基于數(shù)字化校園一卡通系統(tǒng)的安全管理的研究

文章出處：http://56733.cn 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2011年09月16日

    摘 要：介紹了校園一卡通管理系統(tǒng)的總體設計方案，并針對數(shù)字校園用戶訪問量大且多數(shù)用戶訪問權(quán)限有限的特點，提出了一種基于數(shù)字化校園的一卡通系統(tǒng)的安全管理方案。

    數(shù)字校園是以網(wǎng)絡為基礎，利用先進的信息化手段和工具，實現(xiàn)從環(huán)境(包括設備、辦公空間、研究空間、教學空間等)、資源(如圖書資料及專業(yè)數(shù)據(jù)庫、教師講義和課件、全球網(wǎng)上專業(yè)資訊)到活動(包括教、學、科研、管理、服務、辦公等)的全部數(shù)字化。在傳統(tǒng)校園的基礎上構(gòu)建一個既對應又有本質(zhì)不同的數(shù)字空間，拓展現(xiàn)實校園的時間和空間維度，從而提升傳統(tǒng)校園的效率，擴展傳統(tǒng)校園的功能，最終實現(xiàn)電子校務(信息發(fā)布平臺、辦公自動化、數(shù)據(jù)中心、集成的信息系統(tǒng))、教育資源(網(wǎng)上教學、數(shù)字圖書館等)、虛擬社區(qū)(后勤服務、校園一卡通等)、網(wǎng)絡服務與網(wǎng)絡安全為一體的數(shù)字化教育環(huán)境。作為整個數(shù)字化校園的核心應用項目，校園一卡通系統(tǒng)針對目前校園中使用的證件多、管理繁雜的情況，用一張卡代替學校目前使用的各種證件(包括學生證、工作證、借書證、醫(yī)療卡、出人證等)。師生員工在學校各處出入、辦事、活動和消費均只憑這張校園卡便可進行。該系統(tǒng)不僅僅是消費系統(tǒng)，還具備身份識別以及信息管理功能。

    目前各大學在校園卡應用系統(tǒng)管理上存在諸多不便，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

    (1)由于卡應用的快速發(fā)展，校內(nèi)各單位逐步建立起自己的卡應用系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)采用的技術(shù)與規(guī)范不統(tǒng)一，造成了各種卡應用系統(tǒng)無法兼容，資源不能合理配置和共享； 
    (2)學生手中的學生證卡、食堂飯卡、圖書館借閱卡、銀行消費卡以及電話卡等等，少則三、四張，多則六、七張，給學生用卡帶來了不便； 
    (3)各部門獨立開發(fā)，使學校各單位管理不能統(tǒng)一。

    目前，各大學校園網(wǎng)的網(wǎng)絡基礎建設都已成熟，為校園一卡通系統(tǒng)的建立提供了可能，射頻Ic卡應用系統(tǒng)的日漸成熟為校園一卡通系統(tǒng)的建立提供了技術(shù)保障，校園內(nèi)實現(xiàn)一卡通管理己成為校園管理發(fā)展的必然趨勢。

    1 系統(tǒng)總體設計方案

    數(shù)字校園一卡通管理系統(tǒng)是建立在校園網(wǎng)絡的基礎之上，運用先進的計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)及非接觸式Ic卡技術(shù)，為學校的各項管理功能提供現(xiàn)代化手段，以提高管理質(zhì)量和水平。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 校園一卡通結(jié)構(gòu)圖

    該系統(tǒng)的具體實現(xiàn)目標如下：

    (1)IC卡各子系統(tǒng)的工作站和上位機居于系統(tǒng)的高速管理信息域，采用以太網(wǎng)，通過路由器可連接校園局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，包括Intranet和Internet。 
    (2)通過TCP／IP控制器(TCP／IP通訊協(xié)議)與管理主機進行通訊。確保在聯(lián)機狀態(tài)下的完全實時性要求。 
    (3)一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用同一數(shù)據(jù)庫管理，數(shù)據(jù)庫平臺用sQL Server 2000，自控系統(tǒng)集成可通過局域網(wǎng)與其建立通訊連接，并對其數(shù)據(jù)庫進行讀、寫訪問。 
    (4)所有Ic卡在管理中心授權(quán)(發(fā)卡或掛失)后無須再到各子系統(tǒng)進行任何授權(quán)操作，便可實現(xiàn)身份識別、電子門禁、考勤、消費、圖書借閱等多種功能，真正做到“一卡通行”。

    2 安全管理的研究

    安全管理是數(shù)字校園核心功能塊，其安全控制平臺通過校園網(wǎng)基礎設施(防火墻或代理服務器)，限制內(nèi)部用戶和外來用戶對特定資源的特定操作以及防御網(wǎng)絡攻擊外，還提供戶身份認證、用戶權(quán)限校驗、數(shù)據(jù)安全加密等功能，能夠靈活的依據(jù)用戶應用環(huán)境的需要，方便的設置這個系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和各種不同用戶對于系統(tǒng)應用程序和資源的操作情況。權(quán)限管理是安全控制平臺的主體，對于學校的復雜應用而言，僅僅依賴數(shù)字證書等，不能完全保障系統(tǒng)的安全。還要考慮以下的需求：

