CN103001976A - 一种安全的网络信息传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全的网络信息传输方法。本方法为：1)客户端向服务器发起服务请求；2)服务器端对服务请求中的用户信息和客户端IP地址进行验证，如果验证通过则与其建立一会话；3)服务器端生成一密钥，并通过该客户端公钥对该密钥加密后发给该客户端；4)该客户端利用私钥对该密钥信息进行解密，并将解密出的密钥信息通过服务器端公钥加密后发给服务器端；5)服务器端将该服务请求的数据进行数字签名，并用该密钥对数据以及数字签名信息进行加密发送给该客户端；6)该客户端对数据进行解密和一致性验证，对一致性验证不通过的信息进行丢弃并申请服务器端重传，验证通过的信息存入本地数据库。本发明大大提高了信息传输的安全性。

Description

一种安全的网络信息传输方法

技术领域

本发明属于信息技术领域，涉及一种安全高效的网络信息传输方法，主要应用于服务器端与客户端进行网络数据通信、信息加密、安全身份认证等领域。

技术背景

随着计算机网络技术的飞速发展，网络已经成为了世界上最大规模的公共数据源，而且其规模仍在快速的增长。在互联网极大的改变人们的生活面貌、促进社会进步的同时，由于其是面向大众的开放系统，随着网络应用范围的不断扩大，机密信息的泄漏问题也变的日益严重，由此引起的网络安全问题也日益突出，计算机网络信息在使用、传输等过程中可能会被非法盗用、暴露或者篡改，此外，由于用户信息安全意识淡薄，信息安全技术和设施相对落后等因素也使得网络信息安全形势更加严峻。为了解决这些安全问题，各种信息安全传输机制、信息加密算法、网络安全工具被不断的开发和应用。

计算机网络以TCP/IP为基础，该协议在设计上存在着很多安全隐患，因此基于TCP/IP的应用服务例如www服务、EMAIL服务、FTP服务等都不同程度的存在着安全问题，易被他人通过协议漏洞窃取信息。因此需要通过特定的防护策略来保护网络信息安全。常见的安全策略有提高网络服务器存储安全级别、通过核对用户信息进行入网安全性验证、利用信息加密技术来加密信息传输流、通过系统防火墙以及病毒防护技术等策略。

加强服务器的存储安全是通过特定的方式保护网络服务器的存储器的信息安全，目前常用的技是RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)即磁盘阵列技术，利用数组的方式来做磁盘组，配合数据分散排列的设计来提升数据的安全性，磁盘阵列可利用同位检查的方法，在数组中某个硬盘出现故障时，通过数据冗余技术，仍可读出数据和重新写入数据，从而实现了对数据的安全保护。

用户信息验证技术也就是系统访问控制技术，是网络安全防御和保护的常用策略。信息验证主要通过用户名/口令等验证信息来显示非法用户进入网络，目的是保证网络中的资源不被非法用户访问和使用，同时控制用户可访问的网络资源的范围，只允许用户访问通过系统管理员授权的资源。不过用户名/口令被窃取就意味着所对应的网络资源的丢失，因此需要对用户信息进行妥善保护。另外系统还可通过设定入网限制来防止非法入侵者进入网络，用户只能在特定的网段通过自己的用户名/口令来进入网络，由此提高网络信息安全性。

信息加密技术，就是对信息进行重新编码而隐藏原始信息内容，从而使非法用户无法获得信息真实内容的一种技术手段。数据加密技术按照作用的不同可以分为数据存储、数据传输、数据完整性鉴别以及密钥的管理技术。数据存储加密技术是为了防止在存储环节上的数据丢失，分为密文存储和存储控制两种，密文存储是通过加密算法转换、附加密码、加密模块等方式对本地存储的文件进行加密和数字签名；存储控制是对用户资格、权限加以审核、防止非法用户获取数据。数据传输加密是通过加密算法对数据传输过程中的数据流进行加密。数据完整性鉴别是对介入信息的传送，存取，处理人的身份和相关数据内容进行验证，以达到数据保密的要求，系统通过对比验证对象输入的特征值是否符合预先设定的参数，实现对数据的安全保护。密钥的管理技术包括密钥的产生、分配、保存、更换以及销毁等环节上的保密措施。针对HTTP协议的安全缺陷，人们提出了在SSL上的HTTPS实现，采用独立端口策略，在数据传输过程中加密解密均有SSL进行，与上层的HTTP无关，不过HTTPS提供的是点对点的安全保护，加解密发生在传输层，也就是旨在传输过程中消息才是加密的，到达终点后就变成了明文，因此消息队列中信息可能被窃取。

