基于代理机制的交叉认证模型研究

第２７卷第１２期　２００７年１２月　计算机应用　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖ０Ｉ．２７　Ｎｏ．１２　Ｄｅｃ．２００７　

文覃编号：１００１—９０８１（２００７）１２—２９２５—０３　基于代理机制的交叉认证模型研究　

贾伟，张国瑜　（山西财经大学信息管理学院，太原０３０００６）　（ｉｉａｗｅｉ—ｓｘｃｄ＠１　２６．ｃｏｒｎ）　摘要：在研究了通用交叉认证模型的基础上，针对网状信任模型路径构造复杂问题，提出了基　于引入代理机制的互操作模型，在不使用第三方的情况下实现了网状模型和树状层次模型的互连，在　一定程度上弥补了桥接认证中心（ＣＡ）的不足。采用分段的多路径证书路径构造方法，提高了路径构　造效率，并通过例子对路径构造算法的效率进行了分析验证。　关键词：交叉认证；互操作；代理机制；证书路径构造　中图分类号：ＴＰ３９３．０３　文献标志码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ＣＲＯＳＳ．ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ　ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｇｅｎｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ＪＩＡ　Ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｙｕ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｓｈａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｆｉｎａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　０３０００６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ＣＲＯＳＳ—ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ　ｍｏｄｅｌ，ａｎ　ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｔｌｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｇｅｎｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅｌｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｔｈ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｒｕｓｔ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｔｒｅｅ　ｍｏｄｅｌ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｔｈｅ　ｔｈｉｒｄ　ｐａｒｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅｒｅｂｙ　ｍａｋｉｎｇ　ｕｐ　ｆｏｒ　ＢＣＡ’Ｓ　ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ　ｐａｒｔｌｙ．Ｓｕｂ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｕｈｌｐａｔｈ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｔｈ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｔｈ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｗａｓ　ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｅｘａｍｐｌｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＲＯＳＳ—ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ；ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎ；Ａｇｅｎｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｐａｔｈ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　

以电子商务为代表的网络经济是知识经济的核心及重要　组成部分。然而电子商务的发展并没有像人们想像的那样普　及和深入，制约因素很多，其中一个很重要的原因就是电子商　务的安全性，而身份认证又是电子商务安全的关键。　公钥基础设施（Ｐｕｂｌｉｃ　Ｋｅｙ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＰＫＩ）为电子商　务的开展提供了安全认证服务，目前我国已建立了多家认证　中心（Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ，ＣＡ），但许多ＣＡ之间仍处于分　割状态，造成“信任孤岛”。因此，解决已建ＰＫＩ信任体系中　的互连互通问题成为ＰＫＩ信任体系建设的主要任务。交叉认　证作为一种互操作技术为解决这一问题提供了有效方法。本　文提出基于代理机制的交叉认证模型，能够较好地解决不同　ＰＫＩ域互连问题。　１　互操作模型分析　从国内外互操作模型的研究发展来看，相对可行的有三　大交叉认证的模型，即树状层次ＣＡ模型、网状交叉认证模型　和桥接型ＣＡ模型　。　树状层次ＣＡ模型的优点是证书路径易于扩展，但是它　对根证书机构的安全性要求很高，根ＣＡ的策略制定要考虑　各个参与方。　网状交叉认证模型的优点是ＰＫＩ信任域扩展灵活，但当　所需连接的ＰＫＩ域比较多时，由于交叉认证路径的数量是按　照ｎ　级增长，使认证路径的建立及验证变得非常困难。　桥接型ＣＡ模型易于扩展，信任度高，能够克服网状认证　模型路径构造复杂的缺点，但是如果认证范围很大，第三方桥　ＣＡ的选择将非常困难，并且现有的ＰＫＩ系统要加入ＢＣＡ还　需要改造目录服务器。　以上各模型的技术参数比较见表１。　针对网状交叉认证模型中证书路径构造复杂和桥接ＣＡ　中第三方难以选取的问题，本文提出基于代理机制的交叉认　证模型。　表１模型技术参数比较　

