孫炳潤 馬剛

摘? 要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，Socket的數(shù)據(jù)傳輸安全技術(shù)成為近幾年的熱點研究問題，為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全技術(shù)的功能，必須充分利用Socket通信的自身優(yōu)勢，并結(jié)合Java語言的安全性特點來完成。本文分析了Java平臺下Socket數(shù)據(jù)傳輸安全的特點，研究了三種基于Socket數(shù)據(jù)傳輸安全技術(shù)。希望給后續(xù)研究提供一定的參考

關(guān)鍵詞：JAVA;傳輸安全;對象序列化;數(shù)字簽名;SSL

一、JAVASOCKET網(wǎng)絡(luò)通信編程的實現(xiàn)過程

1.1建立服務(wù)器端

（1）調(diào)用ServerSocket類，以某個端口號為參數(shù)創(chuàng)建一個ServerSocket實例，即是服務(wù)器端的服務(wù)程序在監(jiān)聽該指定端口的Socket。

（2）創(chuàng)建ServerSocket并保持監(jiān)聽狀態(tài)，調(diào)用了ServerSocket對象的accept（）方法，隨后接收來自客戶發(fā)送的Socket連接請求。在服務(wù)器程序監(jiān)聽Socket連接請求時，也可采用Java的多線程技術(shù)，實現(xiàn)并發(fā)服務(wù)器連續(xù)監(jiān)聽連接請求。

（3）調(diào)用Socket對象的getInputStream和getOutputStream方法建立輸入流和輸出流，并進行封裝。不過在調(diào)用這兩個方法時可能會產(chǎn)生I/O異常，必須要去捕獲這個I/O異常。

（4）使用建立好的輸入輸出流對象的read和write方法完成和客戶端的數(shù)據(jù)傳輸，并把處理結(jié)果返回給客戶端。

（5）在服務(wù)器與客戶機雙方通訊結(jié)束以后，服務(wù)器端應(yīng)該及時關(guān)閉輸入和輸出這兩個數(shù)據(jù)流。

1.2建立客戶端

（1）以服務(wù)器指定的IP地址或主機名以及服務(wù)器指定的端口號為參數(shù)，調(diào)用Socket類的構(gòu)造方法，創(chuàng)建一個Socket對象。

（2）建立了客戶端通信的Socket后，就可以像服務(wù)器一樣使用Socket的getInputStream和getOutputStream方法來創(chuàng)建輸入流和輸出流。

（3）調(diào)用輸入流和輸出流對象相應(yīng)的方法讀寫字節(jié)流或字符流數(shù)據(jù)，完成雙方的通信任務(wù)。

（4）在客戶機與服務(wù)器雙方通訊結(jié)束以后，我們也要用字節(jié)流或字符流對象的close（）方法來關(guān)閉用于網(wǎng)絡(luò)通信的輸入流和輸出流，再用Socket對象的close（）方法來關(guān)閉Socket。

二、基于SOCKET數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩夹g(shù)分析

2.1基于Socket的對象序列化的安全技術(shù)分析

（1）對象序列化的安全技術(shù)分析

對象一旦被序列化后，作為對象序列化結(jié)果的字節(jié)流可以讀取，也可以被任何能訪問該流的對象改變，這就允許任何對象訪問序列化對象的狀態(tài)，因而違背了用戶所期望的隱私權(quán)。同時，用戶也可以任何方式改變流中的字節(jié)，并允許重新構(gòu)造Java平臺下保護范圍內(nèi)從未創(chuàng)建的對象。

2.2基于SOCKET的數(shù)字簽名的安全技術(shù)分析

數(shù)字簽名的技術(shù)主要有DSA和RSA算法兩種，而DSA比RSA產(chǎn)生密鑰速度快，但它們的安全性差不多。其主要包括三個過程：一是生成公鑰和私鑰，其中公鑰可以對外公開，私鑰用于加密;二是簽名文件內(nèi)容，即將生成的密鑰對寫入或保存到文件中;三是發(fā)送簽名后的數(shù)據(jù)及公鑰，拿公鑰來檢驗數(shù)據(jù)文件中的數(shù)字簽名。