防火墙是目前使用广泛的一种网络安全技术，其核心思想是在不安全的网络环境中构造一个相对安全的子网环境，通过预定义的安全策略，对内外网通信强制实施访问控制，对两个或多个网络之间传输的数据包按照一定的安全策略来实施检查，以决定网络之间的通信是否被允许，并监控网络运行状态。病毒防护技术通常使用的是防病毒软件，从功能上分为网络防病毒软件和单机防病毒软件。单机防病毒软件一般安装在单机上，对本地资源采用分析扫描的方式检测，消除病毒。网络防病毒软件主要注重网络防病毒，一旦病毒入侵网络或从网络向其他的资源传播，网络病毒软件就会立即检测到并将其删除。

在目前网络信息化时代，由于网络自身的安全隐患无法根除，在网络信息传输的过程中，虽然人们提出了很多用于网络安全防护的策略，但是安全事故仍不断出现，因此需要综合运用各种网络安全技术，来保护网络信息传输安全。

发明内容

针对目前网络信息传输方面存在的问题，在总结了已有信息安全传输方法的优势和缺点的基础上，本发明的目的在于提出一种综合运用用户信息验证技术、信息加密技术、数字签名技术、防火墙技术来保证基于C/S(客户端和服务器结构)的网络信息安全传输方法，服务器端为信息数据源，系统管理员为要申请获取数据的客户端分配系统权限，包括用户信息、用户授权IP地址(客户端发起请求的IP地址)、用户身份公钥/私钥对，服务器端公钥信息等。信息传输总体流程示意图如图1所示。

1、客户端发起数据传输请求

客户端按照本地配置的服务器信息，向服务器发起服务请求，请求参数包括客户端用户信息、IP地址信息(服务器端通过解析IP数据包获取客户端IP地址，IP地址不作为显式参数传递)、请求获取数据类型信息等，只有通过服务器身份认证后才可进行网络数据获取。

2、服务器端进行身份验证

客户端数据传输请求被服务器端防火墙拦截，过滤掉未授权的非法信息，将合法的客户端请求提交给服务器，服务器端接收到客户端数据传输请求后，对客户端提交的用户信息与服务器端数据库中的进行核对，验证通过的请求才可进入信息传输流程的下一步。

3、服务器端进行IP验证

服务器端从客户端请求中的IP数据包中解析出客户端的IP地址，只有验证该IP与服务器初始化的客户端合法IP相同，并且验证用户信息合法后，针对该用户服务器端建立与客户端的会话，在本次会话中保存用户信息，作为参数供数据传输各个步骤调用，直到数据传输结束后删除会话。

4、服务器端为数据传输生成密钥

由于传输的数据量比较大，服务器端与客户端数据传输过程采用加密速度快的对称算法加密，服务器端为本次数据传输生成用于数据加密的随机密钥，并通过客户端公钥将密钥加密，将加密后的密钥信息传送回客户端。

5、客户端接收密钥

客户端接收到服务器端发送的数据加密密钥信息后，通过客户端私钥进行解密，将解密出的密钥信息通过服务器端公钥再次加密后提交到服务器端。服务器端接收到密钥信息后通过服务器端私钥解密，将解密出的密钥与生成的随机密钥进行对比，若两者一致则表明客户端已安全接收到数据解密密钥信息，可进行下一步数据加密工作。

6、服务器端进行信息加密

为保证客户端接收到的数据准确无误，服务器端将客户端请求的数据进行数字签名，服务器端通过生成的随机密钥，通过对称加密算法将客户端请求数据以及数字签名信息进行数据加密，以密文形式向客户端发送。

