第２１卷 第１期
河南教育学院学报（自然科学版） Ｖ０１．２１ Ｎ０．１
２０１２年３月
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｍａｒ．２Ｏｌ２
一种高校网上办公数字签名系统的设计及实现
郭改文
（河南教育学院信息技术系，河南郑州４５００４６）
摘要：针对高校网上办公系统存在的安全需求，将ＰＫ１技术应用于高校网上办公系统，设计了一种高校网上办
公数字签名系统的功能模型和公文流转的总体架构，并利用Ｊａｖａ技术提供的安全体系分别实现了公文流转服务器
端和客户端的部署．
关键词：高校；公约基础设施（ＰＫＩ）；数字签名；公文流转；Ｊａｖａ
中图分类号：ＴＰ３０９．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—０８３４（２０１２）０ｌ一００３２—０４
０ 引言
随着高校数字化校园建设的逐步推进，方便快捷、信息渠道畅通的网上办公系统在功能上已基本完善，
为高等院校提供了管理关系的协调与统一，提高了工作质量和效率，在高校异地化办公中发挥着重要的作
用．其处理的大量敏感信息通过校园网及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ传送，如何保证高校网上办公系统顺利畅通，保证敏感信
息不被他人侵犯、破坏及干扰，已经成为信息安全领域关注的一个重要课题．基于密码学的数字签名技术能
够保证数据的机密性、完整性及抗否定性，能解决通信双方引发的争端．本文基于公钥基础设施ＰＫＩ（Ｐｕｂｌｉｃ
Ｋｅｙ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）技术”。 ，以河南教育学院网上办公系统为例，设计并实现了一种高校网上办公数字签名
系统．
１ 网上办公数字签名系统功能模型
１．１特殊的数字签名
针对高校网上办公系统的特点，根据功能的不同可以将数字签名分为以下几种形式．
（１）个人单独签名 网上办公系统主要是对公文的签发和接收，在接收公文过程中，主要是对公文的验
证和归档，一般属于部门一对一的个人单独签名．本文使用基于混合密码体制的个人单独签名方案 』．
（２）多重数字签名 网上办公系统中，还存在着多个部门多个用户对同一信息共同签名的需求．需要多
人参与对同一文件进行签名，称之为多重数字签名．根据参与签名过程的不同，将多重数字签名分为有序多
重数字签名和广播多重数字签名两种 。 ．
（３）群签名 网上办公系统中，在公文签收时，相同院系、科室的不同工作人员可以代表其所在部门完
成诸如公文签收类事务性工作，系统一般只需要确认该部门是否收到公文，并不关心具体接收公文的工作人
员，但一旦出现争议时，又可检查出当时的接收者．由于群签名 具有签名者匿名、只有权威才能辨认签名
者等多种特点，使得群签名在高校网上办公系统（如办公系统中的公文签收、电子投票、电子选举、招标投标
等子系统）中广泛应用．
（４）其他签名 除上述签名之外，高校网上办公系统中还涉及代理签名、盲群签名、自证明认证加密签
名、不可否认签名、防失败签名等 ．
１．２数字签名系统的功能模型
基于高校网上办公系统的安全需求，设计高校公文流转数字签名系统，它包括４部分内容：ＣＡ中心、公
文流转客户端、公文流转服务器、管理部门应用服务器．基于ＰＫＩ技术的ＣＡ中心的建立参见文献［８］．本系
收稿日期：２０１１—１ｌ一２０
基金项目：河南省科技厅重点攻关项目（０８２１０２２１００５９）；河南省高等学校青年骨干教师资助计划（２００９ＧＧＪＳ一１３９）
作者简介：郭改文（１９７１一），女，河南邓州人，河南教育学院信息技术系副教授，博士，研究方向：智能计算、计算机网络及信息
