CTIMES- WWS發展現況之剖析 :RSA, SOAP, WSDL, XML, WS - Security, WS

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WWS發展現況之剖析

讓電子商務起飛的推手

【作者：張思源】 2004年04月25日星期日

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今年二月23日起在美國舊金山馬士孔尼大會堂之中舉行為期一週的RSA網路安全會議，不但受到了網路安全業界一致的重視，且廠商參展及出席參加會議的人數比去年又成長了30%。主辦單位今年特別請到微軟的主席比爾蓋茨先生來做第一個主題演講者，使得整個大會生色不少。

電子商務不是夢

比爾蓋茨在他的主題演講中，除了對Windows XP SP2的安全特性和垃圾郵件的安全問題等著墨很深之外，在談到了有關Web服務（Web Services）安全的議題時，更表示說這個由一連串XML標準所產生的無窮商機，正是實現當年網路泡沫化之前大家所討論的電子商務夢想所需的重要基本建設架構。

包括SOAP和WSDL在內的各種豐富XML標準和通訊協定，可以讓XML的資料在不同的系統之間，透過Internet來互相交換，而不必考慮雙方系統之軟體的相容性問題。換句話說，Web服務是一個在Internet上真正實用的平台，它可以讓任何一段網上軟體和另一段軟體，在網路上以豐富及安全的方式來互通互動，並不用去管它們是用何種電腦語言所寫，也不用去管它們是在何種作業系統環境上運行。

這代表Web服務可以讓人們去打造那些以豐富通訊協定導向（Rich protocol oriented）的程式應用，而不用煩惱如何去建造底層的基礎，也不用去外面買特殊的佇列軟體或插入附加的軟體，因為在系統之中已提供了豐富的功能。

比爾蓋茨表示，Web服務各種標準和通訊協定的重要性，而且這一堆的豐富通訊協定已受到一個稱為「網路服務相容性組織（WS-I）」的監控和背書。

WS – Security是這些Web服務標準和通訊協定的核心元件，它讓使用Web服務通訊協定的訊息不會受到位址欺偽攻擊（Spoofing Attack），或是重送攻擊（Replay Attack）。但由於這個WS-Security 的標準使用到好幾層的通訊協定軟體，並不容易編寫，所以要將它放到執行時的Runtime中，使程式應用的程式設計師省去打造和安全相關的底層軟體的麻煩。

Web服務核心問題

筆者認為雖然比爾蓋茨的這一段演說中，有很多在技術上值得商榷的細節，但他的重點是在強調，Web服務是一個可以讓在Internet上實行電子商務的技術。而在Web服務技術的核心，則是Web服務網路安全問題，這是一個非常重要的重點。

2003年3月中，美國市埸調查公司嘉納集團（Gartner Group）公布了一項網路安全的分析和調查報告。它指出在企業資訊人員的觀點中，最受矚目的11項網路安全議題，名列第一位的就是Web服務安全問題。

在過去一年裡，很多和網路安全相關的研討會中，嘉納集團的這項報告被廣泛地引用，但也常被台下的觀眾詢問， Web服務的安全問題到底出在哪裏？為何它會成為最熱門的網路安全議題呢？

讓美夢成真的Web服務

首先，我們來看一看究竟什麼是讓電子商務美夢成真的Web服務呢？基本上，Web服務是一個有超強能力的新型電腦運算模式，它可以讓分散各地的系統以一種平台和電腦語言中性的方式，透過Internet用標準的通訊協定來交換資訊，進而達到系統和系統之間互通和互動的目標。

Web服務是一套以Internet及Intranet為基礎的完整模組化應用程式，它的運算方式是以XML的文件為重心，並透過XML的各種標準規範，來作為信息傳輸的格式。此外，也藉著XML文件在網上的傳輸，在複雜的系統間互動，並自動被一個或多個應用程式來啟動和呼叫，以完成一組特定的服務工作。

Web服務提供了一種簡單且順暢的機制，它採用XML和SOAP等標準的運算方式，讓網際網路上的程式邏輯模組可以被出版、發掘以及呼叫。這些模組在網路上相互運作，並用鬆散耦合的方式相互結合，讓應用程式與應用程式之間的溝通，不必經由人力的操作介入，就能夠自動做互動。

Web服務的掘起，讓企業的電腦運算進入了一個新紀元，也因為這個由包括IBM和微軟等眾多軟體巨頭們所一致支援的平台中性互通方法，讓企業可以打造並部署分散式應用程式，而不必考慮在網路上通信的雙方之硬體平台、作業系統、程式語言，以及網路拓樸等等因素。

在資訊的歷史上面，這是第一次可以將新開發系統和舊有系統，用一個共通的語言和一組共同的資料互換方法去整合起來。簡單地說，這次的資訊革命是讓微軟、非微軟、新和舊的軟體都可以互通。

