張 磊,李瑩瑩,昌 儀

(安徽省地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)院,安徽 合肥 230001)

HTTPS加密技術(shù)在基于MVC架構(gòu)的礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金管理系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

張 磊,李瑩瑩,昌 儀

(安徽省地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)院,安徽 合肥 230001)

隨著國(guó)土資源部門電子政務(wù)系統(tǒng)的普及,基于B/S架構(gòu)的礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金管理系統(tǒng)建設(shè)迫在眉睫。為滿足便于部署和運(yùn)維的要求,系統(tǒng)采用基于MVC架構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)體系,提高開(kāi)發(fā)效率的同時(shí)降低系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化和運(yùn)維的成本。系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)對(duì)象是全省的礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金,數(shù)額巨大,業(yè)務(wù)流程繁雜,且目標(biāo)用戶分布在省、市、縣多個(gè)層級(jí),故采用基于HTTPS超文本安全傳輸協(xié)議,以解決系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。

礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金;業(yè)務(wù)管理系統(tǒng);HTTPS加密技術(shù);MVC架構(gòu)

礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金,是指為了保證采礦權(quán)人在采礦過(guò)程中以及礦山停辦、關(guān)閉或閉坑時(shí),能切實(shí)履行礦山地質(zhì)環(huán)境治理與生態(tài)恢復(fù)義務(wù),而向采礦權(quán)人預(yù)提并單獨(dú)存儲(chǔ)的、專門用于保證其履行礦山地質(zhì)環(huán)境治理和生態(tài)恢復(fù)義務(wù)的資金[1]。

國(guó)外一些礦業(yè)管理較發(fā)達(dá)的國(guó)家在20世紀(jì)初就已開(kāi)始關(guān)注并著手礦山環(huán)境治理和恢復(fù),積累了大量的經(jīng)驗(yàn),并形成了相對(duì)完善的管理運(yùn)行體系。美國(guó)是較早開(kāi)展礦山環(huán)境治理和恢復(fù)的國(guó)家,已形成了一套規(guī)范的礦山環(huán)境復(fù)墾保證金管理體制。美國(guó)最早采用的保證金形式是現(xiàn)金,在之后的發(fā)展過(guò)程中,保證金逐步轉(zhuǎn)化為兩種方式,即軟性保證金和硬性保證金。其后的進(jìn)一步探索中,逐漸將這兩種保證金的繳納形式進(jìn)行融合。此外,還規(guī)定了極為嚴(yán)格的礦山恢復(fù)治理標(biāo)準(zhǔn),采取全成本計(jì)算方法來(lái)明確所需要繳納的保證金的額度。加拿大礦山企業(yè)與各省政府通過(guò)協(xié)議來(lái)確定其所需要繳納的保證金額度,協(xié)商的依據(jù)包括企業(yè)開(kāi)采方式、開(kāi)采礦區(qū)的實(shí)際面積、礦區(qū)的地質(zhì)條件、氣候以及該范圍內(nèi)的森林或者植被覆蓋率等等,具體可依據(jù)相關(guān)變化情況來(lái)調(diào)整相應(yīng)的保證金數(shù)目,但是要高于用以治理和恢復(fù)礦山環(huán)境的必備成本。澳大利亞礦業(yè)發(fā)達(dá),其礦山環(huán)境治理和恢復(fù)的管理工作水平位于世界前列。澳大利亞并不規(guī)定要用現(xiàn)金作為唯一的保證金的繳納方式,礦山企業(yè)還可向有資質(zhì)的銀行等金融機(jī)構(gòu)申請(qǐng)以全額擔(dān)保的形式來(lái)繳納保證金。礦山企業(yè)完全履行了治理并恢復(fù)礦山環(huán)境的義務(wù)之后,澳大利亞政府相關(guān)部門將會(huì)同有關(guān)專家,按照礦山企業(yè)事先所擬定和提交的礦山環(huán)境治理恢復(fù)協(xié)議書履行情況,對(duì)礦山企業(yè)分階段治理并恢復(fù)礦山環(huán)境的情況開(kāi)展驗(yàn)收。以上國(guó)家無(wú)論是聯(lián)邦還是各州,都已形成了一套涉及面廣、細(xì)則具體、可操作性強(qiáng)的制度和管理平臺(tái)。