7、信息传输

服务器端通过互联网将加密后的信息发送到客户端，由于数据是密文的形式传送，可很大程度提高信息传输安全性。

8、客户端数据解密

客户端接收到加密后的信息后，通过步骤5获取的密钥对数据进行解密，解密出的数据包括原始信息和数字签名信息，客户端通过数字签名对原始信息进行一致性验证，将一致性验证不通过的信息丢弃并申请服务器端重传，验证通过的信息存入本地数据库。数据传输结束后向服务器端发出结束标志，服务器端中断与客户端的会话信息。

本发明采用服务器端为客户端动态分配用户信息的方式，向客户端分配用户信息、用户私钥信息、服务器公钥信息，服务器端保留分配的用户的公钥信息。在信息传输过程中，考虑到加密速度等因素，数据加密采用对称加密算法进行加密，加密/解密密钥在数据传输过程中随机生成，为保护密钥安全被客户端接收，通过非对称加密算法进行密钥交换和身份验证。

本发明在信息传输过程中综合运用了身份验证技术、防火墙技术、数据加密/解密技术，并通过非对称加密算法、对称加密算法和数字签名技术在保证数据安全性的同时，保证了数据加密速度。

与现有技术相比，本发明的优点：

用户信息由服务器端统一管理、授权，通过对服务器端防火墙进行统一配置，降低了非法用户入侵系统的可能性。

对称加密算法加密、解密过程通过同一密钥进行，加密速度快，适合加密较大规模数据，但是密钥丢失则意味着原始信息可被获得密钥的非授权用户解密，因此对称算法的密钥是信息安全传输的关键，本发明通过随机分配密钥的方式，每次信息传输密钥都不相同，保证了信息安全性。

非对称加密算法破解难度大，但相对对称算法加密速度慢，适合加密少量数据。本发明利用非对称加密算法安全性高的特点，服务器端利用该算法将对称加密算法的密钥加密为密文，客户端获取密文后通过非对称加密算法解密出对称加密算法的密钥，再次通过非对称加密算法加密该密钥后回传给服务器，服务器解密后与原始密钥核对，由此确定客户端是否成功获取了对称算法加密/解密所需的密钥，由此保证了对称加密算法的安全交换。

利用数字签名技术将原始信息进行签名，将原始信息和签名信息同时进行加密，客户端获取了加密数据并解密后，可对原始信息进行一致性验证，从而保证了信息传输的正确性。

附图说明

图1信息传输流程图；

图2信息加密过程图；

图3服务器端信息处理过程图；

图4客户端信息处理过程图；

图5MD5算法流程图；

图6DES算法流程图。

具体实施方式

本发明数据传输服务器端通过Web Services的形式在服务器发布，客户端通过线程方式定时向服务器端提出数据传输请求，非对称加密算法通过RSA算法实现，对称加密算法通过DES算法实现，信息签名通过MD5算法实现，整个数据加密过程如图2所示。服务器端初始化客户端用户信息和RSA算法公钥和私钥信息(密钥由5位十进制素数和308位十进制素数构成)，以及服务器端公钥信息同时保存到客户端数据库中。

1、服务器端信息处理过程(如图3所示)

(1)身份验证

服务器端防火墙拦截用户请求信息，将非法请求进行过滤处理，将合法的用户信息提交到身份验证处理程序，服务器端收到客户端数据传输请求后，通过客户端的用户名/口令信息、客户端IP信息等进行客户端身份验证。

(2)初始化用户

验证通过的请求，服务器端为数据传输工作建立会话，在会话中保存该用户信息，包括该用户用户名/口令信息、IP信息、RSA算法客户端公钥信息、服务器端私钥信息等。

(3)生成DES密钥

服务器端随机生成8位DES算法加密/解密所需的密钥信息，并通过RSA算法利用客户端公钥将密钥加密，将加密后的密钥传送到客户端。

(4)验证DES密钥

客户端收到加密的密钥后通过自身密钥解密，将解密的密钥再通过服务器端公钥进行加密，将加密后的密钥提交到服务器端，服务器端通过自身私钥解密后与步骤(3)生成的密钥进行比对，当两者相同时，表示客户端已准确接收到了DES密钥。