更重要的一點是IBM和微軟等軟體公司都投下了鉅資，全力推展這一個可以讓微軟的.Net系統和非微軟所開發的Java系統在網路上互通互動。並且Web服務可以讓各個機關和企業的系統和應用程式，透過無遠弗屆的Internet來進行整合，不受各企業間防火牆的限制。

目前包括微軟、IBM以及昇陽在內的大大小小軟體公司都一致支持Web服務技術，並聯手創立一個名為WS – I的標準組織。WS-I專注於軟體廠商間Web服務的互通問題，讓各家公司推出的Web服務技術能彼此相容，所以這組織的重點在於提倡工具與平台的相容性，而不是在於新標準的制訂工作。

如圖一所示，左端是傳統的網頁，而右端則是Web服務的網上應用程式模組、分散式部署和鬆散耦合的協同合作。使用大家都同意的標準運算方式，最適合將各種傳統的系統整合起來，並創造出新的網上應用程式，充分發揮網路上數位應用的功能，讓電子商務能夠在Internet上進行的美夢成真。

《圖一　傳統網頁和Web服務》

美夢成真的最大障礙

讓電子商務美夢成真最大的障礙，是在於Web服務的網路安全問題。不論是大型或是中小企業，都因為Web服務的興起，而計劃利用它來進入電子商務的領域之中，以實現當年網路泡沫化之前，未完成的電子商務夢想。

但網路的安全問題是影響電子商務成敗的最重要問題之一，即沒有安全的網路，就不會有成功的電子商務；沒有安全的Web服務就不會有起飛的電子商務；沒有整體的Web服務安全解決方案，就不會有實現電子商務夢想的可能。然而，網路安全問並不是一蹴可及的，它有一定的技術難度，所以Web服務技術的核心是Web服務網路安全問題。

Web服務這種的運算方式是以XML文件為重心，藉著XML文件在網上的傳輸，啟動複雜的系統間互動，讓不同的系統得以在網路上整合起來。在這種情況之下，一個XML的信息可能會繞送經過好幾個節點，而不只是傳統的網路一對一或點對點的通信方式。

當企業欲採用Web服務這種新的分散式技術時，也期望這個技術能和傳統的分散式應用程式一樣，有一個強而有力的安全基礎。也就是說，用Web服務將不同的系統來整合新興數位應用，再經過了多重節點時，要有一個完整端點到端點的安全解決方案，才不會讓網路上橫行的駭客有機可乘。

從網路安全的角度來看，這種經過多重節點的Web服務，顛覆了傳統以連接導向（Connection Oriented）的點對點安全機制。在Web服務的環境之中，需要一個新的端點到端點安全機制，不論一個XML的信息繞送過多少個節點，都要能在其SOAP的信息之中，確保其安全。

像是原先在Internet上最為廣泛應用的SSL安全機制，由於過於簡單，以至於不能在這種Web服務的新環境下，獨挑大樑來擔任完全的安全防禦任務了。以(圖二)的例子來看，左端的傳統網頁可以用SSL來保障安全，但是右端還有一大串連接是在SSL的保障之外。

因此，Web服務不被採用的最大障礙在於缺乏安全；假如有了安全，相信Web服務的市埸馬上就能夠成長加倍；反之如果沒有安全，就不可能達到市場成長的目標。

Web服務的安全標準 – WSS

比爾蓋茨在2004 RSA網路安全會議中表示，微軟對於Web服務的網路安全問題的答案就是WS – Security，其實這個說詞有些值得商榷的地方。首先，WS – Security只是一個標準規範，並不是一個切實的安全解決方案；其次，WS – Security的本身並不能解決像是扮豬吃老虎般的位址欺偽攻擊，或是狸貓換太子般的重送攻擊。

WS-Security規範的本身，是經過了好幾次的具體化。2001年十月時，微軟單獨推出WS – Security規範的第一個版本；到了2002年四月，IBM和微軟聯合發表Web服務世界之安全文件，在其中界定了一個Web服務的安全架構，並又和Verisign公司聯手推出了新版本的WS – Security草案。

2002年六月，WS – Security被正式呈送到標準組織OASIS。由於OASIS同時也掌管了好幾個和Web服務安全相關的標準，諸如XKMS、SAML、XACML，及XML生物辨識用途的XCBF等，因此被業界公認是WS – Security非常理想的歸宿。

OASIS特別成立了一個Web服務安全技術委員會（WSS – TC），來主持Web服務網路安全標準的開發工作，並且研議和Web服務安全相關之各項議題，目前筆者也是該委員會擁有投票表決權的正式委員之一。