自2002年開(kāi)始,國(guó)土資源部就出臺(tái)礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金制度著手預(yù)研工作?！兜V山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》(中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部第44號(hào),2009年)第十八條規(guī)定:“采礦權(quán)人應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定,繳存礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金。礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金的繳存標(biāo)準(zhǔn)和繳存辦法,按照省、自治區(qū)、直轄市的規(guī)定執(zhí)行。”據(jù)此,保證金管理制度在全國(guó)范圍內(nèi)首次明確。截至2015年6月,全國(guó)共有22個(gè)省(區(qū)、市)在已頒布實(shí)施的《礦產(chǎn)資源管理?xiàng)l例》或《地質(zhì)環(huán)境保護(hù)(管理)條例》里將“實(shí)行礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金制度”作為主要條款之一[2]。全國(guó)保證金繳存數(shù)量龐大,但大多數(shù)省份保證金繳存和支取返還管理目前仍采用手工方式,核算數(shù)據(jù)及相關(guān)證明材料、回單等辦公資料仍以紙質(zhì)方式保存,易造成基礎(chǔ)資料丟失,統(tǒng)計(jì)查詢不便,省、市、縣國(guó)土資源行政主管部門信息資源共享性較差。隨著國(guó)土資源部門電子政務(wù)系統(tǒng)的普及,基于B/S 架構(gòu)的礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金管理系統(tǒng)建設(shè)迫在眉睫。

1 MVC架構(gòu)

1.1 MVC簡(jiǎn)介

為滿足便于部署和運(yùn)維的要求,采用基于MVC架構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)體系,可提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率并降低系統(tǒng)的升級(jí)優(yōu)化和運(yùn)維成本。MVC是一種目前在軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域里廣為采用的軟件架構(gòu),全稱為:Model View Controller。

早期的軟件開(kāi)發(fā)主要依靠事件及其動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)來(lái)設(shè)計(jì),使得編制出來(lái)的軟件在數(shù)據(jù)處理、程序功能與顯示代碼等各部分邏輯不夠清晰,系統(tǒng)的耦合度也過(guò)高,不利于開(kāi)發(fā)和維護(hù)[3]。MVC模式的提出較好地解決了這一問(wèn)題,它分離了程序的表現(xiàn)、控制和數(shù)據(jù),具有設(shè)計(jì)清晰、易于擴(kuò)展、運(yùn)用可分布等特點(diǎn),適用于多用戶、可擴(kuò)展、可維護(hù)、高交互的系統(tǒng)[4-5]。

MVC將模型、控制器與視圖進(jìn)行分離(或分層)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),通常也稱為MVC三層架構(gòu)。在這種架構(gòu)下設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng),用戶直接通過(guò)顯示視圖層進(jìn)行交互,發(fā)出的業(yè)務(wù)指令和調(diào)度處理均在控制器層完成響應(yīng),并調(diào)度模型層完成數(shù)據(jù)庫(kù)操作或者數(shù)據(jù)計(jì)算、處理、分析等操作,再將模型處理的結(jié)果通過(guò)顯示視圖層反饋給用戶顯示查看。具體工作原理詳見(jiàn)圖1。

圖1 MVC工作原理圖Fig.1 MVC working principle diagram

1.1.1 控制器(Controller)

控制器是MVC的核心和紐帶,它通過(guò)視圖中用戶發(fā)送的交互信息,將激發(fā)的模型改變要求轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的輸入指令,調(diào)用模型對(duì)象的具體事件或響應(yīng)方法;或者直接調(diào)度視圖作出某種顯示效果的更改。所以控制器的主要作用為:

(1) 處理對(duì)視圖層的響應(yīng)要求;

(2) 根據(jù)要求調(diào)度模型層的響應(yīng)方法或事件;

(3) 將結(jié)果數(shù)據(jù)選擇合適的視圖進(jìn)行展現(xiàn)。

1.1.2 模型(Model)

模型是將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行抽象考慮的對(duì)象,通常在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中按照面向?qū)ο?OO)的思想進(jìn)行面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)(OOD)和面向?qū)ο缶幋a(OOP)。通常一個(gè)模型就是一個(gè)抽象的對(duì)象聚合,它具有一些描述該對(duì)象的屬性(Attribute)和一些該對(duì)象所具有的行為事件(Event)或者可執(zhí)行的方法(Function)。所有該對(duì)象實(shí)例化的結(jié)果都通過(guò)一些具體的屬性和事件方法來(lái)進(jìn)行描述。模型在MVC中的主要作用有:

