ＩＢＳ身份签名技术在网络考试系统中的应用设计
王钟梅。 ，殷新春
（１．连云港师范高等专科学校，江苏连云港２２２００６；２．扬州大学信息工程学院，江苏扬州２２５００９）
摘要：网络教学平台已成为各大高校广泛使用的网络教学手段。而网络考试系统作为教学效果的检验手段已成为必不可少的
重要组成部分。根据网络考试的实际需要，运用密码学的方法提出高校网络考试安全机制，￥－ｍ基于ＩＢＳ的签名方案和ＣＺＫ算
法实现对教师和考生的身份鉴别，利用加密、数字签名等技术实现对试题下载及答卷安全上传，为网络考试构建一个安全的
管理平台。
关键字：ＩＢＳ；ＣＺＫ；数字签名；网络考试
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＢＳ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｉｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ
ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ－－ｍｅｉ‘一，ＹＩＮ Ｘｉｎ－ｃｈｕｎ
ｆ｛ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｄｅｐｅｒｔｍｅｎｇ，ＬｆａｎＹｕｎＧａｎ￣Ｔｅａｃｈｅｒ—ｓ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｌ／ａｎｙｕｎｇａｎ￣，曲噌ｓ“２２２００６．Ｏｈ１）ｚａ；
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｂ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ
ａ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ａｃｔｕａｌ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ
ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ，ａ ｓｅｃｕｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈ ｓｃｈｏｏｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｒｙｐｔｏｌｏｇｉｃａ］ｍｅｔｈｏｄｓ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ，ｄｉｇｉｔａｌ
ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｏｆ ｔｅａｃｈｅｒ ａｎｄ ｅｘａｍｉｎｅｅ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ＩＢＳ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ａｎｄ ＣＺＫ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ
ｄｏｗｎｌｏａｄｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｐａｐｅｒ ｆ０ｒ ａｌｌ ｅｘａｍｉｎｅｅｓ ａｎｄ ｓｕｂｍｉｔｔｉｎｇ ｔｈｅｉｒ ｐａｐｅｒｓ．Ａ ｓｅｃｕｒｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＢＳ；ＣＺＫ；ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ；ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ
１引言
自二十世纪末网络教育在中国的兴起，网络教
学平台便迎运而生，并不断发展壮大。而网络考试
系统作为教学效果的检验手段成为必不可少的重要
Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＰＫＩ）的安全架构上…。ＰＫＩ提供的
身份认证、保密性、完整性和不可否认等服务能够
有效解决网络考试安全问题。但在实际应用中面临
许多复杂问题：大量规模化的证书管理中，用层次
组成部分，并伴随考试形式的变化而不断完善着。
国内外有多种培训、认证和教学考试采用了计算机
网络考试系统。大部分考试系统都是针对某一课程
开发的，通用性差。由于受到通信网络的制约，网
络考试系统不能大范围部署，因此，网络考试的使
用和发展受到严重的束缚，特别是在复杂的网络环