２基于代理机制的交叉认证模型　裳　妄　冀裹　２．１　交叉互连方法　ＣＡ；对于网状信任模型，引入桥接型ＣＡ模型中网状信任模型　基于代理机制的交叉认证模型的基本思想是在各个域中　入桥的方式，选择其中一个ＣＡ作为“主ＣＡ”（“主ＣＡ”可以　

收稿日期：２ｏｏ７—０６—２５；修回日期：２ｏｏ７一Ｏ９—１８。　作者简介：贾伟（１９６１一），男，山西临汾人，副教授，主要研究方向：网络技术应用、电子商务；　张国瑜（１９８２一），女，山西太谷人，硕士研究　

生，主要研究方向：电子商务。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２９２６　计算机应用　２００７生　选取域中已建立的交叉认证关系比较多，技术、经济、管理状　况比较好的ＣＡ），为根ＣＡ或“主ＣＡ”设置代理，并在这些ＣＡ　间建立交叉认证关系。基本模型互连后的拓扑关系如图１～　３所示。　Ｃ　图１层次信任模型之间的互连　图２层次信任模型与网状信任模型之问的互连　图３网状信任模型之间的互连　２．２基于代理机制的交叉认证模型路径构造算法　对于路径构造方法的研究可分为两类，一类是通过ＣＡ　问发送请求、应答信息来构造　Ｊ，另一类是使用图搜索理论　来构造　］。鉴于基于代理机制的交叉认证模型的特点，本文　采用图搜索方法，并使用分段构造和多路径搜索策略来提高　路径构造效率。　路径构造进行分段处理是将路径构造分为域内和域问构　造两部分：网状信任模型中的ＣＡ存储各自域中的认证关系　图，负责域内路径构造；所有代理存储域问认证网络图，负责　域问路径构造。构造流程如图４所示。　为表述清楚，设认证发起方为ａ，ａ所在域的代理为Ａ，被　认证方为ｂ，ｂ所在域的代理为Ｂ。　１）如果ａ所在域是网状信任模型，当ｂ在本域内时，由ａ　对认证网络图进行搜索，如果能找到从ａ到ｂ的一条路径则　路径构造成功。当ｂ不是本域内ＣＡ时，那么由ａ向Ａ提供ａ　到Ａ的证书路径。转入２）进行域问路径构造。　如果ａ所在的是层次信任模型，使用前向法构造路径。　当ｂ不是本域内ＣＡ，那么由ａ向Ａ提供ａ到Ａ的证书路径。　转向２）进行域问路径构造。　２）ａ向ｂ传递Ａ的位置，ｂ将此消息和Ｂ与ｂ问的路径　发送给Ｂ，Ｂ向Ａ发送Ｂ与ｂ问的证书路径。Ａ查找路径库，　如果存在Ａ到Ｂ的路径则转向３）；如果查找失败则搜索域间　认证网络图构造域问路径，如果构造成功则转向３），否则构　造失败。　３）由代理把域内路径和域问路径进行合并，路径构造结束。　在网状信任模型中构造路径时，选择广度搜索算法，因为　在逆向构造证书中，优先选择主体ＤＮ中与目标ＤＮ中有更多　ＲＤＮ匹配的证书。使用广度优先算法可以保证在所有的证　书路径方向中选择最有可能正确的证书路径，也可以保证证　书路径的长度最短。认证时，需要验证双方以外的ＣＡ参与　认证（验证双方有直接认证关系的情况除外），因此认证的前　提就是假设中间ＣＡ全部可信（但实际情况可能并不是完全　这样），于是需要利用多路径搜索策略，即在路径构造过程中　搜索出尽可能多的证书路径，然后再对这多个结果进行处理。　具体算法如下：　设　表示路径图的节点集，　表示路径图的边集，Ｕ表示　路径子图的节点集，Ｄ表示路径集，ｉ表示寻找到的路径跳数，　Ｐａｔｈ　表示第ｉ条路径，ｃｅｒｔｃ　表示第ｋ个证书的路径长度限制　值，ｄ印　表示当前所访问的节点相对于第ｋ个证书而言在当　前路径中所处的深度，ｃ　是路径起点，ｂ是路径终点。　１）设路径图Ｇ＝（Ｖ，Ｍ），令Ｕ＝Ｖ，ｉ＝０，Ｄ＝　。　２）在Ｇ＝（Ｕ，Ｍ）中搜索，若ｃ。一Ｂ∈Ｍ则ｉ＝ｉ＋１，　多路径集Ｄ＝Ｄ　Ｕ｛Ｐａｔｈ　：Ｃｌ—Ｂ｝移去该边，Ｍ＝　｛Ｃｌ　Ｂ｝。　３）在子图Ｇ＝（Ｕ，Ｍ）中利用广度优先算法寻找由ｃ。到　ｂ的路径，在搜索Ｐａｔｈ　的过程中，访问某一节点ｃ　时，如果该　点表示的证书有路径长度限制ｃｅ　ｃ　，置ｄ印　＝ｃｅ　ｃ　，在顺　次访问该点的下一邻接点时ｃ　＋。时，依次置却　＝　ｄ印　¨，并判断：　（１）如果ｄ印ｆ　＝０并且ｃ　＋ｌ≠ｂ，放弃Ｐａｔｈ　的搜索；　（２）如果ｄｅｐｔｈ　≥０并且ｃ　＋ｌ＝ｂ，Ｐａｔｈ　的搜索完成；　（３）如果ｄ印ｆ　≥０并且ｃ　＋ｌ≠ｂ，继续Ｐａｔｈ　的搜索；　（４）若能找到Ｐａｔｈ　＝Ｃｌ—ｃ　一Ｇ一…一ｃ　一ｃ　＋ｌ　一…一Ｃ：一。一Ｃ　一ｂ，转向步骤４）；　（５）若找不到，转向步骤５）。　４）置Ｄ＝Ｄ　Ｕ｛Ｐａｔｈ．｝，Ｕ＝　｛ｑ—ｃ　一…一ｃ　一　Ｃ　＋。一…一Ｃ　。一Ｃ　｝，转向步骤３）。　５）输出路径数ｔ：ｉ及多路径集Ｄ＝｛Ｐａｔｈ　Ｉ　ｉ：１，２，３，　

