企业应用的Web服务安全技术：框架(图)

　　本文是讨论如何在企业环境中实现和应用基于Web服务安全技术的安全保护方案系列文章的第2部分。在本系列的第1部分中回顾了现有的解决方案及其缺陷，并提出开发一个新的Web服务安全工具包的方案，此工具包可以解决其中部分缺陷(见第一部分)。本文将进一步介绍此Web服务安全工具包的框架(下载部分源代码)，并解释工具包内Web服务安全的特性与Java语言的面向对象特性之间的高层抽象映射关系。
　　
　　客户端
　　
　　第一部分中工具包需求部分指出， 开发工具包的目的之一是简化客户在当前的开发环境下处理Web服务安全的工作。这些工作应该移至框架层， 以便框架层最终将这些工作代理到底层基础设施——真正应该处理这些工作的地方。 因此，在讨论工具包的结构以及工具包内实体与WSSE相关标准之间的关系前， 让我们将工具包视为一个黑盒子， 从客户的角度来体验一下(如何使用工具包)。
　　
　　WsseHeaderToken wsseHeader = new WsseHeaderToken();
　　// Add Timestamp element to the WSSE Header　添加时间戳元素
　　TsToken ts = wsseHeader.AddTimestamp(60);
　　// Sign the timestamp element with default certificate使用缺省证书对时间戳元素签名
　　WsToken[] sigTokens = new WsToken[] {ts};
　　wsseHeader.AddSignature(sigTokens);
　　// Encrypt the signature and body elements with default key 使用缺省的密钥加密签名及主体中元素
　　WsTokenRef[] encTokens = new WsTokenRef[]
　　{ new DSigTokenRef(), new SoapBodyRef() };
　　wsseHeader.AddEncryption(encTokens);
　　wsseHeader.ProcessHeader();
　　Element soap = wsseHeader.GetSoapEnvelope();
　　
　　这个简单示例构造了一个包含时间戳子元素的Web服务安全(以下简记为WSSE)头部元素， 并从配置文件中获取XML签名提供者的信息， 使用相应XML签名提供者工具对时间戳元素签名， 进而使用配置的XML加密提供者对安全头部中的签名元素和时间戳元素进行加密。
　　
　　XML文件解析具有过程化的本质, 这将带来处理WSSE XML信息的困难, 导致混乱复杂相互纠缠的代码。 工具包中实现了复杂安全规范的代码, 试图将安全领域的过程化规则映射到面向对象领域的对应部分。 包中代表WSSE元素的类, 隔离了XML解析过程, 创建了处理XML代码的面向对象的包装器。
　　
　　工具包提供的WsseHeaderToken类， 对一些功能进行了便于使用的封装, 这样可以使得客户与框架的复杂性隔离。 如果有必要, 客户也可以在代码内直接创建和访问工具包内的其他类。 例如, 当现有帮助类未提供处理某种类型的元素的功能时, 可以创建相应的处理器对象进行处理, 并将处理结果添加到头部安全信息中。 在下面代码中使用一个示例处理器和示例标记, 演示了如何从WSSE信息头部拷贝标记元素到另一个WSSE信息头部
　　
　　// Reference and read WSSE header with null actor
　　使用null操作器引用和读取WSSE 头部
　　WsseHeaderRef ref = WsseHeaderRef.CreateFromFile(filename, null);
　　WsseHeaderToken wsseHeader = ref.GetWsseHeader();
　　// Reference a sample element in the retrieved header
　　引用已读取头部包含的一个示例元素
　　SampleTokenRef sampleRef = new SampleTokenRef(wsseHeader,"sample1");
　　SampleToken sample = sampleRef.GetSampleToken();
　　// Create a new WSSE header and add the element
　　生成新的安全头部信息并添加元素
　　WsseHeaderToken wsseNew = new WsseHeaderToken();
　　wsseNew.InsertToken(sample);
　　// Add sample element's processing in the new WSSE header
　　在生成的头部中处理示例元素
　　SampleProcessor sampleProcessor = new SampleProcessor();
　　sampleProcessor.SetReplaceTokens(true);
　　sampleProcessor.AddToken(sample);
　　wsseNew.AddProcessor(sampleProcessor);
　　wsseNew.ProcessHeader();
　　Element soap = wsseNew.GetSoapEnvelope();
　　
　　框架
　　
　　框架的结构层次很大程度上可以对应到WSSE规范描述的XML定义块上。工具包包含如下类型的对象：
　　
