DSML及其加密与签名

邱培呸呸呸

摘要  DSML是一种基于XML和LDAP的标记语言。 DSML2.0用XML文档为应用程序建立一种标准方法，来读取、查询和更新目录，它能够定义运行在移动设备或PDA上的应用程序访问目录的方式，而且访问时无需专门的客户端。在实现DSML时，还必须考虑其安全性。在XML安全领域方面开发的规范有 XML 加密、XML 签名、XACL、SAML、XKMS。本文采用XML加密和签名来对DSML进行加密和数字签名。


关键词  DSML  LDAP  XML加密  XML签名


1  DSML简介
由于XML(Extensible Markup Language)使网络应用之间具有更好的互操作性，使网络管理员的工作更方便，使数据交换更简单，使重复利用内容更迅速，它的应用越来越广泛，已经成为一种用于因特网上交换数据非常有用的网络语言。LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）是访问信息服务的开放标准协议[1]。该协议基于TCP，可被用来访问独立目录服务器或X.500目录，它的最大的优势是：可以在任何计算机平台上，用很容易获得的而且数目不断增加的LDAP的客户端程序访问LDAP目录，而且也很容易定制应用程序为它加上LDAP支持。
目录服务在管理各种资源之间关系的同时，提供了一个系统中命名、描述和查询信息和资源的最佳途径。目录可以存储和管理企业中各种类型的数据：如公司员工的电话号码薄和组织结构图、客户的联系信息、电子邮件、邮件路由信息、人力资源数据、公用密匙等。LDAP协议是跨平台和标准的协议。实际上，LDAP得到了业界的广泛认可，因为它是Internet标准，产品商很愿意在产品中加入对LDAP的支持。通过把LDAP目录作为系统集成中的一个重要环节，可以简化员工在企业内部查询信息的步骤。
DSML(Directory Services Markup Language)是LDAP目录和XML相结合的标记语言，它利用XML来定义数据内容和目录结构并将它保存在分布式目录上。 DSML使开发人员可以简单方便地在Internet上部署基于XML的应用。DSML的主要思想是允许XML程序员能访问LDAP目录而不必写LDAP接口或使用某些目录访问API如微软的活动目录服务接口（ADSI）。
DSML由结构化信息标准推进组织（OASIS）中的DSML工作小组开发，标准仍然很不成熟。DSML 1.0已于1999年完成，它提供了用XML来表达数据模型和目录结构的标准方法，它最大局限在于不支持目录的查询和更新。查询允许客户从目录中请求特定信息，如公司员工的姓名、电话号码等；更新指改变目录中的信息，如改变电话号码、删除记录、添加记录等。如要查询和更新目录，只能使用LDAP接口或某些API如ADSI。
    DSML2.0草案标准于2001年12月发布[2]，它用XML文档为应用程序建立一种标准方法，来读取、查询、更新和搜索目录。DSML2.0能够定义运行在移动设备或PDA上的应用程序访问目录的方式，而且访问时无需专门的客户端；DSML2.0使程序员只用XML编程工具和技巧就可写出应用程序，而不需深入了解LDAP。DSML1.0和DSML2.0在目录表示上的区别是：前者是表示目录的状态，而后者是表示LDAP所执行的操作及操作所产生的结果。
     DSML2.0的设计方法是用XML文档片段来表示LDAP请求(request)和响应(response)，这些XML文档片段用作绑定（binding）时的有效载荷，绑定定义了请求和响应的文档片段
是怎样以特定的方式（SOAP,SMTP,普通文件）传输的。
清单1表示LDAP请求元素batchRequest的XML文档片段。
<batchRequest xmlns:xsd=”http://www.w3.org/2001/XMLSchema”
                             xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance";
                        xmlns="urnasis:names:tcSML:2:0:core">
   <modifyRequest dn="CN=zhangsan, OU=MyOU, DC=Testdomain, DC=Com">
       ...
   </modifyRequest>
   <addRequest  dn="OU=Sales,DC=Testdomain, DC=Com">
       ...