安全．
第１期 郭改文：一种高校网上办公数字签名系统的设计及实现 ３３
统采用基于４层Ｂ／Ｓ模式结构，功能模型如图１所示，４个层次分别是客户浏览器、Ｗｅｂ服务器、数字签名应
用服务器以及后端数据库服务器．本系统模型中的用户可以通过Ｉｎｔｒａｎｅｔ（异地分校区用户通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）访
问应用服务器的管理中心模块，进行用户登记、注册、注销和权限管理．Ｗｅｂ服务器负责把终端用户的签名
请求送到数字签名应用服务器，并把签名结果返回客户端．在数字签名应用服务器上，个人单独签名管理模
块实现个人单独数字签名功能，多重签名管理模块实现有序和无序多重数字签名，群签名管理模块和代理签
名管理模块可以进行群签名和代理签名．数据库服务器通过后端数据库对公文相关数据进行处理．
ｌ 管理中心模块 ｌ１．＿ ◆ 厂、
终端用户界面Ｉ． ＿－－／ ｎ ｅｒｎｅｔ ！ － 服务器 ・ｌ●・
ｏ
， — Ｗｅｂ
个人单独签名管理模块
Ｉ多重签名管理模块１．＿＿ ◆ 后端
ｌ群签名管理模块１．一＿ ◆ 数据库
—
Ｏ ｏ
ｌ代理签名管理模块Ｉ．．＿ ◆ ＼／
ｉ 客户浏览器层ｊ
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
ｗｅ 服务器层ｉ
．．．．．．．一．．．．．．．．．． 一．．．一．．． ．
应用服务器层 Ｉ数据库服务器层
：
．．．．一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．． ．．．．．．
图１ 高校网上办公数字签名系统功能模型
Ｆｉｇ．１ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ－ｂａｓｅｄ ｏｆｆｉｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｏｌｌｅｇｅｓ ａｎｄ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ
２公文流转的总体架构
高校网上办公系统中，公文网上流转的总体架构如图２所示．公文流转客户端主要有以下功能：产生密
钥对、上传公钥到ＣＡ中心、下载经ＣＡ签名的证书、维护本地证书列表并与ＣＡ中心的证书列表同步以及进
行公文的上传和下载．公文流转服务器负责发送公文、转发公文、接收公文以及对用户和公文进行管理．证书
服务器负责根据具体的证书策略审核申请人身份，由审核结果决定是否给用户颁发证书．此外证书服务器还
要进行以下处理：证书撤销请求（由于各种原因导致证书失效）、发布证书和列表、将证书撤销列表发送到目
录服务器．目录服务器提供用户的身份信息和证书查询，并且保留最新的证书撤销列表．
图２公文流转的总体架构
Ｆｉｇ．２ Ｇｅｎｅｒａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ
ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ
图３公文发送和接收的过程
Ｆｉｇ．３ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ
ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ
在图３中展示了公文通过ＣＡ认证中心发送和接收的过程．通过公文发送方和公文接收方的双向认证
通信机制，很好地实现了公文收发双方的不可否认性和不可抵赖性，使网上办公系统公文流转过程更加安全