　　·表示WSSE 头部的XML元素，也可以由子元素合成组合元素(compiste)。如果拥有用于生成标记的充足信息，那么可以从头开始构建WSSE标记, 又或已经从其他WSSE头部提取出(如SAML断言等)必要的XML元素, 那么可以通过封装来创建。 WSSE标记在工具包内的基类分别为位于wsse.Toolkit.Tokens包内的WsToken类以及WsCompisteToken类
　　
　　·标记对象的“指针”，通过它们可以对现有的安全标记进行寻址和读取操作。更一般的作用是作为一种机制，方便客户指向现有的XML元素并将XML元素转化为标记对象。标记引用类层次的基类是位于wsse.Toolkit.Refs包内的WsTokenRef类
　　
　　·标记处理器对象：表示工具包内的操作的对象，可以通过它们对WSSE头部、头部内任何子元素以及包含的SOAP信息进行操作。现在的工具包内仅有2个处理器类，DsigProcessor类以及EncProcessor类, 通过它们可以在WSSE头部中添加新的标记和(或者)改变已有标记。实际上，改动/添加标记的特性并不是处理器的必然需求，非改写的处理器类型也是可能出现的。这样的意图在wsse.Toolkit.Processors包内的处理器类型接口ITokenProcessor中得到体现，它的函数签名设计可以避免引入更多的标记类型。
　　
　　·帮助类对象：wsse.Toolkit.Utils包内的许多帮助类，可以便于客户进行配置信息处理，XML处理等任务，还有wsse.Toolkit.Saml包用于支持SAML操作；wsse.Toolkit.Directory包用于支持用户目录操作。所有这些工具类本身不表示WSSE头部的任何部分，仅供工具包的其它组件使用。
　　
　　·辅助包装器对象：此类对象将标记对象和处理器对象封装起来，组成WSSE安全头部的构建器，同时强调标记所有权概念，增强标记处理功能。 现在工具包内。扩展的标记类WsseHeaderToken, 不仅实现了标记对象接口，同时定义了一些便利方法，可以实例化工具包中的类并添加这些对象到本身表示的标记对象中。当然，如果需要，客户可以自由的直接操作工具包中的对象。
　　
　　需要提到的是，并不是所有对象都是立即可得的。它们会随着工具包实现阶段的不断展开，在后续的文章中被依次介绍并添加到工具包中来(参见第一部分的结论部分)
　　
　　如下，图1显示了工具包框架中各种对象以及客户间的关系。
　　　
　　图1. 工具包的操作
　　
　　为了更好的理解图1，需要对工具包操作的几个重点概念进行进一步的解释：
　　
　　·不是所有的标记元素都可以从现有XML元素生成。例如，重用现有时间戳元素(wsse.Toolkit.Tokens.Wss.TsToken标记)来构建新的标记，没有什么实际意义——实际上,需要时应该从头构建并相应添加新标记
　　
　　·可从现有XML元素创建的标记类，具有唯一参数类型为org.w3c.dom.Element的构造函数，此构造函数会对输入的XML数据进行浅层次的数据有效性验证。所有情况下，必须正确地维护用于构建新标记XML元素的org.w3c.dom.Document对象，不合适的文档对象会在添加元素时产生错误。标记类基类WsToken类、WsConpositeToken类以及帮助类WsTokenHelper具有处理XML文档的功能。
　　
　　·虽然标记引用类型也都是从基类wsse.Toolkit.Tokens.WsToken派生的，但是大多数引用类型的作用是引用现存的XML元素，不是作为本身可以被添加的元素。不过，在下面的WSSE映射部分会提到一些特殊的标记引用类型，除具有引用元素功能外，本身也可以作为被添加的元素。
　　
　　·标记引用类型可以引用不同的安全信息头部中的标记元素——此功能有助于在新的WSSE头部中添加现有标记元素的功能的实现。标记引用类型甚至可以引用在安全处理过程的初期添加的当前不存在的元素, 比如前面代码示例中加密签名元素构成的元素。
　　
　　·标记帮助类的责任是实例化标记类型对象和标记处理器对象，并将二者联系起来处理，当然这需要适当的配置信息以及初始化工作。标记处理器类型的责任是操作标记帮助类的处理结果，比如在安全头部中添加一个新产生的数字签名元素。处理器接口的要约是仅对引用标记进行适当的处理，并不对此处理过程中产生的新标记进行任何操作。
　　
　　·处理操作可以连接起来构成处理操作链。这样，可以对多个安全头部的入口签名，然后对签名加密, 如上面客户处代码示例。
　　
　　工具包提供了轻量的对象层次，处理每次客户调用时，会实例化一些具有仅于自己上下文环境关联的对象， 因此不必担心并发问题。工具包中大多数类没有提供同步化锁，只有wsse.Toolkit.Utils.Xml.XmlFactory 类和 wsse.Toolkit.Utils.Config.ConfigHelper类除外，这两个类提供了一些可以被多个线程共享的功能。对于配置的目录服务和SAML服务实现提供者来说，由于工具包的所有运行客户都访问相同的提供者，它们的实现必须是线程安全的。
　　
　　WSSE映射
　　
　　现在，将要讨论工具包内的组件是如何与WSSE规范规定的主要构建块的映射关系。注意：WSSE 规范的第5部分对<wsse:Security>头部块是这样定义的，“<wsse:Security>头部块以SOAP行动者或角色的形式存在，提供在在SOAP信息中添加针对特定接收者的安全相关信息的机制”， 这意味着， WSSE安全头部是可以扩展的， 同时在所有可能使用此技术的应用中试图使用它是不合适的。 因此，工具包框架仅对规范中规定的标记类型及其关系进行映射，同时可以在以后添加新的标记类型及其处理器。