基于ＰＫＩ的電子商務信息安全性研究
[摘 要]針對電子商務中信息的機密性和完整性要求,文章提出了一種基于PKI機制的公鑰加密解決方法文章首先先容了PKI的定義和功能,接著先容了公鑰密碼系統的加密算法,然后重點闡述了確保信息機密性和完整性的應用模型,從而為電子商務的信息安全提供了理論基礎[關鍵詞]電子商務;PKI;公鑰密碼系統
前 言
電子商務(E-Commerce)是在Internet開放的網絡環境下,基于瀏覽器服務器的應用方式,實現消費者的網上購物商戶之間的網上交易和在線電子支付的貿易運營模式最近幾年,電子商務以其便利快捷的特點迅速發展起來,但是安全題目一直是阻礙其發展的關鍵因素固然PKI的研究和應用為互聯網絡安全提供了必要的基礎設施,但是電子商務信息的機密性和完整性仍然是迫切需要解決的題目,本文針對這一題目展開了深進研究并提出了解決方法
1 PKI的定義和功能
PKI——公鑰基礎設施,是構建網絡應用的安全保障,專為開放型大型互聯網的應用環境而設計PKI是對公鑰所表示的信任關系進行治理的一種機制,它為Internet用戶和應用程序提供公鑰加密和數字簽名服務,目的是為了治理密鑰和證書,保證網上數字信息傳輸的機密性真實性完整性和不可否認性,以使用戶能夠可靠地使用非對稱密鑰加密技術來增強自己的安全水平PKI的功能主要包括:公鑰加密證書發布證書確認證書撤銷
2 公鑰密碼系統
由于PKI廣泛應用于電子商務,故文章重點放在討論RSA公鑰密碼系統上RSA的安全性是基于數論和計算復雜性理論中的下述論斷:求兩個大素數的乘積在計算上是輕易的,但若分解兩個大素數的積而求出它的因子則在計算上是困難的,它屬于NPI類
2. 1RSA系統
RSA使用的一個密鑰對是由兩個大素數經過運算產生的結果:其中一個是公鑰,為眾多實體所知;另外一個是私鑰,為了確保其保密性和完整性,必須嚴格控制并只有其所有者才能使用RSA加密算法的最基本特征就是用密鑰對中的一個密鑰加密的消息只能用另外一個解密,這也就體現了RSA系統的非對稱性RSA具有加密和數字簽名功能RSA產生公鑰/私鑰對加解密的過程如下:
2. 1. 1產生一個公鑰/私鑰對
(1)選取兩個大素數p和q,為了獲得最大程度的安全性,兩個數的長度最好相同兩個素數p和q必須保密
(2)計算p與q的乘積:n =p*q
(3)再由p和q計算另一個數z = (p-1)*(q-1)
(4)隨機選取加密密鑰e,使e和z互素
(5)用歐幾里得擴展算法計算解密密鑰d,以滿足e*d = 1mod(z)
(6)由此而得到的兩組數(n,e)和(n,d)分別被稱為公鑰和私鑰
2. 1. 2加密/解密過程
RSA的加密方法是一個實體用另外一個實體的公鑰完成加密過程,這就答應多個實體發送一個實體加密過的消息而不用事先交換秘密鑰或者私鑰,并且由于加密是用公鑰執行的,所以解密只能用其對應的私鑰來完成,因此只有目標接受者才能解密并讀取原始消息
在實際操縱中,RSA采用一種分組加密算法,加密消息m時,首先將它分成比n小的數據分組(采用二進制數,選取小于n的2的最大次冪),加密后的密文c,將由相同長度的分組ci組成加密公式簡化為:
ci =mie(modn)
即對于明文m,用公鑰(n,e)加密可得到密文c:
c = memod n ,其中m = {mi|i=0,1,2,…},c= (ci|i=0,1,2,…)
解密消息時,取每一個加密后的分組ci并計算:mi=ci d(mod n),便能恢復出明文即對于密文c,用接收者的私鑰(n,d)解密可得到明文m:
m = cd mod nm = {mi|i=0,1,2,…},c= (ci|i=0,1,2,…)
2. 1. 3數字簽名
RSA的數字簽名是加密的相反方式,即由一個實體用它的私鑰將明文加密而天生的這種加密答應一個實體向多個實體發送消息,并且事先不需交換秘密鑰或加密私鑰,接收者用發送者的公鑰就可以解密
RSA的數字簽名過程如下:
s = md mod n , 其中m是消息,s是數字簽名的結果,d和n是消息發送者的私鑰
消息的解密過程如下:
m = se mod n , 其中e和n是發送者的公鑰
2. 1. 4散列(Hash)函數
MD5與SHA1都屬于Hash函數標準算法中兩大重要算法,就是把一個任意長度的信息經過復雜的運算變成一個固定長度的數值或者信息串,主要用于證實原文的完整性和正確性,是為電子文件加密的重要工具一般來說,對于給出的一個文件要算它的Hash碼很輕易,但要從Hash碼找出相應的文件算法卻很難Hash函數最根本的特點是這種變換具有單向性,一旦數據被轉換,就無法再以確定的方法獲得其原始值,從而無法控制變換得到的結果,達到防止信息被篡改的目的由于Hash函數的這種不可逆特性,使其非常適合被用來確定原文的完整性,從而被廣泛用于數字簽名
2. 2對稱密碼系統
對稱密碼系統的基本特點是解密算法就是加密算法的逆運算,加秘密鑰就是解秘密鑰它通常用來加密帶有大量數據的報文和問卷通訊的信息,由于這兩種通訊可實現高速加密算法在對稱密碼系統中發送者和接收者之間的密鑰必須安全傳送,而雙方實體通訊所用的秘密鑰也必須妥善保管