‘一，

ｔｔ。　

采用广度优先搜索算法，寻找一条路径的计算复杂度为　

０（Ｍ），ｍ＝Ｉ　Ｉ。多路径算法每循环一次，至少会从中删除一　个节点。这样，求多路径的计算复杂度为０（ｎｍ），ｎ＝Ｉ　ｌ。　对于多条路径的验证可能会有不同的验证结果，可以采　用以下两种策略处理这些验证结果：１）一致性策略，当且仅　当所有路径验证结果都认为路径有效，通过验证；２）采用阈　值，即当具有相同认证结果的路径数目达到该阈值时，就认为　该认证结果可信。　本文提出的基于代理机制的互操作模型中，跨域ＣＡ问　通过建立证书路径得到的认证的可靠性可以用逻辑推理来证　明（文献［５］中有详细的证明过程，此处略）。　２．３域问路径构造代理的功能分析　代理的实质就是具有如下功能的服务器：存储域间认证　网络图；构建、维护路径库；构造域问路径、生成路径；验证路　径有效性。　使用代理机制，选取“主ＣＡ”（根ＣＡ）实现了不同ＰＫＩ域　问的互连，这种互连方式的主要优势在于以下几个方面：　１）由于不同域问的互连在设有代理间的ＣＡ问进行，因　此与网状交叉认证模型相比，减少了交叉认证数量，从而减少　

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