   </addRequest>
   <delRequest dn="CN=Lisi,OU=HR,DC=Testdomain,DC=Com">
       <control>...</control>
       <control>...</control>
   </delRequest>
   <searchRequest>
      <control>...</control>
       ...
   </searchRequest>
</batchRequest>
LDAP响应元素的XML文档片段与请求相似。
由于DSML 2.0文档本身不解决用户的个人身份证明、授权问题。由于DSML 2.0规范刚发布，它的加密性，认证和授权等安全机制值得探讨。因为这三个方面对于任何的B2B来说都是很重要的。
安全性是个复杂的问题，DSML请求和响应无论采用SOAP、SMTP或简单文件传输，都存在安全问题。若DSML 2.0文档不加密，在传输途中可能被窃听或被篡改；而且传输协议SOAP或SMTP本身也不安全[3]。
2 网络安全要求以及存在的安全威胁
总的来说，网络安全的基本要求有[4]：
1)保密性：保证没有经过授权的用户，实体或进程无法窃取信息。在一个开放的网络环境里,维护信息机密是全面推广应用的重要保障。因此,要预防非法的信息存取和信息在传输过程中被非法窃取。
2)数据完整性：保证没有经过授权的用户不能改变或者删除信息，从而信息在传送的过程中不会被偶然或故意破坏，保持信息的完整、统一。因此,要预防对信息的随意生成、修改和删除,同时要防止数据传送过程中信息的丢失和重复
3)可用性：指合法用户的正常请求能及时、正确、安全地得到服务或回应。
4)非伪装性：指发送方能确信接收方不是假冒的。
5)反抵赖性: 保证信息的发送者不能抵赖或否认对信息的发送，当然信息发送前需要对发送者进行安全认证。要在信息的传输过程中为参与交易的个人、企业或国家提供可靠的标识。
目前网络存在的威胁主要表现在以下几个方面：
1)非授权访问：没有预先经过同意，就使用网络或计算机资源被看作非授权访问。它主要有以下几种形式：假冒、身份攻击、非法用户进入网络系统进行违法操作、合法用户以未授权方式进行操作等。
2)信息遗漏丢失：指敏感数据有意或无意被泄漏出去或丢失。
3)破坏数据完整性：以非法手段窃得对数据的使用权，删除、修改、插入或重发某些重要信息，以取得有益于攻击者的响应；恶意添加，修改数据，以干扰用户的正常使用。
4)拒绝服务攻击：是一种比较简单，但又日益流行的攻击和禁用企业信息资源的方法。在拒绝服务攻击中，作恶者发送大量的信息流量，使 Web 服务器、主机、路由器和其它网络设备负担过重。通过这种方式发送的信息流量非常之大，致使企业的用户、客户和合作伙伴都在好长一段时间内无法访问网络。
    基于以上的安全威胁以及网络安全的迫切要求，所采取的安全措施有加密技术（对称加密、非对称加密、不可逆加密等）、数字签名和认证技术、VPN技术、IPSec技术等。
由于还没有专门用于DSML安全的规范，因此本文采用W3C的XML规范（如XML Digital Signature, XML encryption）[5,6,7]来解决DSML安全问题。
3 DSML的加密和签名
XML 加密语法的核心元素是 EncryptedData元素，它是从 EncryptedType 抽象类型派生的。要加密的数据可以是任意数据、XML 文档、XML 元素或 XML 元素内容；加密数据的结果是一个包含或引用密码数据的 XML 加密元素。当加密元素或元素内容，EncryptedData 元素替换 XML 文档加密版本中的该元素或内容。当加密的是任意数据时，EncryptedData 元素可能成为新 XML 文档的根，或者可能成为一个子代元素。当加密整个 XML 文档时，EncryptedData 元素可能成为新文档的根。此外，EncryptedData 不能是另一个 EncryptedData 元素的父代或子代元素。
清单2 表示对清单1中modifyRequest和addRequest子元素进行加密的结果
<batchRequest xmlns:xsd=”http://www.w3.org/2001/XMLSchema”
                             xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance";
                        xmlns="urnasis:names:tcSML:2:0:core">
<EncryptedData  Type=”http://www.w3.org/2001/04/xmlenc#Element”
                  xmlns=” http://www.w3.org/2001/04/xmlenc”>
<CipherData><CipherValue>C86B12D79</CipherValue></CipherData>
</EncryptedData>
   <delRequest dn="CN=Lisi,OU=HR,DC=Testdomain,DC=Com">
       <control>...</control>
       <control>...</control>
   </delRequest>
   <searchRequest>
      <control>...</control>
       ...