3 應用模型
利用公鑰加密系統可以解決電子商務中信息的機密性和完整性的要求,下面是具體的應用模型在本例中,Alice與Bob兩個實體共享同一個信任點,即它們使用同一CA簽發的數字證書因此,它們無需評價信任鏈往決定是否信任其他CA
3. 1預備工作
(1)Alice與Bob各自天生一個公鑰/私鑰對;
(2)Alice與Bob向RA(代理機構)提供各自的公鑰名稱和描述信息;
(3)RA審核它們的身份并向CA提交證書申請;
(4)CA格式化Alice和Bob的公鑰及其他信息,為Alice和Bob分別天生公鑰證書,然后用自己的私鑰對證書進行數字簽名;
(5)上述過程的結果是,Alice與Bob分別擁有各自的一個公鑰/私鑰對和公鑰證書;
(6)Alice與Bob各自天生一個對稱秘密鑰
現在,Alice和Bob擁有各自的一個公鑰/私鑰對,由共同信任的第三方頒發的數字證書以及一個對稱密鑰
3. 2處理過程
假設現在Alice欲發送消息給Bob,并且要求確保數據的完整性,即消息內容不能發生變動;同時Alice和Bob都希看確保信息的機密性,即不容許除雙方之外的其他實體能夠查看該消息完成這樣要求的處理過程如下:其中步驟1~5說明Alice加密消息過程;步驟6~10說明Bob解密消息的過程 (1)Alice按照雙方約定的規則格式化消息,然后用Hash函數取得該消息的散列值,該值將被用來測試消息的正當性和完整性
(2)Alice用私鑰對消息和散列值進行簽名(加密)這一簽名確保了消息的完整性,由于Bob以為只有Alice能夠天生該簽名,這是由于只有Alice能夠使用自己的私鑰為該消息簽名值得留意的是:現在任何有權訪問Alice公鑰的實體都能解密該被簽名的消息,所以我們僅僅是保證了消息的完整性,而沒有確保其機密性
(3)由于Alice和Bob之間想保持消息的機密性,所以Alice用它的對稱秘密鑰加密被簽名的消息和散列值這一對稱秘密鑰只有Alice和Bob共享而不被其他實體所用留意,在本例中,我們使用了一個對稱秘密鑰,這是由于對于加密較長消息諸如訂購信息來說,利用對稱加密比公鑰加密更為有效
(4)Alice必須向Bob提供它用來給消息加密的對稱秘密鑰,以使得Bob能夠用其解密被Alice加密過的消息Alice用Bob的公鑰將自己的對稱秘密鑰簽名(加密),這里我們假設Alice事先已經獲得Bob的公鑰,這樣就形成了一個數字信箋,并且只有Bob才能將其打開(解密),由于只有Bob能夠訪問用來打開該數字信箋的私鑰留意,一個公鑰/私鑰對中,用其中一個密鑰加密的信息只有用另外一個密鑰才能解密這就為Alice向Bob傳輸對稱秘密鑰提供了機密性
(5)Alice發送給Bob的信息包括它用對稱秘密鑰加密的原始消息和散列值,以及用Bob公鑰加密的包含Alice的對稱秘密鑰的數字信箋圖1描述了Alice使用數字簽名向Bob發送消息(步驟1~5)
(6)Bob用它的私鑰打開(解密)來自于Alice的數字信箋完成這一過程將使Bob獲得Alice以前用來加密消息和散列值的對稱秘密鑰
(7)Bob現在可以打開(解密)用Alice的對稱秘密鑰加密的消息和散列值解密后Bob得到了用Alice的私鑰簽名的消息和散列值
(8)Bob用Alice的公鑰解密簽名的消息和散列值留意,一個公鑰/私鑰對中,用其中一個密鑰加密的信息只有用另外一個密鑰才能解密
(9)為了證實消息沒有經過任何改動,Bob將原始消息采用與Alice最初使用的完全一致的Hash函數進行轉化
(10)最后,Bob將得出的散列值與它從所收消息中解密出來的散列值對比,若二者相同,則證實了消息的完整性圖2描述了Bob解密和對比散列值的過程(步驟6～10)
3. 3實現方法
采用Java語言實現系統,Java語言本身提供了一些基本的安全方面的函數,我們可以在此基礎上實現更為復雜和有效的應用系統系統中主要的類實現如下:
(1)Data Encryption類該類主要實現明文向密文的轉換,依據RSA算法的規則實現非對稱加密,其中密鑰長度為128位每次可加密數據的最大長度為512字節,因此對于較長數據的加密需要劃分適當大小的數據塊
(2)Data Hash類該類完成對所要加密消息產生對應的散列值,對于不同的消息,散列值是不相同的可以借助Java中提供的Hash函數來實現
(3)Data Decryption類該類主要實現密文向明文的轉換,依據依據RSA算法的規則,利用加密方的公鑰對密文進行解密,并將解密后的明文按序排好
4 結束語
文章以PKI理論為基礎,利用公鑰密碼系統確保了電子商務過程中所傳輸消息的完整性,使用對稱加密系統實現對較長消息的加密,并保證了消息的機密性文章的理論研究和實現方法,對于保障電子商務活動中消息的完整性和機密性具有重要的指導意義
主要參考文獻
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