(1) 完成對(duì)模型的抽象描述,定義該模型的屬性和方法;

(2) 提供可供控制器調(diào)用的方法和接口;

(3) 完成與數(shù)據(jù)層的運(yùn)算和存儲(chǔ)等操作;

(4) 提供與視圖層進(jìn)行顯示的數(shù)據(jù)結(jié)果。

1.1.3 視圖(View)

視圖在MVC中是直接和外界進(jìn)行交互的具體表現(xiàn),例如用戶界面、可視化報(bào)表、數(shù)據(jù)視圖等。通常用戶可通過(guò)視圖觸發(fā)控制器,系統(tǒng)也可根據(jù)控制器得到的指令要求調(diào)用某個(gè)具體視圖。控制器還可根據(jù)模型的處理結(jié)果,將數(shù)據(jù)更新或改變后的結(jié)果顯示在視圖上。綜上,MVC中視圖主要擔(dān)負(fù)的作用有:

(1) 提供交互界面供用戶進(jìn)行操作;

(2) 將用戶操作轉(zhuǎn)化為控制器命令;

(3) 對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)。

1.2 MVC優(yōu)勢(shì)

MVC將數(shù)據(jù)、控制器、視圖分層設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),實(shí)際上是分離了程序的數(shù)據(jù)、控制和表現(xiàn)。這種架構(gòu)設(shè)計(jì)思路清晰,更易于修改,提高了擴(kuò)展性,因此在系統(tǒng)的構(gòu)建中具有顯著優(yōu)勢(shì),目前在各種軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中均已大量采用。具體優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)如下:

(1) MVC三層獨(dú)立設(shè)計(jì),使得程序設(shè)計(jì)過(guò)程更加清晰,提高了代碼的可復(fù)用度;

(2) MVC三層之間通過(guò)定義好的接口協(xié)議進(jìn)行對(duì)接,提高了開(kāi)發(fā)效率;

(3) 模型層的獨(dú)立,可滿足多種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求,通過(guò)數(shù)據(jù)接口可兼容多種數(shù)據(jù)庫(kù);

(4) 視圖層的獨(dú)立,可提供多套用戶界面,滿足多用戶、分權(quán)限的界面視圖展現(xiàn);

(5) 控制器層的獨(dú)立,提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性;

(6) MVC三層獨(dú)立,提高了系統(tǒng)的靈活性,為系統(tǒng)的測(cè)試、優(yōu)化、升級(jí)提供了便利性;

(7) 根據(jù)MVC的接口定義,為分布式部署、大規(guī)模存儲(chǔ)、插件式開(kāi)發(fā)提供了可能性。

圖3 保證金系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖Fig.3 Margin system overall design

2 HTTPS技術(shù)

2.1 HTTPS協(xié)議

HTTPS(全稱:Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer),即用于安全的HTTP數(shù)據(jù)傳輸。HTTPS被廣泛用于萬(wàn)維網(wǎng)上安全敏感的通訊,例如交易支付等方面,主要是用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密的操作[6-7]。

HTTPS可以認(rèn)為是 HTTP+TLS,TLS是傳輸層加密協(xié)議,它的前身是SSL協(xié)議。HTTPS實(shí)際上應(yīng)用了安全套接層(SSL)作為HTTP應(yīng)用層的子層(圖2)?？傮w來(lái)說(shuō),HTTPS協(xié)議的主要功能如下。

(1) 內(nèi)容加密:HTTPS使用端口443建立一個(gè)信息安全通道,而非如HTTP那樣使用端口80來(lái)和TCP/IP進(jìn)行通信;確保瀏覽器到服務(wù)器傳輸?shù)膬?nèi)容通過(guò)SSL進(jìn)行加密,SSL使用40 位關(guān)鍵字作為RC4流加密算法,鏈路傳輸中無(wú)法直接查看到原始的明文內(nèi)容。這是HTTPS與HTTP最大的不同。

(2) 身份認(rèn)證:HTTPS和SSL支持使用X.509數(shù)字認(rèn)證,確保用戶訪問(wèn)的是正確的網(wǎng)站;凡是使用了https的網(wǎng)站,都可以通過(guò)點(diǎn)擊瀏覽器地址欄的鎖頭標(biāo)志來(lái)查看網(wǎng)站認(rèn)證之后的真實(shí)信息,也可以通過(guò)CA機(jī)構(gòu)頒發(fā)的安全簽章來(lái)查詢。