   </searchRequest>
</batchRequest>
清单3为对清单1中batchRequest元素进行加密的结果。
<EncryptedData   xmlns=” http://www.w3.org/2001/04/xmlenc”>
                 Type=”http://www.isi.edu/in-notes/iana/assignments/media-types/text/xml”
<CipherData><CipherValue>C86B12D79</CipherValue></CipherData>
</EncryptedData>
清单4为对清单1中batchRequest元素进行签名的结果。
<Signature xmlns=”http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#”>
<SignedInfo>
<CanonicalizationMethod Algorithm=”http://www.w3.org/TR/2001/REC-xml-c14n-20010315”/>
<SignatureMethod Algorithm=”http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#dsa-sha1”/>
<Reference URI=”#batchRequest”>
<Transforms>
<Transform Algorithm=”http://www.w3.org/TR/2001/REC-xml-c14n-20010315”/>
</Transforms>
<DigestMethod Algorithm=”http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#sha1”/>
<DigestValue>p26wx3rvEP00vKtMup4NcdUv5jil=</DigestValue>
</Reference>
</SignedInfo>
<SignatureValue>MC0CFFrVLtRlk=…</ SignatureValue>
<KeyInfo>
  <KeyValue>
  <DSAKeyValue>
    <p>…</p><Q>…</Q><G>…</G><Y>…</Y>
  < /DSAKeyValue>
</KeyValue>
</KeyInfo>
<object>
<SignatureProperties>
<SignatureProperty Id="AMadeUpTimeStamp" >
<timestamp xmlns="http://www.ietf.org/rfc1889.txt";>  
<date>20020305</date>
<time>12:55:34:34</time>
</timestamp>
</SignatureProperty>
</SignatureProperties>
</Object>
</Signature>
SignedInfo 元素是实际签名的信息。CanonicalizationMethod 标识了一种算法，该算法用来规范化 SignedInfo 元素。SignatureMethod 用于将已规范化的 SignedInfo 转换成 SignatureValue 的算法。Reference 的URI 属性标识要签名的数据对象。Transforms 可以包括规范化、编码／解码、XSLT 和 XPath 等操作。DigestMethod 是在应用 Transforms之后对数据应用以产生 DigestValue 的算法。DigestValue 的签名是将资源内容与签名者密钥绑定的机制。KeyInfo 表示用于验证签名的密钥，标识机制可以包括证书、密钥名称和密钥协议算法。SignatureProperties表示签名的属性，包括日期、时间等。
4  结束语
   本文简要介绍了DSML语言，并讨论了用XML加密和签名的方法，并对其进行加密和签名。还可进一步对加密后的DSML进行XML签名，以及对SOAP请求和响应进行XML签名。限于篇幅，本文没作讨论。   参考文献
1. Michael Donnelly, An Introduction to LDAP, http://ldapman.org/articles/intro_to_ldap.html, 28 april 2000
2. Directory Services Markup Language v2.0, OASIS Directory Services TC, http://www.oasis-open.org/committees/dsml/docs/DSMLv2.doc,December 18,2001
3. 段智华,SOAP技术及其安全性研究. http://www-900.ibm.com/developerWorks/xml/x-soapsec/index.shtml , 2001 年 11 月
4．网络系统安全综合解决方案，http://us.cns911.com/docs/firewall/0010.php，2001年8月
5． Larry Loeb， XML signatures: Behind the curtain http://www-106.ibm.com/developerworks/security/library/s-digsig.html ，December 2001.
6. XML Encryption Syntax and Processing, W3C Candidate Recommendation ,http://www.w3.org/TR/xmlenc-core/, 04 March 2002
7. XML-Signature Syntax and Processing, W3C Recommendation, http://www.w3.org/TR/xml
dsig-core/, 12 February 2002