在Web服務的網路安全標準規範方面，WSS-TC早已將原來由IBM和微軟領軍的WS – Security草案，改名為OASIS的Web Services Security（WSS）。在經過近兩年的努力後，WSS標準和原先的WS – Security已有很大的區別。WSS – TC本身並不希望別人將它所制訂的新WSS標準和原先微軟的WS – Security標準混淆，但包括比爾蓋茨在內，一般人還是將這兩個標準畫上一個等號。

目前WSS主要的規範是SOAP信息的安全規範、 X.509數位憑證和用戶名稱的安全令牌（Username Token）。這三本規範的現在已由技術委員會的表決通過，正式呈交OASIS的發展會員表決。如果沒有意外，預計在2004年四月初就成為OASIS正式的1.0版本。WSS成為OASIS正式標準，將會是Web服務界的一件大事，因為一般都認為這是繼SOAP、WSDL和UDDI之後，讓各界最期待的Web服務標準。

安全標準大集合

在XML和Web服務的安全標準中，WSS並不是一項創舉，例如掌控XML文件安全的XML資料加密（XML Encryption）、XML數位簽章（XML Digital Signature）、管理擷取權限的XACML標準（OASIS Extensible Access Control Markup Language）、從XML文件安全再進階到XML資訊安全的金鑰管理所用的XKMS（XML Key Management Specification，XML金鑰管理規範），以及提供單一簽入認證與授權的SAML（Security Assertion Markup Language）等標準和技術，都是早已存在的一些和Web服務安全相關的技術和標準。

不過WSS這個標準和上面的這些標準不同，它主要是集合上述標準之大成，並專注在如何保障SOAP信息的安全上面。

在概念上，Web服務所使用的SOAP信息，就好像一個裝有XML文件的信封。信封內裝的可以是XML的主文，也可以是一個或多個附件。在信封上除了有收件人和寄件人的位址資料之外，還有各種處理內文的相關指示。

WSS是用來定義信件內的各種資料加密及電子簽章的記號，以及如何使用XML之規範來處理信息內文件的加解密和簽章和驗證簽章的各項事宜。同時，它也規範了如何驗證送件人的身份等SOAP標頭。

如圖二所示，WSS集合了底層訊息傳輸的SOAP、私密性和完整性的SSL、XML資料加密、XML數位簽章、身分驗証令牌用的X.509、SAML，Kerberos、授權及存取控制用的XrML和XACML，公開金鑰的憑証，以及XKMS等。WSS集合了各種在XML上的安全標準，而成為Web服務信息安全上的大統帥。

《圖二　Web Services Security》

WSS規範之內容

WSS規範組合了各種標準和技術，讓採用不同安全技術的公司，可以用SOAP通訊協定安全地在網上互通訊息。例如一個公司主要是以用戶名稱及密碼來做上網時身分驗證的證件，而另外一個公司則是要以X.509數位憑證來做上網時的證件。雖然這兩家公司所使用的身分驗證技術不同，但是可以把它們提升到同一個層次，因為都是要做身分驗證的工作。

這種組合的基本機制，不但可以在SOAP的信息中，包含現存的各種安全技術，對於將來新發展出來的Web服務安全技術也能適用，進而打造出更為安全的Web服務基本建設架構。這些基本機制的功能不外乎是要提供SOAP信息的完整性、私密性和單一信息的身分驗證等工作。

WSS信息使用用戶名稱及密碼安全令牌和的實例，在框中是身分驗證相關的編碼


＜?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?＞ 
＜soap:Envelope 
xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" 
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"＞
 ＜soap:Header＞
  ＜wsse:Security soap:mustUnderstand="1" 
    xmlns:wsse="http://www.docs.oasis-open.org/wss/2004/01/oasis-200401-wss-wssecurity-secext-1.0.xsd"＞
  ＜wsse:UsernameToken＞
    ＜wsse:Username＞SteveTsai＜/wsse:Username＞ 
    ＜wsse:Password 
       Type="wsse:PasswordText"＞securance＜/wsse:Password＞  
  ＜/wsse:UsernameToken＞
  ＜/wsse:Security＞
 ＜/soap:Header＞
 ＜soap:Body＞
  ＜Ping xmlns="http://xmlsoap.org/Ping"＞
   ＜text＞NetSecurance＜/text＞ 
  ＜/Ping＞
 ＜/soap:Body＞
＜/soap:Envelope＞?

