论文部分内容阅读
［摘 要］ PKI技术是各种安全解决方案的基础。WPKI是应用到无线网络中的PKI技术。WPKI必须对有线网络中的PKI进行优化和裁剪，才能适应无线网络的特点。本文简要介绍了PKI的技术背景和无线网络的特点，讨论了WPKI的关键技术，探讨了几种WPKI在移动电子商务安全中的应用模型，包括基于WAP的应用模型、基于STK的短消息应用模型和J2ME应用模型。
［关键词］ 无线公钥基础设施；移动电子商务；无线应用协议；短消息； J2ME
［中图分类号］F724.6［文献标识码］A［文章编号］1673-0194（2008）20-0096-04
1 PKI技术背景
网络在为人们提供便利、提高效率的同时，其信息安全问题越来越突出。目前网络信息安全的各种解决方案，都是以公钥基础设施（Public Key Infrastructure， PKI）为基础的。简化的PKI实体构成图如图1所示。
其中，WPKI作为安全基础设施平台是安全协议能有效实行的基础。基于数字证书，WPKI提供了一个在分布式网络中高度规模化、可管理的用户验证手段。它可与WTLS（Wireless Transport Layer Security）结合实现身份认证、私钥签名等功能。WTLS能够提供下列3种类别的安全服
务［1］：
第一类服务：使用对称密码算法加密数据，同时检查数据完整性。但没有对通信双方的身份进行认证。
第二类服务：除完成第一类服务的功能外还可以交换服务器证书，完成对服务器的认证。
第三类服务：除完成第二类服务的功能外还可以交换客户证书，在服务器认证的基础上又增加了客户认证。
从第一类服务到第三类服务安全级别逐级增高，可以根据应用对安全级别的要求，选择性地实现某一级别的安全服务。通常应该对这3种类别的服务都支持，在握手协商的过程中由客户与服务器共同协商选定一个类别。
安全参与实体作为底层安全协议的实际应用者，相互之间的关系也由底层的安全协议决定。当该模型应用于实际移动电子商务时，这些安全参与实体即体现为交易方(无线终端设备、Web服务器)和其他受信任方(WAP网关、无线认证中心)。
WAP 1.2协议提供的安全机制只能实现从无线终端设备到WAP网关之间的安全。如果WAP网关在移动通信运营商处，那么运营商需要将消息在WAP网关处解密后进行协议转换，再次加密后经有线网络转发给移动电子商务业务的提供商。在这种情况下，由于密文在WAP网关处要被解密成明文，因此这并不是真正意义上的端到端安全模型。这个问题被称为安全鸿沟(Security Gap)问题。为解决这一问题，在WAP 2.0中提供了两种实现真正端到端安全的方式，参见文献［4］～［5］。
WPKI规范仅仅是一套框架式的规范和要求，并没有制定具体的实现方法。因此，在实际的移动电子商务应用中，除了基于WAP的应用模型外，还可以有其他多种应用模型。
4. 2基于STK的短消息应用模型
STK（SIM card Tool Kit）可以理解为一组开发增值业务的命令，一种小型编程语言。它允许移动电话中的用户身份识别模块（SIM卡）运行自己的应用软件，这种SIM卡称为STK卡。仅需要在用户STK卡上开发，再经过服务器的配合，然后就可以推出各种各样丰富多彩的业务。把STK技术和OTA（Over The Air，空中下载）技术结合起来，可以随时更新STK卡中的应用程序，使得各种业务的更新和升级变得非常简单。
在本模型中，STK卡储存证书及私钥，进行加解密及签名、验证等各种密码计算。而移动电话和服务器间的通信由短消息（SMS）来传递。目前短消息应用极为广泛。只需将手机的普通SIM卡换为支持密码计算的STK卡，即可开展安全的移动电子商务。此模型可应用于手机银行、移动小额支付、外汇买卖、理财秘书等领域。
现在3G网络马上就要投入商用，无线通信网络的数据传输速率有了较大提高。速率低、需多次往返的短消息显然已经不再适合移动电子商务中的数据传输。同时STK技术有较大的技术缺陷：开发难度高；技术标准不统一；受处理器技术发展的限制，技术发展空间小。从发展前景来看，这种应用模型不久就会被激烈的市场竞争淘汰。
4. 3J2ME应用模型
随着无线应用与嵌入式系统越来越受到人们的重视，SUN推出了J2ME（Java2 Platform， Micro Edition）来迎合这一未来的发展趋势。J2ME拥有Java语言的全部优势，具有广阔的发展前景。
在J2ME中，无线终端设备被称为有限联接设备（Connected， Limited Device）。J2ME的实现分为两层：configuration和 profile。configuration包括虚拟机（Virtual Machine）、核心的类库与API，提供给开发人员一个最基础、最核心的Java平台。适用于有限连接设备的configuration称为CLDC（Connected， Limited Device Configuration）。CLDC使用KVM（The K Virtual Machine）。KVM是SUN专门为使用16/32位RISC/CISC微处理器或控制器，并且其可用内存为160～512kB的设备开发的。KVM比较小，通常只有128kB或更小。Profile也包含一组API，主要针对于特定的某一族系的设备而定义。profile在特定的configuration上实现，而程序员则负责在特定的profile上编写应用程序。对于移动电话、PDA等有限连接设备，它们的profile建立在CLDC上，称为MIDP（Mobile Information Device Profile）。于是MIDP与CLDC合在一起就构成了一个完整的J2ME架构。MIDP上的应用程序被称为MIDlet。
