Java 安全性的演变和理念

核心提示：本系列文章将提供对网络安全的一般了解，以及开发人员所必需把握的 java 编程语言的独特性能，Java 安全性的演变和理念，在后续的连载中，将讨论 Java 平台安全性的设计和演变，但是它仍然普遍用于虽不安全但究竟是已加密了的消息传送， 假如以 Kerckhoff 在十九世纪所做的工作为基础，以及不同的 Java 安全

　　本系列文章将提供对网络安全的一般了解，以及开发人员所必需把握的 java 编程语言的独特性能。在后续的连载中，将讨论 Java 平台安全性的设计和演变，以及不同的 Java 安全性 API。今后的文章还将讨论 Java 2 PlatFORM，EnterPRise Edition (J2EE) 中的安全特性，J2EE 正迅速变为 .com 平台的首选。
　　
　　虽然，深入了解密码学对读者的数学水平来说是一个挑战，但第一篇文章概述的是网络安全和密码学的基本概念，而这些是非常简单，极易把握的。又：请参阅讨论 AES 和密钥长度对安全性的重要性的专题。
　　
　　在最近的几十年内，计算模型发生了巨大的变化，由于这些变化，出现了对大规模电子商务与电子交易系统应用程序安全的更大需求，这正如最近对几个受欢迎站点的大量拒绝服务 (DoS) 攻击所表明的那样。尤其是对于 Java 团体，随着 Java 作为因特网编程的事实上的标准平台出现，安全移动 Java 代码的能力已成为基本要求。
　　
　　本文是系列文章中的第一篇，讨论计算机安全和密码学的一般概念。虽然可移动代码并不是一个革命性的概念，但是 Java 和因特网给计算机安全带来了一些不同平常的挑战。Java 体系结构的演化及其对安全的影响、不同的安全 API 和工具软件以及 applet 安全，等等，将在随后的文章中讨论。
　　
　　此安全性论文系列并不打算提供计算机安全问题的综合指南。计算机安全是一个多层面的问题，它涉及若干学科、部门和文化。技术投资后，接着就应该着手培训、严格的策略强制执行和总体安全策略的定期审查。
　　
　　注：有关算法进展的具体信息，请参阅专题“二十一世纪的加密算法”；有关密钥长度在安全性中的重要性的讨论，请参阅专题“密钥的长度是否重要？”。
　　
　　什么是计算机安全？
　　要从总体上理解什么是计算机安全，有必要考虑一下安全在日常生活中意味着什么。我们将看到，日常生活中的一般安全规则同样适用于计算机安全。
　　
　　计算机安全的局限性
　　有没有绝对计算机安全这样的事情？一句话，没有这样的事情。术语安全系统是一个不恰当的名称，因为它暗示了系统要么是安全的，要么是不安全的。安全实际上是一种平衡。假如提供的资源是无限的，则任何形式的安全都能遭到破坏。尽管攻击者可用来实施攻击的资源越来越多，但在现实世界中，这些资源仍然是有限的。考虑到这一点，我们应该这样来设计所有系统：让攻击者为破坏这些系统所付出的，远远大于破坏之后他们所能得到的。
　　
　　端到端的安全
　　什么是端到端的安全？在一个多层系统中，每一层都应该有其自身的安全，并且与其他层协调一致。为汇集在一起的不同系统和中间件设计安全，是一个相当大的挑战。简单地说，系统安全的程度仅相当于最弱的一环的安全程度；除非您按端到端的观点考虑安全，否则安全随时可以遭到破坏。
　　
　　简单性
　　一个复杂的安全设计会起作用吗？乍看起来，制止未授权用户访问系统的最佳方法也许是，设计一个非常复杂的安全方案，但事实并非如此。不仅设计复杂的安全系统的高成本使人不敢问津，而且，要是这种安全系统太复杂了，恐怕连合法用户也难以进入。另一方面，简单系统更轻易理解，也更轻易分析。
　　
　　好的系统设计需要安全
　　有可能对安全进行翻新吗？答案是，这几乎是不可能的。在很多情况下，翻新安全而不必重新设计系统的实质性部分，可能是不现实的。在几乎所有的情况下，翻新的成本非常昂贵。因此，安全从来不应是事后考虑的事情 -- 从一开始它就必须是系统设计的不可分割的一部分。
　　
　　计算机安全的基础知识
　　了解这样一些内容是有用的：计算机安全的防御对象、相应的防御机制，以及与计算机安全有关的不同术语。
　　
　　威胁
　　威胁 -- 对计算机安全的攻击 -- 大致可以分为以下几类：
　　
　　机密性攻击：利用加密算法中的弱点或以其他方式，试图窃取机密信息。
　　完整性攻击：出于自私或恶意而试图修改信息。应该注重的是，完整性攻击也可以是偶然的。
　　可用性攻击：试图中断系统的正常运行。可用性攻击又称为拒绝服务 (DoS) 攻击，后者是最近流行的术语。
　　几种攻击归属于上面提到的一个或几个类别。示例包括：
　　
　　暴力攻击 通常指搜索每一把钥匙，直到用正确的那一把打开门为止。尽管这似乎是一项代价昂贵的操作，但实际上，通过使用专门的工具对搜索进行仔细安排，是可能的。
　　特洛伊木马攻击 以敌方不易察觉的方式插入一个内线。计算机病毒就是常见的特洛伊木马攻击的例子。
　　转接攻击 (person-in-the-middle attack) 在双方不知道的情况下，中途截取他们的通讯信息，而双方以为他们在正常通讯。
