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1、6月PKI與Web Services Security標準與應用研究前言自可延伸性標示語言XML（Extensible Markup Language）出現以來，其開放性的標準讓各個不同系統間能夠互相交換資料，同時也讓各個程式間能夠互相通訊。程式設計師在不同作業系統、運用不同程式語言所寫的程式也可以运用XML的互通性達到軟體互通的地步。事實上，這樣的概念已經在網路上运用HTML格式讓網站內容可以在各個平台和軟體上顯現。而現在只要运用Web Services，各個程式間可以运用XML資料來互相存取、交換資料。Web Services的威力就在於它运用了XML的互通性和延伸性，使其相結合並達到許多
2、複雜的作用，一個提供簡單服務的程式可以运用Web Services來交談，並達到傳送複雜的加值服務。在使用Web Services從事商業行為時，對訊息內容的安全性無疑地是一大考量。因此鑑定和授權即為兩項重要的關鍵所在。以目前網路安全性中的加解密和身份認證技術來說，公開金鑰基礎建設（Public Key Infrastructure，PKI）提供了完整且緊密的安全性方案，涉及公開金鑰的加解密、數位簽章、數位憑證等。运用PKI和Web Services技術的相結合，可以提供在Web Services交易行為中的安全性、鑑別性、整合性，以及不可否認性。PKI在各國的建置工作早已如火如荼的展開，我國
3、也已經展開政府PKI的建置，且已完毕部分CA的建置工作。欲發展網路上的商業行為，對於安全性的建置工作為一方面必要條件。第一章、PKI與Web Services Security的技術Web Services的技術標準Web Services的核心技術標準是由全球資訊網聯盟（World Wide Web Consortium，W3C）所制訂，涉及WSDL（Web Services Description Language）、SOAP（Simple Object Access Protocol）等核心技術。Web Services的成功應歸功於XML的互通性與可擴展性，W3C於9月即著手制訂XML
4、的通訊協定，运用XML的互通性作為各個應用與應用間通訊之用。1月，W3C成立Web Services Activity，並將原本制訂XML通訊協定的XML Protocol Activity納入，使其研究範圍延伸至Web Services領域。Web Services Activity下的XML Protocol WG即負責制訂Web Services的通訊協定標準，最新的通訊協定標準為SOAP 1.2版。在Web Services的架構中，交易雙方运用SOAP通訊協定傳輸交易訊息時，其內容為一般明文格式，意謂著訊息內容可以被有心人士所攔截並窺視。因此，在傳輸SOAP訊息時，對於具有機密性的資
5、料應該作加密的動作。對稱式加密法加密演算法使用的金鑰加密演算法可分為兩種，一種為對稱式金鑰加密法（Symmetric Key Encryption）、另一為非對稱式金鑰加密法（Asymmetric Key Encryption）或稱為公開金鑰加密法（Public Key Encryption）。前者所使用之加密及解密之金鑰，為相似一把金鑰，意指使用相似一組密碼來加解密。使用對稱式金鑰加密的好處在於其加解密速度快，不會對系統產生太大的負擔，因此若雙方都握有同一把對稱式金鑰，則可對訊息傳送做加解密的動作。非對稱式加密法公開金鑰加密法則是採用兩把不同的金鑰，一把稱為公開金鑰，另一把稱為私密金鑰（Pr
6、ivate Key），意即公開金鑰為公開對外，而私密金鑰則不可公開。在公開金鑰演算法中，以私密金鑰加密的資訊只能由相關的公開金鑰所解密，反之亦然。因此當某甲运用某乙的公開金鑰對訊息加密後，只有某乙可以运用其私人所有的私密金鑰將此訊息解密，因此可以保證某甲欲傳送給某乙的訊息只有某乙可以看到。反之，當某乙运用其唯一的私密金鑰對某個文献加密後，任何人都可以用某乙所公開的公開金鑰對此文献解密，因此可以確定此文献確為某乙加密。由此可知公開金鑰的優點在於其安全性和鑑別性高；但是，由於公開金鑰演算法複雜度高，因此其加解密速度比對稱式金鑰演算法要緩慢許多。故一般加密技術都將兩種金鑰技術合併使用。建立Web S
7、ervices Security建立Web Services Security可以採用前述加解密的方式，也可以採用SSL（Secure Socket Layer）的方式。但使用SSL的問題是SSL只能使用HTTP（Hyper Text Transmission Protocol）通訊協定，而不能用在其她傳輸協定如SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）等。此外，使用SSL會產生較大的負荷，因為SSL會對整個SOAP訊息都做加密的動作。因此，另一項方案就是只針對SOAP訊息中需要加密的部分做加密，除可以減少處理