信息的私密性係利用現有W3C的XML資料加密標準，再加上安全令牌來確保信息在傳輸的過程之中，沒有被洩露出去。這種資料加密的機制可以支援多種加密處理過程，並且可由多點來執行處理工作。

相對地，信息的完整性係利用現有W3C的數位簽章標準，並且也加上了安全令牌，以確保信息在傳輸之中，沒有被人竄改。這種數位簽章的機制可以支援一個信息的多層數位簽章，也支援在多點上進行簽字的工作。

加密又簽字的WSS信息實例，在框中分別是SOAP信息的Body部分之數位簽章和資料加密相關編碼


＜?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?＞
＜soap:Envelope xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" 
 xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"＞
 ＜soap:Header＞ 
  ＜wsse:Security soap:mustUnderstand="1" 
   xmlns:wsse="http://www.docs.oasis-open.org/wss/2004/01/oasis-200401-wss-wssecurity-secext-1.0.xsd"＞
   ＜xenc:EncryptedKey xmlns:xenc="http://www.w3.org/2001/04/xmlenc#"＞
    ＜xenc:EncryptionMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/04/xmlenc#rsa-1_5" /＞
    ＜KeyInfo xmlns="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#"＞
     ＜wsse:SecurityTokenReference＞
      ＜wsse:KeyIdentifier ValueType="wsse:X509v3"＞B39R...mY=＜/wsse:KeyIdentifier＞
     ＜/wsse:SecurityTokenReference＞
    ＜/KeyInfo＞
    ＜xenc:CipherData＞
     ＜xenc:CipherValue＞dNYS...fQ=＜/xenc:CipherValue＞
    ＜/xenc:CipherData＞
    ＜xenc:ReferenceList＞
     ＜xenc:DataReference URI="#enc" /＞
    ＜/xenc:ReferenceList＞
   ＜/xenc:EncryptedKey＞
   ＜wsse:BinarySecurityToken ValueType="wsse:X509v3" 
    EncodingType="wsse:Base64Binary" 
    xmlns:wsu="http://schemas.xmlsoap.org/ws/2003/06/utility"
    wsu:Id="myCert"＞MII...hk＜/wsse:BinarySecurityToken＞
   ＜Signature xmlns="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#"＞
    ＜SignedInfo＞
     ＜CanonicalizationMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/10/xml-exc-c14n#" /＞
     ＜SignatureMethod Algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#rsa-sha1"/＞
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       ＜Transform Algorithm="http://www.w3.org/2001/10/xml-exc-c14n#"/＞
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      ＜DigestMethod Algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#sha1"/＞
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      ＜wsse:Reference URI="#myCert" /＞
     ＜/wsse:SecurityTokenReference＞
    ＜/KeyInfo＞
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 ＜/soap:Header＞
 ＜soap:Body wsu:Id="body" xmlns:wsu="http://schemas.xmlsoap.org/ws/2003/06/utility"＞
  ＜xenc:EncryptedData wsu:Id="enc" Type="http://www.w3.org/2001/04/xmlenc#Content"
   xmlns:xenc="http://www.w3.org/2001/04/xmlenc#"＞
   ＜xenc:EncryptionMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/04/xmlenc#tripledes-cbc" /＞
   ＜xenc:CipherData＞
    ＜xenc:CipherValue＞AYb...Y8=＜/xenc:CipherValue＞
   ＜/xenc:CipherData＞
  ＜/xenc:EncryptedData＞
 ＜/soap:Body＞
＜/soap:Envelope＞

在身分驗證方面，WSS提供了多種身分驗證的機制，從簡單的用戶名稱的安全令牌、X.509數位憑證、Kerberos、提供單一簽入認證與授權的SAML（Security Assertion Markup Language），一直到用生物辨識（Biometric）技術，都有不同的附帶標準在研議之中。除前兩項馬上成為正式的標準外，其他各項附帶的安全認證規範都將會陸續地審議完成，並正式推出成為標準。

WSS並非刀槍不入

雖然，主管Web服務安全的WSS正式推出成為標準，但是這並不代表Web服務的安全就有了萬靈丹，可以從此就高枕無憂、刀槍不入了。因為WSS只是一個安全的標準，而不是安全的解決方案。

在WSS的規範之中就明白地指出，單獨的WSS並無法確保Web服務的安全，它也無法獨力來提供一個完全的安全解決方案。WSS只是打造整個解決方案時候的一個建築元件，必須要結合其他在Web服務之中和應用程式專屬的通訊協定，以便提供多種不同的安全模式與資料加密的技術。

結語

事實上，在IBM和微軟等廠商聯手推出WS – Security標準後不久，他們又公佈了整個WS – Security的藍圖，並用WS – Security做基礎，發展出和安全相關的各項標準。只是這些標準目前大都還在各別廠商相互討論和試驗階段，IBM和微軟等大廠並無意將這些標準送到像是OASIS或是W3C之類的標準組織中去研議。

實現WS – Security並不代表Web服務應用不會被駭客入侵，也不代表網路安全不會被破解。WS – Security是打造安全的Web服務時之重要一員，但是其它各種網路安全的機制還是不可或缺。

＜作者為本刊的資深專欄作家，目前在美國矽谷高科技公司任職，是OASIS之Web服務安全技術委員會（WSS-TC）的委員之一；作者網站：http://home.earthlink.net/~symonchang/webservices.htm＞