MIDP 1.0规范中要求开发商提供HTTP协议支持，其他协议的支持都只是可选的。但是MIDP 1.0.3以上版本则要求支持HTTPS。在J2ME平台中，HTTPS使用的SSL称为KSSL，这是SSL 3.0适用于无线终端设备的微型版本。
J2ME中的包javax.microedition.pki中定义了接口Certificate。该接口中定义了许多与证书操作有关的方法。另外，Bouncy Castle免费提供了可以在J2ME平台上运行的加密包［6］，而且其源代码也是公开的。此加密包是对原有J2SE平台上的加密包针对J2ME平台特点优化而成的，完全兼容于SUN JCE框架，可以应用在无线终端设备上。
立足于J2ME的这些功能，可根据具体的需要编写代码，开发出适合自己的WPKI应用，确保移动电子商务的安全。JAVA语言自身的安全性很高，J2ME还具有网络功能，现在支持J2ME的无线终端设备越来越多。应该说，这是一种很有前途的模型。问题是J2ME实现复杂，密码算法的效率不高。
5 结束语
随着无线通信网络的持续发展和对电子商务安全要求的不断提高，WPKI技术有着巨大的应用前景。应该根据具体的应用和安全要求选定一个合适的应用模型。
主要参考文献
［1］ WAP Forum Ltd． Wireless Transport Layer Security Specification［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2001．
［2］ OMA Ltd． WAP Public Key Infrastructure Definition［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2005．
［3］ OMA Ltd． Online Certificate Status Protocol Mobile Profile［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2004．
［4］ WAP Forum Ltd． End－to－End Transport Layer Security Specification［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2001．
［5］ WAP Forum Ltd． WAP TLS Profile and Tunneling Specification［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2001．
［6］ The Legion of the Bouncy Castle． The Bouncy Castle Crypto Package［CP／OL］． http：／／www．bouncycastle．org，2006．
［关键词］ 无线公钥基础设施；移动电子商务；无线应用协议；短消息； J2ME
［中图分类号］F724.6［文献标识码］A［文章编号］1673-0194（2008）20-0096-04
1 PKI技术背景
网络在为人们提供便利、提高效率的同时，其信息安全问题越来越突出。目前网络信息安全的各种解决方案，都是以公钥基础设施（Public Key Infrastructure， PKI）为基础的。简化的PKI实体构成图如图1所示。
其中，WPKI作为安全基础设施平台是安全协议能有效实行的基础。基于数字证书，WPKI提供了一个在分布式网络中高度规模化、可管理的用户验证手段。它可与WTLS（Wireless Transport Layer Security）结合实现身份认证、私钥签名等功能。WTLS能够提供下列3种类别的安全服
务［1］：
第一类服务：使用对称密码算法加密数据，同时检查数据完整性。但没有对通信双方的身份进行认证。
第二类服务：除完成第一类服务的功能外还可以交换服务器证书，完成对服务器的认证。
第三类服务：除完成第二类服务的功能外还可以交换客户证书，在服务器认证的基础上又增加了客户认证。
从第一类服务到第三类服务安全级别逐级增高，可以根据应用对安全级别的要求，选择性地实现某一级别的安全服务。通常应该对这3种类别的服务都支持，在握手协商的过程中由客户与服务器共同协商选定一个类别。
安全参与实体作为底层安全协议的实际应用者，相互之间的关系也由底层的安全协议决定。当该模型应用于实际移动电子商务时，这些安全参与实体即体现为交易方(无线终端设备、Web服务器)和其他受信任方(WAP网关、无线认证中心)。
WAP 1.2协议提供的安全机制只能实现从无线终端设备到WAP网关之间的安全。如果WAP网关在移动通信运营商处，那么运营商需要将消息在WAP网关处解密后进行协议转换，再次加密后经有线网络转发给移动电子商务业务的提供商。在这种情况下，由于密文在WAP网关处要被解密成明文，因此这并不是真正意义上的端到端安全模型。这个问题被称为安全鸿沟(Security Gap)问题。为解决这一问题，在WAP 2.0中提供了两种实现真正端到端安全的方式，参见文献［4］～［5］。
WPKI规范仅仅是一套框架式的规范和要求，并没有制定具体的实现方法。因此，在实际的移动电子商务应用中，除了基于WAP的应用模型外，还可以有其他多种应用模型。
4. 2基于STK的短消息应用模型