(3) 數(shù)據(jù)完整性:HTTPS傳輸?shù)膬?nèi)容都是用加密算法進(jìn)行加密后的數(shù)據(jù),若在傳輸過(guò)程中有部分內(nèi)容丟失,或部分被替換等情況發(fā)生,將無(wú)法再通過(guò)密鑰進(jìn)行解密還原,這就保證了傳輸內(nèi)容的完整性和可靠性。

圖2HTTPS層次及功能圖
Fig.2 HTTPS hierarchy and function diagram

2.2 HTTPS算法實(shí)現(xiàn)

HTTPS的加密算法一般分為兩種:對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密。

所謂對(duì)稱加密,又名密鑰加密,指加密和解密使用的是相同的密鑰。雖然對(duì)稱內(nèi)容加密強(qiáng)度較高,難以破解,但存在無(wú)法安全的生成和保管密鑰的問(wèn)題。

非對(duì)稱加密,又名公鑰加密,指加密和解密使用的密鑰不相同,可以較好地解決對(duì)稱密鑰無(wú)法安全的生成和保管的問(wèn)題。瀏覽器和服務(wù)器每次新建會(huì)話時(shí)都使用非對(duì)稱密鑰交換算法協(xié)商出對(duì)稱密鑰,使用這些對(duì)稱密鑰完成應(yīng)用數(shù)據(jù)的加解密和驗(yàn)證,整個(gè)會(huì)話過(guò)程中的密鑰只在內(nèi)存中生成和保存,而且在排除會(huì)話復(fù)用的情形下每個(gè)會(huì)話的對(duì)稱密鑰都不相同,中間者無(wú)法竊取。非對(duì)稱密鑰交換較為安全,但同時(shí)也嚴(yán)重影響了HTTPS性能和速度。

密鑰交換算法較為復(fù)雜,其交換過(guò)程涉及到隨機(jī)數(shù)生成、模指數(shù)運(yùn)算、空白補(bǔ)齊、加密、簽名等操作。非對(duì)稱密鑰交換算法是整個(gè)HTTPS得以安全的基石,常見(jiàn)的密鑰交換算法有RSA,ECDHE,DH,DHE等算法,在本文“保證金管理系統(tǒng)”中運(yùn)用的就是基于RSA算法的非對(duì)稱性密鑰來(lái)實(shí)現(xiàn)HTTPS安全傳輸。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 總體設(shè)計(jì)

保證金系統(tǒng)采用功能模塊結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)相結(jié)合的方法,圍繞總體設(shè)計(jì)要求,確定功能范圍,將保證金系統(tǒng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)與多個(gè)功能模塊。在需求分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與編碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,按照MVC設(shè)計(jì)思想,做到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型、業(yè)務(wù)處理邏輯、用戶交互界面三個(gè)層次的分離,以及內(nèi)部接口與外部接口的協(xié)調(diào)統(tǒng)一,確保系統(tǒng)各子模塊的可擴(kuò)展性和可復(fù)用性。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(1) 基礎(chǔ)平臺(tái)層:系統(tǒng)運(yùn)行的必要基礎(chǔ)層,包括系統(tǒng)硬件、軟件平臺(tái)。

(2) 數(shù)據(jù)資源層:系統(tǒng)中所包含的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的接口等都在本層。

(3) 業(yè)務(wù)支撐層:該層是承上啟下的中間層,主要有業(yè)務(wù)服務(wù)、安全服務(wù)、消息服務(wù)、附件服務(wù)等接口。

(4) 應(yīng)用系統(tǒng)層:本層展示了保證金業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能。

(5) 用戶層:各級(jí)用戶使用的軟件界面。

本系統(tǒng)除了以上五個(gè)層面的設(shè)計(jì)以外,還將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系作為本系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行的必要保障。

3.2 系統(tǒng)的MVC架構(gòu)

功能模塊根據(jù)業(yè)務(wù)處理流程進(jìn)行劃分,盡量靈活,能夠適應(yīng)各種情況,以操作簡(jiǎn)單、實(shí)用為原則。注重系統(tǒng)靈活性,能夠參數(shù)化的地方盡量參數(shù)化,使得算法、權(quán)限分配、功能調(diào)整都能比較靈活,系統(tǒng)分為八大模塊,具體如圖4所示。

