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XML Signature

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XML Signature (也称作XMLDsig，XML-DSig， XML-Sig)是一个定义数字签名的XML语法的W3C推荐标准。从功能上或，XML Signature与PKCS#7有很多共同点，但是XML签名具有更好的可扩展性，并为签名XML文档做了调整。XML Signature在许多Web技术，如SOAP, SAML等中使用。

XML signature可以用来签名任何类型的数据（称作资源），最常见的是XML文档，但是任何可以通过URL访问的资源都可以被签名。如果XML签名用于对包含该签名的XML文档之外的资源简明，则称为detached signature 如果XML签名用于对包含它的XML文档的某个部分进行签名，则称为enveloped signature; 如果XML签名包含被签名的数据，则称为enveloping signature。

结构

一个XML签名包含一个Signature元素，其名字空间为http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#。基本结构如下所示： 

<Signature>
  <SignedInfo>
    <SignatureMethod />
    <CanonicalizationMethod />
    <Reference>
       <Transforms>
       <DigestMethod>
       <DigestValue>
    </Reference>
    <Reference /> 等
  </SignedInfo>
  <SignatureValue />
  <KeyInfo />
  <Object />
</Signature>
  • SignedInfo元素包含或引用签名后的数据，并指出使用了那种算法。
    • SignatureMethod和CanonicalizationMethod元素被SignatureValue元素所使用，并包含在SignedInfo元素中以防止篡改。
    • 一个或多个Reference元素通过URI引用的方式说明被签名的资源；以及在签名前对资源进行的任何转换。转换可以是一个XPath表达式，从文档树中选择一个子集[1]。
      • DigestMethod元素指定散列算法。
      • DigestValue元素包含转换后资源经过散列算法的结果。
  • SignatureValue元素包含一个经过Base64编码的枪名结果 - 签名是按照 SignedInfo元素中的SignatureMethod元素中指明的参数进行的，签名前要先根据CanonicalizationMethod元素中指定的算法进行规范化。
  • KeyInfo元素（可选）允许签名者为接收者提供验签该签名的密钥，通常是以一个或多个X.509数字证书的形式。如果没有出现KeyInfo元素，接收方必须从上下文中识别出验签的密钥。
  • Objec元素（可选）包含被签名的数据，如果是 enveloping signature（签名的数据在Signature元素内）的情况。

验证及安全考虑

当验证一个XML签名时，需要遵守一个称作核心验证（Core Validation）的程序：

  1. 引用验证： 每一个引用的摘要都通过获取相应的资源，并且按照指定的转换方法和摘要方法进行转换和摘要，然后将结果与DigestValue元素中的内容进行比较，如果不匹配，验证失败。
  2. 签名验证： SignedInfo元素使用CanonicalizationMethod元素中指定的XML标准化方法进行处理，密钥或取自KeyInfo元素或通过其他方法取得，然后通过SignatureMethod指定的签名方法进行验签。

这一程序确定该资源是否是真的由宣称的当事人签名的。然而由于XML标准化和转换方法的可扩展性，验证方必须同时确认实际被签名或摘要的正式在原始数据中出现的内容，换句话说，确信签名或摘要所使用的算法没有改变被签名的数据的意思。

XML标准化

XML签名的产生要比通常的数字签名的产生复杂一点，这有由于一个给定的XML文档（在XML开发人员通用的说法是"XML信息集"）可能包含合法的序列化的表达方式以外的内容。例如，在XML元素中的白空格从句法上说是没有意义的，因此<Elem >和<Elem>没有区别。

由于数字签名是由非对称密钥加密算法 （通常时RSA加密演算法）对序列化的XML文档进行散列（通常是SHA1）的结果进行加密。一个字节的差别会导致数字签名的不同。

此外，如果XML文档是在计算机间传输，不同操作系统的換行符可能不同，从CR到LF再到CR LF等。 对XML文档进行摘要和验证的程序可能随后以不同的方式呈现XML。例如，在元素定义的属性定义间添加额外的空格，或是使用相对的（而不是绝对的）URL，或者改变XML命名空间定义的顺序。标准化的XML对于引用远端文档的XML数字签名尤其重要，远端服务器可能会随时间改变XML呈现的方式。

To avoid these problems and guarantee that logically-identical XML documents give identical digital signatures, an XML canonicalization transform (frequently abbreviated C14n) is employed when signing XML documents (for signing the SignedInfo, a canonicalization is mandatory). These algorithms guarantee that logically-identical documents produce exactly identical serialized representations.

Another complication arises because of the way that the default canonicalization algorithm handles namespace declarations; frequently a signed XML document needs to be embedded in another document; in this case the original canonicalization algorithm will not yield the same result as if the document is treated alone. For this reason, the so-called Exclusive Canonicalization, which serializes XML命名空间 declarations independently of the surrounding XML, was created.

好处

与其他形式的数字签名，如Pretty Good Privacy和Cryptographic Message Syntax相比，XML Signature更加灵活，这是因为它操作的不是二进制数据，而是XML信息集，允许操作数据的子集，可以以不同形式将签名与被签名的信息结合，以及可以执行转换。另一个核心概念是标准化，也就是说仅对“精华”进行签名，而排除了无意义的区别，如白空格和换行符。

批评

There are criticisms directed at the architecture of XML security in general [2] and the suitability of XML canonicalization in particular as a front end to signing and encrypting XML data due to its complexity, inherent processing requirement, and poor performance characteristics [3] [4] [5]. The argument is that performing XML canonicalization causes excessive latency that is simply too much to overcome for transactional, performance sensitive SOA applications.

These issues are being addressed in the XML Security Working Group [6] [7]

Another issue is that without proper policy the use of XML Dsig in SOAP and WS-Security can lead to vulnerabilites[8]

参见

参考文献

  1. ^ http://www.w3.org/TR/xmldsig-filter2/ XML-Signature XPath Filter 2.0
  2. ^ http://www.cs.auckland.ac.nz/~pgut001/pubs/xmlsec.txt Why XML Security is Broken
  3. ^ http://grids.ucs.indiana.edu/ptliupages/publications/WSSPerf.pdf Performance of Web Services Security
  4. ^ http://www.extreme.indiana.edu/xgws/papers/sec-perf.pdf Performance Comparison of Security Mechanisms for Grid Services
  5. ^ http://www.javaworld.com/javaworld/jw-01-2007/jw-01-vtd.html Why XML canonicalization is bad for Web Services Security
  6. ^ http://www.w3.org/2007/xmlsec/ws/report.html W3C Workshop on Next Steps for XML Signature and XML Encryption, 2007
  7. ^ http://www.w3.org/TR/xmlsec-reqs2/ XML Security 2.0 Requirements and Design Considerations
  8. ^ http://domino.research.ibm.com/library/cyberdig.nsf/papers/73053F26BFE5D1D385257067004CFD80/$File/rc23691.pdf

外部链接

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