论文投稿_医学论文投稿_核心期刊,职称论文投稿发表_论文部落

　　4 研究中遇到的技术难点及解决方案
　　4.1 公钥导入问题
　　由于USBKey内部有一定的存储空间，用来存储用户的私钥、会话秘钥以及数字证书等机密数据，而对该存储空间的读写操作必须要通过USBKey内的CSP （Cryptographic Service Provider）模块实现，用户无法直接读取数据。因此只有把服务器的公钥导入到USBKey中才能让CSP去访问该公钥，完成RSA加密。经研究发现USBkey提供的PKCS11接口中的C_CreateObject（）函数能够将封装好的公钥导入到USBKey中。C_CreateObject（）的函数定义如下：
　　C_CreateObj ect创建了一个新的对象。hSession是对话的句柄；pTemplate指向对象的模板；uICount是模板中的属性数；phObject指向接收新对象句柄的单元。
　　在使用该函数前，需要先定义公钥模板并对其中的参数赋值.然后才能导入。模板定义方式如下：
　　CK—ATTRIBUTE pubTemplate[]=
　　{
　　{ CKA_CLASS， &pubClass， sizeof （pubClass）），
　　{CKA_ KEY_7IYPE ，
　　&keyType ，
　　sizeof（keyType）}，
　　{CKA_SUBJECT， subject. sizeof （subject）），
　　{ CKA_MODULUS_BITS， &uIModulusBits，sizeof （uIModulusBits）}，
　　{ CKA_MODULUS， modulus， sizeof （modulus）}，
　　{ CKA_PUBLIC_ EXPONENT， exponent， sizeof（exponent）}，
　　{CKA_ENCRYPT， &bTrue， sizeof （bTrue）}，
　　{ CKA_TOKEN， &bTrue， sizeof （bTrue）}，
　　{ CKA- WRAP， &bTrue， sizeof （bTrue）}，
　）；
　　4.2 C++和java加解密通信问题
　　考生机客户端和java服务器端进行双向加密和解密的通信过程中，C/C++加密后的数据通过网络传输到java服务器端进行解密时失败，报出bad_key的错误；同时java服务器端加密的数据经由网络传送到C/C++客户端解密时，也是失败，同样报出bad_key的错误。针对这个问题，研究发现，这与计算机体系中的字节序Big-Endian和Little-Endian有关。
　　4.2.1 大端模式与小端模式
　　在各种计算机体系结构中，对于字节、字、基本数据类型等的存储机制有所不同，因而引发了计算机通信领域中一个很重要的问题，即通信双方交流的信息单元（比特、字节、字、双字等等）应该以什么样的顺序进行传送。如果达不成一致的传送顺序规则，通信双方将无法进行正确的编/译码从而导致双方通信失败。
　　现代的计算机系统一般采用字节（8 bit Byte）作为逻辑寻址单位。每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。然而在C/C++语言中除了8bit的char之外，还有16bit的wchar t型和short类型，32bit的Int及long类型，64位的double及long long类型（编译器不同，基本数据类型所占的长度也可能不同，具体情况需根据编译器自身的实现）。另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位、32位或者64位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节（8 bit），那么必然存在着如何安排多个字节数据存储顺序（Byte Order）的问题。常见的字节存储顺序有两种：Big Endian（High-byte first）和Little Endian （Low-byte first）. IntelX86平台采用Little Endian，而PowerPC处理器则采用了Big Endian。另外，对于大小端的处理也和编译器的具体实现有关。
　　（1） Little-Endian，即小端存储模式。就是指数据的高位字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中。C/C++语言采用的存储模式就是Little-Endian，比如有一个双字节变量shortA-OX1234，那么A所代表的变量的第一个字节存储的是OX34，第二个字节存数的是OX12.