8、時間外，也不會受到傳輸通訊協定的限制。雖然W3C的Web Services Activity在制訂SOAP時，並未提供安全性的要素，但在SOAP訊息的封裝中可以运用XML的延伸性，將金鑰封裝至SOAP訊息中，提供在Web Services訊息中傳送公開金鑰和數位簽章。此外，微軟、IBM及VeriSign也於4月聯合發表網路服務安全規格（WS-Security）。規格中整合了微軟與IBM先前所分別訂定的不同安全規格，後面章節將會針對在Web Services的SOAP訊息中如何加入憑證資訊的技術與應用作說明。此外，在3月，由VeriSign、Microsoft、webMethods三家公司也共同
9、制訂出一項XML金鑰管理規格（XML Key Management Specification，XKMS），其結合XML的互通性和PKI的安全性，並提供某些措施讓應用能夠管理並使用公開金鑰來交換資料。第二章、Web Services中SOAP訊息的安全性特定應用W3C組織的Web Services Activity所制訂的SOAP 1.2版的Messaging Framework文献中，對於SOAP的安全性考量表达，SOAP的訊息架構中並不直接提供控制存取（Access Control）、機密性（Confidentiality）、整合性（Integrity）、和不可否認性（Non-repudi
10、ation）等機制。若需使用上述機制，則需要使用SOAP所提供的延伸功能，稱為SOAP可延伸性模式（SOAP Extensibility Model）。SOAP提供了SOAP訊息架構的可延伸模式，讓SOAP訊息的實作者可以在訊息中增长可信賴性、安全性、關連性、路由，及訊息交換格式。此外，SOAP訊息架構的規格中亦強烈建議SOAP訊息的實作者應該要在SOAP的訊息中加入可信賴的功能，而SOAP訊息的接受者則應該判斷其所接受的訊息的可靠度。SOAP可以將應用所定義的資料放在訊息格式的標頭區塊（Header Blocks）或是本體的內容（Body Contents）中，SOAP訊息的封裝格式如下圖一
11、：對加密籌載物（Payload）的請求當傳送者欲對籌載物加密並傳送訊息給接受者時，傳送端的應用會將資料加密，封裝至SOAP訊息中傳送給接受者。而當資料抵達接受端時，接受端的應用也许會使用相似的方式解密，亦即可使用對稱式金鑰來對訊息作加解密。當應用欲對內容加密時，會隨機產生一組對稱式金鑰，並用此金鑰對內容加密，由於對稱式加密法的速度快，因此不會對系統產生太大負擔。但是接受端的應用並不懂得這把對稱式金鑰的值，因此接受端需將此把金鑰封裝至SOAP訊息中，並使用接受端的公開金鑰對此對稱式金鑰加密，以確保只有接受端可以使用這把對稱式金鑰。在SOAP訊息中需涉及公開金鑰資訊、加密過的對稱式金鑰、加密內文等
12、。本例為將加密的資料置入內文中的封裝格式。表一為原始訊息，表二則為對表一的原始訊息加密後的檔案，原始訊息中各標籤說明如下： ：說明本XML文献版本為XML 1.0版。 ：定義的封裝（Envelope）標籤，由於SOAP訊息採用封裝方式，因此此標籤為最上層的標籤。標籤中的“xmlns:env=http.”定義了前置文字（Prefix）env的XML名稱空間（Namespace）的網址。 ：使用的內文（Body）標籤。 ：為本例所欲加密的資料，其中的“xmlns: m =http”定義了此前置文字m的名稱空間所在。 在表一中，加密的目標為在內文中的標籤中的資料。而在表二中，新增了的標頭標籤，其中新
13、增了許多對加密演算法、金鑰名稱、金鑰訊息的敘述。而原本在標籤中的資料，經過加密後已被 所取代。其標頭中的各標籤說明如下： ：使用的標頭（Header）標籤。 ：為SOAP通訊協定所定義的加密說明標籤，其中的“xmlns:sec=http”定義了此前置文字sec的名稱空間所在。 ：此標籤中擁有標籤，用以指向加密資料的URI位置，在這裡使用指向ID的方式，所指向的ID放在內文標籤中做說明。 ：由於加密資料時會使用臨時產生的對稱式金鑰對資料加密，並再以訊息接受者所擁有的公開金鑰對此對稱式金鑰加密，此標籤即為對此公開金鑰的描述。其中“xmlns: xenc =http”定義了此前置文字xenc的名稱空
14、間所在。另涉及ID、文献中使用的對稱式金鑰名稱（CarriedKeyName）、和訊息的收受者（Recipient）等多項屬性。 ：說明加密演算法的位置。 ：公開金鑰的相關描述。其中的“xmlns:ds=http”定義了此前置文字ds的名稱空間所在。此標籤中的子標籤說明了公開金鑰的名稱。 內文標籤的說明如下： ：此標籤取代原本的標籤。其中定義此加密資料的ID為“encrypted-body-entry”，供標頭做指向。 ：此標籤的子標籤的對稱式金鑰為實際對資料作加密的金鑰。事實上這裡所敘述的金鑰也為密碼形式，已經被前述的“someone的RSA公開金鑰”所加密，以此保證只有“someone”本人可以使用這把對稱式金鑰。 ：此標籤的子標籤中為已被對稱式金鑰加密的資料。 訊息標頭和籌載物的加密另一個應用案例為，當兩個交易伙伴在交換訊息時欲對訊息標頭、路由標頭、籌載物進行數位簽章，並對此做簽章驗證。欲傳送訊息者或是送出請求的應用可以對籌載物做數位簽章，而訊息傳送處理器則對訊息標頭、路由標頭做數位簽章。當兩個應用使用加密的籌載物進行通訊時，籌載物並不會對SOAP的處理層（Processing Layer）產生影響，SOAP的處理層會負責對標頭或是籌載物的簽章或是加密的動作。如下圖三所示，傳送端和接受端之間會由傳送端的訊息簽章處