STK（SIM card Tool Kit）可以理解为一组开发增值业务的命令，一种小型编程语言。它允许移动电话中的用户身份识别模块（SIM卡）运行自己的应用软件，这种SIM卡称为STK卡。仅需要在用户STK卡上开发，再经过服务器的配合，然后就可以推出各种各样丰富多彩的业务。把STK技术和OTA（Over The Air，空中下载）技术结合起来，可以随时更新STK卡中的应用程序，使得各种业务的更新和升级变得非常简单。
在本模型中，STK卡储存证书及私钥，进行加解密及签名、验证等各种密码计算。而移动电话和服务器间的通信由短消息（SMS）来传递。目前短消息应用极为广泛。只需将手机的普通SIM卡换为支持密码计算的STK卡，即可开展安全的移动电子商务。此模型可应用于手机银行、移动小额支付、外汇买卖、理财秘书等领域。
现在3G网络马上就要投入商用，无线通信网络的数据传输速率有了较大提高。速率低、需多次往返的短消息显然已经不再适合移动电子商务中的数据传输。同时STK技术有较大的技术缺陷：开发难度高；技术标准不统一；受处理器技术发展的限制，技术发展空间小。从发展前景来看，这种应用模型不久就会被激烈的市场竞争淘汰。
4. 3J2ME应用模型
随着无线应用与嵌入式系统越来越受到人们的重视，SUN推出了J2ME（Java2 Platform， Micro Edition）来迎合这一未来的发展趋势。J2ME拥有Java语言的全部优势，具有广阔的发展前景。
在J2ME中，无线终端设备被称为有限联接设备（Connected， Limited Device）。J2ME的实现分为两层：configuration和 profile。configuration包括虚拟机（Virtual Machine）、核心的类库与API，提供给开发人员一个最基础、最核心的Java平台。适用于有限连接设备的configuration称为CLDC（Connected， Limited Device Configuration）。CLDC使用KVM（The K Virtual Machine）。KVM是SUN专门为使用16/32位RISC/CISC微处理器或控制器，并且其可用内存为160～512kB的设备开发的。KVM比较小，通常只有128kB或更小。Profile也包含一组API，主要针对于特定的某一族系的设备而定义。profile在特定的configuration上实现，而程序员则负责在特定的profile上编写应用程序。对于移动电话、PDA等有限连接设备，它们的profile建立在CLDC上，称为MIDP（Mobile Information Device Profile）。于是MIDP与CLDC合在一起就构成了一个完整的J2ME架构。MIDP上的应用程序被称为MIDlet。
MIDP 1.0规范中要求开发商提供HTTP协议支持，其他协议的支持都只是可选的。但是MIDP 1.0.3以上版本则要求支持HTTPS。在J2ME平台中，HTTPS使用的SSL称为KSSL，这是SSL 3.0适用于无线终端设备的微型版本。
J2ME中的包javax.microedition.pki中定义了接口Certificate。该接口中定义了许多与证书操作有关的方法。另外，Bouncy Castle免费提供了可以在J2ME平台上运行的加密包［6］，而且其源代码也是公开的。此加密包是对原有J2SE平台上的加密包针对J2ME平台特点优化而成的，完全兼容于SUN JCE框架，可以应用在无线终端设备上。
立足于J2ME的这些功能，可根据具体的需要编写代码，开发出适合自己的WPKI应用，确保移动电子商务的安全。JAVA语言自身的安全性很高，J2ME还具有网络功能，现在支持J2ME的无线终端设备越来越多。应该说，这是一种很有前途的模型。问题是J2ME实现复杂，密码算法的效率不高。
5 结束语
随着无线通信网络的持续发展和对电子商务安全要求的不断提高，WPKI技术有着巨大的应用前景。应该根据具体的应用和安全要求选定一个合适的应用模型。
主要参考文献
［1］ WAP Forum Ltd． Wireless Transport Layer Security Specification［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2001．
［2］ OMA Ltd． WAP Public Key Infrastructure Definition［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2005．
［3］ OMA Ltd． Online Certificate Status Protocol Mobile Profile［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2004．
［4］ WAP Forum Ltd． End－to－End Transport Layer Security Specification［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2001．
［5］ WAP Forum Ltd． WAP TLS Profile and Tunneling Specification［S／OL］． http：／／www．openmobilealliance．org，2001．
［6］ The Legion of the Bouncy Castle． The Bouncy Castle Crypto Package［CP／OL］． http：／／www．bouncycastle．org，2006．