　　（2） Big-Endian，即大端存储模式。就是指数据的高位字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中，这种存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放。Java语言采用存储模式是Big-Endian。比如在Java中有一个双字节变量shortA-OX1234，那么A所代表的变量的第一个字节存储的是OX12，第二个字节存数的是OX34；与C/C++语言中的正好相反。
　　另外在网络字节序中：TCP/IP各层协议将字节序顺序定义为Big-Endian，因此TCP/IP协议中使用的字节序通常称之为网络字节序。故而网络中传输的数据为Big-Endian类型。
　　由以上字节序的介绍可知，一个C/C++中的UTF-16编码的字母或者多余一个字节的基本数据类型（short类型，int类型，double类型等），传输到Java语言中，要转换成java语言的Big-Endian位表示形式（逆序顺序交换高低位字节），才能正确译码，反之亦然。
　　而RSA算法对数据的加密和解密算法均是基于大数质数分解的，比如一个1024位的公钥的模数N，就是一个128字节大小的整数。其加密后的数据也是一个很大的整数。由于加密后的数据是一个大整数，多于一个字节，便也存在大小端表示问题。因此在Java和C/C++中要对解密前的数据按字节进行反转后才能解密成功。
　　4.2.2 加解密算法的数据转换流程
　　为了避免数据的多字节存储问题（如UTF-16编码的双字节字符，从C/C++语言与Java语言，就要进行字节序的转换），不管何种语言，均将要加密的明文字符串转换为UTF-8字节流，然后进行加密；解密完成时，再进行UTF-8解码，最终形成正确的明文数据。这样有两个好处：
　　（l）可以避免UTF-16编码字符带来的大小端转换问题
　　（2）同时由于使用的数据大部分为英文字符，由UTF-16转换为UTF-8，可以节省一个字节的存储空间，这样便可减小要加密的字节数，加快加解密数据的速度。
　　因此，考生机客户端（C/C++端）对数据RSA加密的数据转换流程如图2。首先，明文数据经过UTF-8编码，然后调用USBKey中CSP模块完成数据的加密，得到的数据按照一个字节一个字节的逆序翻转，再经过Base64编码，方便在网络上进行传输，保证数据传输过程不会出现差错。上述流程中，加密完的数据进行按字节逆序翻转，是因为RSA加密运算的结果也是一个大整数，也存在大端存储和小端存储的问题，进行转换后，方便JAVA服务器端进行数据的解密。
　　Java端进行解密时数据转换流程如图3。首先，收到的密文先经过Base64解码，然后调用服务器端CSP模块解密，最后经由UTF-8解码，获得最终的明文数据。
　　4.3 证书导出公钥
　　在考生机客户端和服务器通信的过程中，java服务器需要使用客户端的公钥加密数据，因此需要获得客户端公钥。而客户端的公钥存储在USBKey中的数字证书里。因此就需要从USBKey的证书中导出公钥参数，即公钥的模数N和指数E。然而由于RSA算法对数据的加密和解密算法均是基于大数质数分解的，模数N和指数E也都是一个大整数（Biginterger），因此其也存在大端表示和小端表示。C/C++采用LittleEndian，而Java采用Big Endian，因此从客户端证书中读取到N和E后，需要将其按字节反转，转换为java端大端存储形式，才能得到正确的N和E，并用其进行RSA加密。
　　5 结论
　　本文为了解决自主开发的在线考试系统的安全问题，引人了PKI安全体系，在PKI基础之上结合数字证书的形式解决了公钥信息的存储表示问题，通过把要传输的数字信息进行加密和签名，保证信息传输的机密性、真实性、完整性和不可否认性。同时使用硬件USBKey的存储空间存储用户的私钥、会话秘钥以及数字证书等机密数据，并通过该硬件保证用户的私钥不可导出，这样以来就又充分保证了私钥等机密信息的安全性。通过这个设计方案，提供了银行级别的安全保障。本人还对这个设计方案进行了实现，解决了遇到的一些关键问题，尤其是C/C++和java跨语言的相互加密和解密的通信问题。