object Model,文檔對(duì)象模型)對(duì)象,標(biāo)記要加密的內(nèi)容并記錄其位置,加密相關(guān)內(nèi)容,將加密內(nèi)容封裝成標(biāo)準(zhǔn)的XML文擋。XML加密數(shù)據(jù)的一般格式如下:EncryptedData是密封加密數(shù)據(jù)和解密所需相關(guān)信息的最外層元素,它包含了4個(gè)關(guān)鍵子元素:(1)EncryptionMethod:使用XML加密規(guī)范中定義的算法標(biāo)識(shí)符描述采用的加密算法。(2)ds:KeyInfo:提供用于加密和解密數(shù)據(jù)的對(duì)稱密鑰。(3)CipherData:包含或引用實(shí)際的加密數(shù)據(jù)。(4)EncryptionProperties:提供了應(yīng)用程序?qū)Ｓ玫母郊有畔ⅰ? 2.2 XML簽名規(guī)范當(dāng)對(duì)XML數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和訪問時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的偽裝、篡改和抵賴等,數(shù)字簽名是確保數(shù)據(jù)安全的一種常用方法。XML簽名規(guī)范是W3C為了對(duì)敏感的數(shù)據(jù)通過會(huì)話密鑰或公、私密鑰進(jìn)行加密而定義的數(shù)字簽名進(jìn)程和XML文檔結(jié)構(gòu)的規(guī)則。XML簽名提供了靈活的數(shù)字簽名機(jī)制,不僅支持對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和消息整體的簽名,也支持對(duì)XML文檔或消息的部分進(jìn)行簽名,既支持公鑰數(shù)字簽名,也支持對(duì)稱密鑰的密鑰散列驗(yàn)證。XML數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)包括如何用XML和XML簽名命名空間來描述一個(gè)數(shù)字簽名。傳統(tǒng)的數(shù)字簽名技術(shù)其簽名對(duì)象是要簽署的文檔整體,不支持對(duì)文檔的.部分簽名。而XML數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)充分利用XML數(shù)據(jù)的強(qiáng)大表達(dá)能力和擴(kuò)展能力,增強(qiáng)了XML數(shù)字簽名的靈活性和擴(kuò)展性。XML簽名不僅可以對(duì)整個(gè)文檔進(jìn)行簽名,而且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)文檔的特定部分進(jìn)行簽名,并支持多重XML數(shù)字簽名。下面給出的是應(yīng)用XML簽名的示例:
Signature標(biāo)識(shí)了整個(gè)XML數(shù)字簽名,它包含了4個(gè)關(guān)鍵子元素:(1)SignedInfo:是簽字信息元素,整個(gè)XML簽名中最重要的核心元素,XML數(shù)字簽名對(duì)整個(gè)簽字信息元素簽字,它包含與簽字相關(guān)的所有信息。(2)SignatureValue:容納Base64編碼的簽字值。(3)KeyInfo:包括用來驗(yàn)證XML簽名的具體信息。(4)Object:包含XML簽名所需要的附加屬性。在XML簽名中,簽字元素(Signature)和數(shù)據(jù)對(duì)象的相對(duì)位置有3種:(1)封裝簽字:數(shù)據(jù)對(duì)象放在客體元素中,簽字元素就是數(shù)據(jù)對(duì)象的祖先元素。(2)被封裝簽字:簽字元素作為數(shù)據(jù)對(duì)象的子孫元素。(3)分離簽字:簽字元素與數(shù)據(jù)對(duì)象相分離。
2.3 XML密鑰管理規(guī)范W3C在2001年制定了XML密鑰管理規(guī)范(XML Key Management Specification,XKMS)。XML數(shù)據(jù)加密和數(shù)字簽名技術(shù)以公共密鑰基礎(chǔ)設(shè)施(Public Key Infrastructure,PKI)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)加密、解密、簽名和驗(yàn)證等操作。XKMS為訪問和集成PKI提出了解決方案。XKMS由VeriSign、微軟和webMethods共同制定,其主要功能包括:公鑰的登記、發(fā)布、撤銷、驗(yàn)證、管理和查詢。XKMS以Web服務(wù)的形式實(shí)現(xiàn),允許客戶端應(yīng)用程序訪問PKI功能,從而減少客戶端應(yīng)用程序的復(fù)雜性。XKMS由XML密鑰信息服務(wù)規(guī)范(XML Key Information Service Specification,X-KISS)和XML密鑰登記服務(wù)規(guī)范(XML Key Registration Service Specification,X-KRSS)兩部分組成。X-KISS定義了一種可用于驗(yàn)證互聯(lián)網(wǎng)上公鑰合法性的服務(wù)實(shí)現(xiàn)規(guī)范。使用X-KISS,應(yīng)用XML數(shù)據(jù)的用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)委托可信的第三方處理有關(guān)簽名認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密等服務(wù),包括提供其它客戶的加密公鑰,驗(yàn)證公鑰合法性等。X-KRSS定義了一種可通過互聯(lián)網(wǎng)接受公鑰登記、撤銷、恢復(fù)的服務(wù)規(guī)范。若一個(gè)XML應(yīng)用建立了一個(gè)密鑰對(duì),則可通過X-KRSS協(xié)議將公鑰部分及其它有關(guān)本人身份的信息發(fā)給可信第三方登記。XML數(shù)據(jù)加密和解密的原理如下:(1)接收方生成兩個(gè)非對(duì)稱密鑰,一個(gè)是公鑰,一個(gè)是私鑰。(2)發(fā)送方獲取接收方的公鑰,生成一個(gè)對(duì)稱密鑰,用對(duì)稱密鑰加密XML數(shù)據(jù)。(3)發(fā)送方使用接收方的公鑰加密生成的對(duì)稱密鑰,然后將加密的XML數(shù)據(jù)、加密的對(duì)稱密鑰結(jié)合在一起,生成一個(gè)XML文檔發(fā)送給接收方。(4)接收方使用非對(duì)稱密碼算法和自己保管的私鑰來解密對(duì)稱密鑰,然后用解密的對(duì)稱密鑰來解密XML數(shù)據(jù)。XML加密和XML數(shù)字簽名是兩個(gè)既獨(dú)立又緊密相關(guān)的技術(shù)。XML加密確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性,XML數(shù)字簽名確保數(shù)據(jù)的完整性和不可否認(rèn)性。
3 結(jié)束語在數(shù)字圖書館中應(yīng)該確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、訪問和交換的安全,XML數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)交換的規(guī)范已經(jīng)在數(shù)字圖書館中有了廣泛的應(yīng)用,W3C制定的XML數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)簽名技術(shù)可以在一定程度上確保數(shù)據(jù)的安全。XML數(shù)據(jù)安全技術(shù)在電子商務(wù),WEB服務(wù)中也有應(yīng)用。采用合理的加密算法,根據(jù)XML數(shù)據(jù)的加密技術(shù)和數(shù)據(jù)簽名規(guī)范實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖書館的數(shù)據(jù)安全在技術(shù)上是可行。隨著數(shù)字圖書館全方面網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的提供,數(shù)據(jù)安全將在以后的應(yīng)用中彰顯它的重要性。將XML加密和簽名技術(shù)結(jié)合起來,可以確保數(shù)字圖書館在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)安全。
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