　　其他的攻击包括：生日攻击、字典攻击、会合攻击 (meet-in-the-middle attack) 等。（更全面的讨论，请参阅参考资料中 BrUCe Schneier 的 Applied Cryptography。）
　　
　　防护物
　　为抵御对安全的威胁，有各种各样的保护机制。在历史上，防御机制曾经包括设置某种“围墙”或“边界”，通常称为周边防御 (perimeter defense)。
　　
　　防火墙，周边防御的一个相当成功的示例，将内部（专用）网络与外部（公用）网络分隔开，并为公司策略提供中心控制点。然而，防火墙日益答应各种精选形式的通讯 -- 例如 HTTP -- 穿过它。
　　
　　虚拟专用网络 (VPN)，尽管仍然使用共享网络，但它提供的安全级别与专用网络相同，是另一个防护物示例。
　　
　　密码学
　　密码学及其相关领域密码分析学，自身与加密和解密信息的算法设计及分析有关。在下面的几节中，我们将讨论密码学与安全之间极其重要的关系。
　　
　　机密性
　　机密性是保护数据免受未授权的一个或多个用户访问的方法。简单地说，就是只有预定的消息接收人才能够弄懂这一消息。
　　
　　假如您正在与他人交换敏感信息，您希望绝对确保只有预定的消息接收人才可以弄懂此消息，假如落入非预定的人手中，此消息实际上将变成无用的东西。机密性是用某种形式的加密技术来实现的。
　　
　　认证
　　认证过程确认用户的身份。用户可以是一个软件实体，也可以是一个人。委托人是其身份已被验证的一方，与委托人相关联的是一组凭证。通常，认证根据一些仅用户和认证人知道的机密信息 -- 例如口令 -- 来确认身份。除了口令以外，更复杂的安全方案还将诸如智能卡或生物统计法（指纹、视网膜扫描，等等）之类的高级技术用于认证。
　　
　　一旦建立了认证，在实施中对用户（或者更一般的说，委托人）的访问是访问控制机制控制的。
　　
　　Kerberos -- 基于密钥和加密 -- 展示了一种早期认证技术。这种技术使用时间戳 -- 在一个规定的时段内会话保持有效 -- 来实现这一点。为了正常工作，Kerberos 最根本的一点是，假定分布式系统中的时钟是同步的。
　　
　　公用密钥基础结构 (PKI)，代表一种更为普遍的认证解决方案，将在下面的几节中讨论。
　　
　　Java Authentication and Authorization Service (JAAS) 框架，以基于用户的认证和访问控制功能补充 Java2 平台。JAAS 是 Java 2 Software Development Kit，v 1.3 的标准扩展。
　　
　　完整性
　　比如说您发送一张电子支票。当银行最终收到该支票时，它需要弄清楚付款金额有没有被篡改，这就是称为完整性的安全概念。
　　
　　不可否认
　　在上述的电子支票示例中，假如您确实发送了该支票，就应该没有办法再否认它。不可否认提供不可否认的行为证据，如给接收人的数据的原始证实或给发送人的数据收据。
　　
　　审计和日志
　　保存已授予或已拒绝的资源访问的记录，可能有助于日后的审计工作。就此目的而言，审计和日志对于防止非法入侵或事后对非法入侵进行分析，是大有用处的。
　　
　　策略和访问控制
　　安全策略着重控制对保护数据的访问，安全执行机制应该足够灵活以执行策略，这一点至关重要。这称为保持策略与机制相分离。尽管作出该决策的依据可能是，按照委托人身份来授权访问某一资源，但是，根据角色来治理访问控制通常更为轻易。每个委托人被映射到唯一的一个角色，以达到控制访问的目的。通常这样来实现：用一个列表或矩阵，列举不同的用户/角色所拥有的对不同保护资源的访问权。
　　
　　Java 2 PlatFORM，Enterprise Edition (J2EE) 使用基于角色的认证来执行其策略。考虑到这一点，在 J2EE 中，业务逻辑的开发人员根据角色来限制对特定功能的访问。
　　
　　密码学：保密书写的科学
　　虽然密码学和计算机安全是两个截然不同的主题，但是计算机安全在很多方面都依靠于密码学。
　　
　　Java.security 与几个核心包一起提供了一些 Java 的加密功能。Javax.crypto 是主要的包，它的某些功能部件受出口控制法的控制。此外，javax.net.ssl 包在必要时可用来创建安全套接字传递机密信息。
　　
　　下一步，让我们了解一些与密码学有关的概念。
　　
　　密码分析学
　　密码分析学，与密码学正好相反，是解码或攻击秘密编码信息而无须访问密钥的艺术。密码分析学已经使用理论性攻击发现了许多算法中的安全漏洞，并导致了算法的废弃或重大修改。密码分析学在分析和验证算法，使算法更加安全方面，起着要害性作用。
　　
　　密码学算法
　　有几种算法可以加密信息。一种简单的算法可能要将消息的字符轮换 13 个位置 -- 称为 rot13。虽然 rot13 是不安全的（因为原始消息很轻易解密），但是它仍然普遍用于虽不安全但究竟是已加密了的消息传送。
　　
　　假如以 Kerckhoff 在十九世纪所做的工作为基础，则密码系统的安全应该完全基于密钥的保密，而不是基于算法的