(5)数字签名

服务器端通过MD5算法(如图5所示)对要传输的信息进行数字签名，并把数字签名信息附加到原始信息末尾。

(6)加密信息

服务器端通过DES算法(如图6所示)利用步骤(3)生成的8位密钥对附加了数字签名信息的原始信息进行加密。

(7)传送信息

服务器端将加密后的信息通过互联网发送给客户端，客户端获取信息后通过从服务器端获取的DES算法密钥对信息进行解密处理，从解密出的信息中分离出原始信息和数字签名信息，通过MD5算法对传输的信息进行数字签名，将得到的签名信息与从服务器端接受到的签名信息对比，当两者相同时表示此次数据传输无误。

(8)断开连接

信息传输结束后，服务器端收到客户端提交的断开服务请求，服务器端终止于客户端的会话，断开与客户端的连接直到客户端再次提交数据服务请求。

2、客户端信息处理过程(如图4所示)

(1)初始化参数

客户端以线程方式定时向服务器发送获取数据请求，线程启动后，客户端从本地数据库中读取客户端用户信息并提交到服务器端进行身份验证。

(2)用户验证

服务器端通过验证客户端提交的用户信息和IP信息，将验证成功结果返回给客户端。

(3)获取DES密钥

客户端获取服务器通过RSA算法利用客户端公钥加密的DES密钥信息。

(4)验证DES密钥

客户端通过私钥对加密的密钥信息进行解密，将解密后的信息再通过服务器端公钥进行加密并提交到服务器端，服务器端验证成功后向客户端返回验证成功标识，客户端等待服务器端进行数据传输。

(5)获取加密信息

客户端获取服务器端通过DES算法加密的原始信息的密文。

(6)解密信息

客户端通过步骤(4)获取的DES密钥对步骤(5)获取的信息进行解密，将解密出的原始信息和数字签名信息进行一致性验证。

(7)断开连接

客户端将通过一致性验证的信息存入本地数据库，并向服务器端发出断开连接请求，

本次信息传输结束。

本发明提出的网络信息传输方法，服务器端在信息传输前进行信息加密，客户端在收到数据后在本地进行解密，从而避免了TCP/IP协议存在的缺陷。同时，本发明综合运用了各种信息处理算法的特点，在不影响数据传输速度的前提下，保证了网络信息传输过程的安全性和准确性。

Claims (7)

1.一种安全的网络信息传输方法，其步骤为：

1)客户端向服务器发起服务请求；其中，所述服务请求包括客户端用户信息、请求获取数据类型信息；

2)服务器端对收到的服务请求进行过滤，并对过滤所得合法的服务请求中的用户信息进行验证，如果验证通过则进行步骤3)，否则拒绝该服务请求；

3)服务器端从客户端发送请求的IP数据包中解析出客户端IP地址，并进行验证，如果验证通过则建立与该客户端的会话，进行步骤4)；否则拒绝该服务请求；

4)服务器端生成一密钥，并通过该客户端公钥对该密钥加密后的密钥信息发给该客户端；

5)该客户端利用私钥对该密钥信息进行解密，并将解密出的密钥信息通过服务器端公钥加密后发给服务器端；

6)服务器端确认该客户端已安全接收到该密钥后进行步骤7)；

7)服务器端将该服务请求的数据进行数字签名，并用该密钥对该服务请求的数据以及数字签名信息进行加密，以密文形式发送给该客户端；

8)该客户端利用该密钥对收到的数据进行解密和一致性验证，对一致性验证不通过的信息进行丢弃并申请服务器端重传，验证通过的信息存入本地数据库。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述服务器端确认该客户端已安全接收到该密钥的方法为：服务器端利用私钥对接收到的密钥信息解密，将解密出的密钥与步骤4)生成的密钥进行对比，若两者一致则确认该客户端已安全接收到该密钥。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述密钥为一随机密钥。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于该客户端判断数据传输结束后，向服务器端发出结束标志，服务器端中断与该客户端的会话。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于步骤4)中，服务器端采用非对称加密算法通过该客户端公钥对该密钥进行加密后发送给该客户端；步骤5)中，该客户端采用非对称加密算法对解密出的密钥信息通过服务器端公钥进行加密后发送给服务器端。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于步骤7)中，服务器端采用对称加密算法对该服务请求的数据以及数字签名信息进行加密。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述客户端向服务器发起服务请求的方法为：客户端以线程方式定时向服务器发送获取数据请求，线程启动后，客户端从本地数据库中读取客户端用户信息并提交到服务器端。

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