化ＣＡ（Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）机构的数量扩充来
解决密钥管理的规模，但引出了机构膨胀和信任退
化的问题 ；用第三方证明的方式解决标识和密钥
的捆绑，结果却引出了第三方的法律地位和通信量
增大的问题。这无疑给考试管理单位和考生增加了
额外的费用和通信负担。因此，纯粹使用ＰＫＩ技术
解决网络考试安全问题成本较高，开发低成本的安全
网络考试系统十分必要。基于身份的签名 （Ｉｄｅｎｔｉｔｙ
境中，缺乏有效的安全保障成为网络考试广泛推广
的一个瓶颈。
目前，网络考试安全问题的研究者大多将
精力放在基于公开密钥基础设施（Ｐｕｂｌｉｃ Ｋｅｖ
Ｂａｓｅｄ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ，ＩＢＳ）方案直接将身份作为公钥，
简化了公钥认证机制，同时采用了椭圆曲线双线性
５１ 慰豳圆圈２ ０｛ｌ｛２
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映射和最小贝叶斯等强大的数学算法，在确保安全
的同时，比传统的ＰＫＩ机制 更方便和高效。
２考试环境分析
作为网络教学平台中的网络考试系统 ，在网
络考试中主要有三个角色：考试管理员（ＥＭ）、教
师（Ｔ）和考生（Ｓ），网络结构分为两类：公网和内
网，既适用于集中式的网络考试，又适用于分散的
考生进行网络考试。网络考试系统整体架构如图１
所示。ＥＭ不仅要有支撑网络考试平台系统的安全
通信，还应提供公开的Ｗｅｂ服务与考生进行信息
交流。同时，在ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ平台上还要实现客户
端的加密和解密、试题信息、签名及身份认证、私
钥的生成和安全传送、密钥的管理等。
教师用机
图１网络考试系统架构
为了应对此网络考试系统的安全机制，需采取
不同的安全策略，以兼顾考试的每一个环节，保证
考试信息安全。
３ ＩＢＳ签名技术在网络考试系统中的应用
在网络教学平台中，考试系统对不同身份的用
户设定了不同的功能界面，系统功能模型如图２所
不。
图２系统功能模型
在该系统中采用了无需对可信第三方无条件信
任的签名方案 （以下简称ＣＺＫ方案），该方案用
户签名密钥由用户与ＰＫＧ共同产生，而公钥由用
户身份产生。目前ＣＺＫ方案主要建立在椭圆曲线
密码学基础上，该密码体制主要使用双线性映射函
数，该函数通过椭圆曲线Ｗｅｉｌ配对产生。
３．１系统初始化
根据考试流程，ＥＭ端的安全机制 设计如下：
（１）考试管理ＥＭ在安全机制中起密钥生成中心
的作用。
（２）利用ＣＺＫ方案对ＰＫＧ系统初始化，随机
选择系统主密钥：Ｓ∈Ｚｑ ，计算Ｐ。 。 ＝ｓＸｐ。
（３）ＰＫＧ参数公开：§，ｑ，Ｐ，Ｐ ，Ｈ１，Ｈ２．
（４）系统为考管中心设定基于身份ＩＤ的签名密
钥：调用ＣＺＫＤＳＡ（椭圆曲线双线性映射签名算
法）算法，用户密码Ｐａｓｓｗｏｒｄ简写为ｔ∈Ｚｑ ，计
算ｔＰ，并将ＩＤ和ｔＰ发送给ＰＫＧ，ＰＫＧ确认身份
后计算Ｑ 和Ｓｍ，并将Ｓｍ发送给用户作为私钥的
一部分，另一部分ｔ由用户自己保存。
３．２用户注册
用户注册的安全流程如下：
（１）教师Ｔ和考生Ｓ向考管ＥＭ提供详细真实
的身份信息。ＥＣ通过实际的物理手段验证信息的
真实性，则ＥＭ中便会存储所有注册用户的用户名
和密码的Ｈａｓｈ值对（Ｈ（ｉｄ），Ｈ（ｐａｓｓｗｏｒｄ））。
（２）ＥＭ用ＣＺＫＤＳＡ签名算法为Ｔ和Ｓ生成用
户密钥Ｓｍ，并通过安全信道把密钥传送给用户。
３．３教师的操作安全机制
（１）考试开始前，教师需将题库进行整理、编辑，
便于考生考试使用。教师通过自己的用户名和口令
对登录密钥管理中心，从中提取自己的加解密及签
名认证密钥。ＥＭ使用ＡＥＳ对称加密算法，使用随
机生成密钥Ｋｅｙ 对试题ＴＥ加密，生成试题密文
Ｐ＝Ｅ（Ｋｅｙ ，ＴＥ）。
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（２）考试结束后，教师需将考生信息进行重新整
理，对系统检验为合法的答卷进行批阅，并给出最
终成绩。
（３）发布成绩，供学生查询。
３．４考生的操作安全机制
（１）Ｓ通过用户名和密码对登录密钥管理中心 ，
从中取得自己的加解密以及签名认证密钥。
（２）Ｓ利用Ｋｅｙ 对试题解密，得到试题
ＴＥ＝Ｄ（Ｋｅｙ ，Ｐ），开始答题。
（３）提交答卷。Ｓ计算自己答卷Ａｎｓｗｅｒ的数字
签名ＳＩＧＮ 。＝Ｈ２（Ａｎｓｗｅｒ，Ｑ。。），Ｓ选择ＡＥＳ密钥，
Ｋｅｙ…使用ＥＭ的公钥ＹＲ计算数字信封ＤＭ：
Ｄｋｅｙ＝Ｅ（ＹＲ，ＫｅｙＩＤ），Ｍｋｅｙ＝Ｅ（Ｋｅｙ。。，Ａｎｓｗｅｒ），将
Ｄｋｅｙ和Ｍｋｅｙ一起写入文件发送给ＥＭ。
３．５考试管理员的监管
（１）管理教师用户和学生用户的用户名和密码。