容侵PKI在电子政务的应用

开放性和复杂性迅速扩大，其安全性将面临着更加严峻的考验[3-5]。

这里引入算法改进公钥基础设施（PKI），构建带容侵CA功能的PKI安全框架，将其应用到电子政务安全体系中。首先构建电子政务的容侵PKI安全模型，再用容侵CA进行分层进行数字签证，通过层级安全认证建立数据信息通道，提升电子政务实施过程中的安全性能。

1 容侵PKI

1.1 PKI

PKI（Public Key Infrastructure ）即公钥基础设施，其指的是用公钥技术提供安全服务的基础设施[6]。PKI系统包括证书服务CA、数字证书库、注册机构RA等。其中CA是PKI系统的可信机构，是数字证书的颁发机构，在整个体系中具有核心地位。数字证书库系统存储节点所有的合法证书，任意节点都可查询。RA提供用户和CA之间的接口功能，它能获取并认证用户的身份，并向CA提出证书请求服务。

CA一般有两类，分为集中式CA和分层式CA。一般使用树状结构来描述分层式CA，在树状结构中，一个叶子节点表示一个用户，枝节点表示次级CA，树的根节点代表顶级CA（它是系统中的最高证书实体）。如图1所示，低级CA、次级CA和用户，箭头指向表示颁发证书。

一个顶级CA的信任范围是包括它下面的所有节点，即表示用户的叶子节点和次级CA节点。该信任范围中的所有节点都信任顶级CA。表示用户的叶子节点，它们的数字证书由邻近各自的父节点的CA进行签署。顶级CA使用自己的私钥签署数字，然后由高一级的CA给低一级的CA签署数字证书，由此层层下行，其信任范围包括整个系统。

用户进行服务前需要验证数字证书。首先确认服务双方是否有共同的CA，如果是则直接用该CA的公钥验证证书；如果不是，则向更高级的CA追溯，直到找到一个共同的CA，然后依次验证连接该CA和用户节点的路径上所有节点的证书是否有效。

1.2 容侵PKI

一般，CA处在互联网上自动地提供相应的证书服务，而互联网遭受网络攻击是不可避免的。在这里采用“RSA公钥算法和（T，N）门限密码技术”[7]，引入入侵容忍技术改善CA，使PKI系统在遭受攻击时，仍能为用户提供申请的服务，这样就得到了容侵PKI。如图2所示容侵CA。

通过把CA私钥分割成多个份额在服务器集群中进行分配，并结合分阶段签名方案，使得私钥在任何时候都无需重构，最后一步由签名代理通过综合计算得出最终签名。

2 电子政务安全策略

需考虑到电子政务发展迅速，电子政务的信息数据资源庞大，互联网拓扑结构纷繁复杂，网络攻击手段层出不穷等因素。要尽力确保用户同电子政务系统的数据通信不泄漏给非法用户；有效地防止蓄意攻击；保证传输的信息数据的完整而不被篡改；对身份进行数字认证以杜绝否认行为；给用户提供稳定的电子政务服务，避免拒绝服务。我们采用改进的带容侵CA的PKI方式来满足政府电子政务的安全需求。

2.1 解决方案

采用容侵PK实现电子政务的安全，方案内容包括：①采用基于RSA公钥算法和（T，N）门限密码技术的容侵PKI技术实现电子政务服务双方的身份认证和建立对称的通话密钥，还可保证传输数据的完整和不可否认性，通过引入入侵容忍技术，提供可靠的电子政务服务；②通过第三方传输协议，建立可靠稳定的服务通道，均衡性调用资源及处理大量用户的服务需求，对用户所获数据进行追踪并记录，作为事故处理依据；③服务通道建立后生成即时对称密钥实现数据通信的保密。电子政务服务中使用对称密钥原则是：一次通话使用一个对称密钥，服务结束则该通话密钥失效。

2.2 安全模型

引入容侵PKI/CA构建电子政务控制中心（Electronic Government Control Authority，EGCA）作为最高证书机构，构建电子政务认证管理系统（Electronic Government Certificate and Management Authority，EGCMA）作为次级CA机构以及服务对象即用户，形成图3所示的电子政务安全模型。

EGCA和EGCMA都有一对公钥和私钥，其中公钥用来加密数据信息和验证数字签名，私钥用来给数据信息解密和数字签名。另外，EGCA和EGCMA都用“RSA公钥算法和（T，N）门限密码技术”构建入侵容忍的私钥数字签名。

EGCA是安全模型中所有节点的顶级CA，安全模型中所有EGCMA节点的数字证书由EGCA用它的私钥签署，接着EGCMA为它下面节点的用户颁发证书。

2.3 电子政务安全服务过程

电子政务安全服务过程如图4所示。其中用户包括个人用户和组织用户，是电子政务的请求者和使用者；电子政务服务指政府组织机构提供的社会化服务，为用户提供信息查询、业务办理、业务管理、支付、事务处理等服务；EGCA和EGCMA介于电子政务和用户之间，对电子政务服务进行安全认证，并对服务纠纷进行认定及处理。

电子政务安全服务过程为：政府组织机构（包括职能部门）向EGCA、EGCMA发送注册服务信息和提供具体的电子政务服务内容；EGCA、EGCMA对申请的电子政务服务内容进行安全认证，将其加载到服务列表；用户向EGCA、EGCMA发出包含具体电子政务服务内容的申请；EGCA、EGCMA从服务列表中选择相应的服务返回给用户，并建立通信连接处理该事项；若服务中发生事故，EGCA、EGCMA对用户和电子政务服务提供方进行责任认定，并作出处理；用户在首次通过EGCA、EGCMA取得电子政务服务后，在办理过程中每次都需要重新向EGCA、EGCMA发出服务通道连接申请，由EGCA、EGCMA生成即时的对称密钥，用于用户和电子政务系统间的数据通信和服务。

3 结束语

电子政务已被政府组织机构广泛应用，其安全性在实施过程中有着非常重要的地位。借鉴PKI的安全框架结构，利用算法改进CA，形成带容侵CA功能的PKI安全框架，构建了新型的电子政务安全策略，在电子政务实施过程中进行分层进行数字签证，逐级回溯，通过安全认证建立数据信息通道，来改善保密性、认证性、网络安全、事务处理。相信容侵PKI在电子政务的安全体系中发挥重大的作用，但是，在电子政务服务过程安全事故的界定、认证及处理等需要进一步展开研究，完善安全框架。

参考文献（References）：

[1] 范冰冰.电子政务框架体系结构[J].计算机应用，2004.24（2）：

82-84

[2] 康汶，何耀光，詹先信，邓伦强.跨部门数据共享平台总体架构

与功能分析[J].计算机与现代化，2011.3：38-43

[3] 陈荣艺.电子政务中信息安全技术的应用研究[D].广东工业

大学硕士学位论文，2013.

[4] 游银辉.电子政务的网络信息安全研究[D].天津大学硕士学

位论文，2013.

[5] 鲍捷.电子政务信息安全及防范体系研究[D].华中师范大学

硕士学位论文，2014.

[6] Akyildiz I F，Ekici E，Bender M D.MLSR：a novel routing

algorithm for multilayered satellite IP netwworks[J].IEEE/ACM Transactions on Networking，2002.10（3）：411-424

[7] 柴争义，白浩，张浩军.一种CA私钥的容侵保护机制[J].计算

机应用，2008.28（4）：900-911

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