系統(tǒng)采用了MVC模式設(shè)計(jì)的框架開(kāi)發(fā),便于系統(tǒng)的快速更新和升級(jí),并且具備了以下特點(diǎn):

(1) 支持高級(jí)數(shù)據(jù)模型、視圖模型、關(guān)聯(lián)模型;

(2) 系統(tǒng)支持多數(shù)據(jù)庫(kù)連接和動(dòng)態(tài)切換機(jī)制,支持分布式數(shù)據(jù)庫(kù);

圖4 保證金系統(tǒng)模塊劃分圖Fig.4 Margin system block diagram

圖5 保證金核定及繳存應(yīng)用系統(tǒng)流程圖Fig.5 Margin approval and deposit application system flow chart

(3) 支持分組模塊:不用擔(dān)心大項(xiàng)目的分工協(xié)調(diào)和部署問(wèn)題,分組模塊解決跨項(xiàng)目數(shù)據(jù)融合的難題;

(4) 簡(jiǎn)潔輕巧的ORM(對(duì)象關(guān)系映射)實(shí)現(xiàn),最大限度提高開(kāi)發(fā)效率;

(5) 獨(dú)創(chuàng)的核心編譯和項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)編譯機(jī)制,有效減少OOP開(kāi)發(fā)中文件加載的性能開(kāi)銷;

(6) 自動(dòng)完成表單數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和過(guò)濾,生成安全的數(shù)據(jù)對(duì)象。

3.3 系統(tǒng)的HTTPS協(xié)議應(yīng)用

保證金系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)對(duì)象是全省的礦山環(huán)境治理恢復(fù)保證金,數(shù)額巨大,業(yè)務(wù)流程涉及多個(gè)部門,且目標(biāo)用戶分布在省市縣多個(gè)層級(jí),因此系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),依托國(guó)土資源主管部門門戶網(wǎng)站,面向省、市、縣三級(jí)國(guó)土資源主管部門及礦山企業(yè)應(yīng)用,基于CA數(shù)字證書進(jìn)行身份認(rèn)證,使用HTTPS 通過(guò)統(tǒng)一登錄服務(wù)器進(jìn)入各應(yīng)用系統(tǒng)(圖5),確保了應(yīng)用的安全。

4 結(jié)論

本文介紹的基于MVC架構(gòu)和HTTPS技術(shù)應(yīng)用的保證金管理系統(tǒng),大大提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性、安全穩(wěn)定性。該系統(tǒng)依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)和MVC的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)保證金核算、繳存、支取、返還等過(guò)程中相關(guān)文檔的信息化建設(shè),實(shí)現(xiàn)了礦山地質(zhì)環(huán)境治理恢復(fù)保證金的繳存和使用的規(guī)范化、精細(xì)化管理,暢通了國(guó)土資源行政管理部門與礦山企業(yè)保證金信息交流渠道,使保證金管理更加科學(xué)化、高效化和簡(jiǎn)單化。

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(責(zé)任編輯：費(fèi)雯麗)

Application of HTTPS Encryption Technology in Mine GeologicalEnvironment Governance Recovery Margin Management SystemConstruction Based on MVC Architecture

ZHANG Lei,LI Yingying,CHANG Yi

(AnhuiGeologicalMappingTechnologyInstitute,Hefei,Anhui230001)

With the popularization of e-government system in land and resources department,it is imminent to construct the mine geological environment governance recovery margin management system based on B/S architecture.To meet the requirements for ease of deployment and operation and maintenance,the system uses MVC-based software design system to improve development efficiency while reducing the system upgrade optimization and operation and maintenance costs.System management data object is the province's mine geological environment governance recovery margin,the amount is huge and the business process is complicated,and target users are distributed in provinces,cities and counties,so the use of HTTPS Hypertext Secure Transport Protocol to solve the system and data security issues.

mine geological environment governance recovery margin; business management system; HTTPS encryption technology; MVC architecture

X14; X3

A

1671-1211(2017)05-0614-05

2017-07-12;改回日期2017-09-04

安徽省國(guó)土資源科技項(xiàng)目(2014-K-11)。

張磊(1980-),男,高級(jí)工程師,博士,地球化學(xué)專業(yè),從事國(guó)土資源信息化研究。E-mail:zhanglei@vip.gyig.ac.cn

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.016.html數(shù)字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.023