2.3基于SOCKET的SSL的安全技術(shù)分析

（1）安全套接層協(xié)議

a.客戶端向服務(wù)器端發(fā)起通信對話，協(xié)商傳送加密算法，準(zhǔn)備進行安全的對話，并告之所用的對稱加密算法、密鑰交換算法、摘要算法等。

b.服務(wù)器收到請求后向客戶端發(fā)送服務(wù)器數(shù)字證書，并確定使用一種加密組合進行通信，為了證明確實是服務(wù)器端，必須發(fā)送服務(wù)器端的數(shù)字證書給客戶端，并且讓客戶端驗證服務(wù)器端的身份。

c.客戶端再向服務(wù)器端傳送本次對話的密鑰，檢查服務(wù)器端的數(shù)字證書是否正確，通過證書驗證了服務(wù)器端證書的真實有效性后，利用服務(wù)器端的公鑰生成本次對話的密鑰發(fā)送給服務(wù)器端，并告之服務(wù)器端。

d.服務(wù)器端向客戶端獲取密鑰，并用自己的私鑰解密獲取本次通訊的密鑰，并告之客戶端已經(jīng)獲取了密鑰可以開始通信了。

e.服務(wù)器端與客戶端進行通訊。

（2）安全套接層協(xié)議

一般的SSL套接字有許多默認(rèn)選項，如果想修改其中的某些選項，就要用到SSLContext類的對象來實現(xiàn)。

三、基于Socket數(shù)據(jù)傳輸安全方案的研究

3.1基于Socket的對象序列化安全方案

（1）將要保密的數(shù)據(jù)標(biāo)記為transient屬性

如將某一對象中password字段保護起來，可以對該字段屬性設(shè)置為PrivatetransientStringpassword;當(dāng)對象在序列化發(fā)生時，Java虛擬機將被聲明為transient的所有域。

（2）實現(xiàn)Externalizable接口

Externalizable接口屬于Serializable接口的子類。但是如果采用這種Externalizable接口的方法，必須就要聲明writeExternal（）和readExternal（）兩個函數(shù)。將不需要被序列化的字段提取出來放到父類中去，讓子類實現(xiàn)Serializable接口，這樣的話父類相應(yīng)的字段數(shù)據(jù)就可以不被序列化。

3.2基于Socket的數(shù)字簽名安全方案

（1）開發(fā)簽名的數(shù)據(jù)對象

首先需要有一個待簽名的對象，而這個對象在進行序列化時，對象中只出現(xiàn)公鑰。

（2）開發(fā)客戶端

客戶端需要實現(xiàn)讀取文件內(nèi)容，使用安全API接口來產(chǎn)生一對密鑰（包含公有和私有）、簽名文件內(nèi)容，并且通過網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送加密后的對象給服務(wù)器，相關(guān)類和方法及步驟如下：

a.使用KeyPairGenerator類來產(chǎn)生公共及私有密鑰。

b.使用KeyPairGenerator類的initialize（）方法來完成初始化密鑰對。

c.獲得密鑰。

d.獲取一個簽名的對象。e.初始化簽名對象。

e.把需要簽名的數(shù)據(jù)提供給簽名對象，將需要簽名的數(shù)據(jù)讀到一個字節(jié)數(shù)組，然后再通過調(diào)用Signature類的update方法，再把數(shù)組提供給簽名對象。

f.產(chǎn)生簽名，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

（3）開發(fā)服務(wù)器端

a.創(chuàng)建Signature類的一個實例。

b.用公有密鑰初始化對象。

c.使用update（）方法提供簽名的數(shù)據(jù)來給需要驗證的簽名。

3.3基于Socket的SSL安全方案

SSL協(xié)議可分為兩層：第一層是SSL記錄協(xié)議，它是建立在可靠的傳輸層協(xié)議之上，為應(yīng)用層協(xié)議提供數(shù)據(jù)壓縮、封裝、加密等基本功能;第二層是SSL握手協(xié)議，它是建立在SSL記錄協(xié)議之上，用在數(shù)據(jù)傳輸開始前，通信雙方身份認(rèn)證、交換加密密鑰、協(xié)商加密算法等初始化協(xié)商功能?；赟ocket的采用SSL協(xié)議的傳輸安全方案需要用到一個Java數(shù)據(jù)證書的管理工具Keytool。Keytool將密鑰（key）和證書（certificates）保存在一個稱為keystore的文件當(dāng)中，每個keystore都關(guān)聯(lián)著這一個獨一無二的公鑰。

四、結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全已成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的一個瓶頸。本文分析研究了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)基于JavaSocket的傳輸安全問題，對基于JavaSocket的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全的三種技術(shù)進行了深入研究和探討，提出了三種基于JavaSocket網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩募夹g(shù)方案。

參考文獻

[1]? 耿祥義.Java2實用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]? 王一飛.Java網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]? 姚凱，劉琳琳.基于Java多線程技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)編程研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017，8：12