稳固．
３数字签名系统的实现基础
３．１ Ｊａｖａ技术的安全体系
Ｊａｖａ的安全性包括两个方面：一是Ｊａｖａ２平台内置了Ｊａｖａ２安全体系结构核心和Ｊａｖａ加密体系结构，故
它是一个安全、现成的平台；二是Ｊａｖａ语言所实现的安全服务功能，对安全性要求较高的领域来说是非常重
要的．
Ａｐｐｌｅｔ是执行于Ｗｅｂ浏览器上的一段小Ｊａｖａ程序，继承于ｊａｖａ．ａｐｐｌｅｔ．Ａｐｐｌｅｔ类．Ａｐｐｌｅｔ和ＨＴＭＬ的组
合，可以建立功能强大的动态界面．
３４ 河南教育学院学报（自然科学版）
为了避免远程下载的Ａｐｐｌｅｔ危及系统的安全，Ｊａｖａ主要采用“沙箱”机制实现安全措施，其安全模型提
供了Ａｐｐｉｅｔ类装载器、字节码验证器以及安全管理器．Ａｐｐｌｅｔ类装载器能一直保持对Ｊａｖａ运行环境的控制；
Ｊａｖａ字节码验证器假设了所有的代码都是有可能突破系统的安全措施的，从而按级别进行验证；安全管理器
的作用就是保卫沙箱之间的边界．这三者结合起来可在Ａｐｐｌｅｔ的装载与执行阶段，对文件系统、网络与浏览
程序的内部存取做进一步检查，共同维护着Ｊａｖａ Ａｐｐｌｅｔ的安全．
Ｊａｖａ Ａｐｐｌｅｔ默认在“沙箱”中运行，有很多限制．例如，不能和Ａｐｐｌｅｔ所在机器以外的服务器通信，不能
访问用户本地资源等．为保证用户的安全，在数字签名系统中，将Ａｐｐｌｅｔ签名程序从服务器端下载到客户端
的机器上运行签名的过程．如何突破“沙箱”限制，允许签名过程访问用户本机系统上的文件，从而获取用户
签名所需的密钥，对需宴签名的文件进行签名操作呢？解决的办法是对Ｊａｖａ Ａｐｐｌｅｔ类进行数字签名．
在Ｗｉｎｄｏｗｓ的ＤＯＳ界面下，进入编写的Ａｐｐｌｅｔ类所在的目录，按以下步骤进行．
（１）将编译生成的Ａｐｐｌｅｔ类打包成ｊａｒ文件：
ｊａｒ—ｃｖｆ ｓｉｇｎ—ＬＪ．ｊａｒ ｓｉｇｎ—ＬＪ
此命令将包ｓｉｇｎ—ＬＪ压缩为ｓｉｇｎ—ＬＪ．ｊａｒ包．
（２）为前面创建的包文件（ｓｉｇｎ—ＬＪ．ｊａｒ）创建ＬＪｋｅｙｓｔｏｒｅ和ｋｅｙｓ：
ｋｅｙｔｏｏｌ——ｇｅｎｋｅｙ——ｋｅｙｓｔｏｒｅ ＬＪｋｅｙｓｔｏｒｅ——ｌｉａｓ ＬＪＣＡ
此命令生成了一个名为ＬＪｋｅｙｓｔｏｒｅ的ｋｅｙｓｔｏｒｅ文件，其中，ＬＪｋｅｙｓｔｏｒｅ将用来存放私钥（ｐｒｉｖａｔｅ ｋｅｙｓ）和公
钥的认证，这里别名取为ＬＪＣＡ．命令执行后，系统会提出一些问题，用户要根据实际情况进行填写．
（３）使用上面生成的钥匙来对ｊａｒ包文件进行签名：
ｊａｒｓｉｇｎｅｒ—ｋｅｙｓｔｏｒｅ ＬＪｋｅｙｓｔｏｒｅ ｓｉｇｎ—ＬＪ．ｊａｒ ＬＪＣＡ
这样就完成了对Ａｐｐｌｅｔ类的自签名．
当签名后的ｓｉｇｎ—ＬＪ．ｊａｒ下载到客户端，用户验证该签名并通过后，ｓｉｇｎ—ＬＪ．ｊａｒ中的程序就可以操作客户
端本机系统上的资源．
３．２数字签名模块的功能
数字签名模块是以Ａｐｐｌｅｔ的形式下载到客户端运行，是本系统的核心．主要功能有：生成非对称密钥
对、生成对称密钥、生成原始文件的信息摘要、加密原始文件、签名信息摘要，加密对称密钥、解密对称密钥、
解密原始文件、原始文件重新生成信息摘要，解密签名的信息摘要、摘要对比等．
４ 网上办公数字签名系统的实施及运行
基于ＰＫＩ数字证书、Ｊａｖａ Ａｐｐｌｅｔ安全、数字签名算法及Ｊ２ＥＥ相关技术，可以构建起一个安全的网上办公
系统．本系统的开发工具及运行环境：测试服务器使用Ａｐａｃｈｅ Ｔｏｍｃａｔ ６．０，数据库使用ＭＳ Ａｃｃｅｓｓ ２００３，系统
界面开发使用Ｄｒｅａｍｗｅａｖｅｒ ８，系统页面主要语言为Ｊｓｐ １．０，系统主要签名及验证功能代码使用ＪＤＫ １．６编
写，运行时需要有ＪＲＥ环境．