    (1)安全性要求更高：在局域網(wǎng)內(nèi)部，域用戶的登陸名和密碼，很容易被偵聽，會導致密碼被盜用。 
    (2)數(shù)據(jù)量大：數(shù)字校園使用用戶總數(shù)很容易超過3萬，超過3萬的用戶結(jié)合數(shù)字證書，導致系統(tǒng)負載過重，極大影響系統(tǒng)運行。 
    (3)安全層次和靈活配置的需要：針對上述訪問量巨大的情況，而大多數(shù)的學生權(quán)限小，根本沒有信息管理權(quán)限，對于安全性要求比較低。而且這一類的用戶流動性強。所以針對他們都建立數(shù)字證書是沒有必要甚至浪費的。

    2．1 安全策略的設計

    平臺的安全策略采用基于角色的安全控制模型，通過分配和取消角色來完成用戶權(quán)限的授予和取消，并且提供角色分配規(guī)則和操作檢查規(guī)則，如下圖2所示。例如：安全管理人員根據(jù)需要定義各種角色，并設置合適的訪問權(quán)限，再根據(jù)用戶的責任和資歷指派為不同的角色。這樣，整個訪問控制過程就分成兩個部分，即訪問權(quán)限與角色相關(guān)聯(lián)，角色再與用戶關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)了用戶與訪問權(quán)限的邏輯分離。

圖2 基于角色的控制思想

    由于實現(xiàn)了用戶與訪問權(quán)限的邏輯相對分離，基于角色的策略極大的方便了權(quán)限管理如果一個用戶的職位發(fā)生變化，只要將用戶當前的角色去掉，加入代表新職務或新任務的角色即可。研究表明，角色／權(quán)限之間的變化比角色／用戶關(guān)系之間的變化相對要慢得多，并且委派用戶到角色不需要很多技術(shù)，可以由行政管理人員來執(zhí)行。部門管理人員只可以在自己的權(quán)限范圍內(nèi)，將自己有的權(quán)限授權(quán)給下級角色。這與現(xiàn)實中隋況正好一致。除了方便權(quán)限管理之外，基于角色的訪問控制方法還可以很好的地描述角色層次關(guān)系，實現(xiàn)最少權(quán)限原則和職責分離的原則。

    在采用基于角色的安全策略中，存在以下相關(guān)聯(lián)的概念：

    2．1．1 功能和功能組

    功能模塊是針對一種特定數(shù)據(jù)的操作集合。功能模塊是作為視圖控制的基本的單元，功能模塊是相對數(shù)據(jù)相對獨立的最小的單元。功能組作為功能的分類管理方法，一個功能組能夠包含多個功能模塊和多個子功能組。相同功能組包含的子功能模塊不能重復。即功能組作為功能模塊的名稱空間。

    2．1．2 角色和部門

    角色是登陸用戶權(quán)限的最小單元。角色一定屬于某個部門，不存在沒有對應部門管理的角色。角色可以有一級到多級的子角色。子角色的權(quán)限由上級的角色賦予權(quán)限。角色向子角色授予自己擁有的權(quán)限范圍和該權(quán)限范圍內(nèi)的對應操作能力。

    部門作為角色的分類管理功能，部門能夠包含多個子部門和子角色。部門包含的同一級別的部門不允許重名。

    部門與實際存在的行政機構(gòu)不完全等同。一個部門可能與一個實際存在的行政機構(gòu)對應，也可能只是某個行政機構(gòu)內(nèi)設置的臨時小組。部門的設置為方便角色管理的授權(quán)構(gòu)成建立的。建立一個部門必須建立一個對應的部門管理者角色?？梢杂刹块T管理者角色向下級授權(quán)，或者建立相應的下級部門和角色。下級部門和角色只能的功能范圍只能在該部門對應的權(quán)限范圍作用。

    2．2 權(quán)限管理

    權(quán)限管理實現(xiàn)用戶使用應用系統(tǒng)資源和功能的合理分配，這是數(shù)字校園的安全特性，同時也是用戶的個性化需求。對于一個應用系統(tǒng)而言，不是安全控制越嚴密越好，重要的是符合用戶的應用需求。針對學校大學生、教師、職工、領(lǐng)導、學院等多種角色，采用2．1中的基于角色的安全策略，對不同的角色分配不同的訪問權(quán)限。如下圖3所示，管理員定義功能組、定義部門工作不同的角色，對身份認證后的用戶進行訪問委派，
即指定所有能訪問的應用系統(tǒng)的功能組集合。訪問資源的粒度是從應用系統(tǒng)一功能組一功能塊。例如：學生管理系統(tǒng)一學歷成績功能組一成績查詢功能塊，辦公管理系統(tǒng)一公共服務一編寫公告功能塊。

圖3 基于用戶一角色一權(quán)限的權(quán)限管理結(jié)構(gòu)

    用戶權(quán)限配置首先是一個角色授權(quán)的過程：選擇數(shù)字校園中不同應用系統(tǒng)的功能塊，賦予不同角色對應的訪問權(quán)限，即完成角色的授權(quán)。接下來是用戶授權(quán)過程：對一個新用戶賦予他某種角色，該用戶即獲得了角色的訪問權(quán)限。

    數(shù)字校園中對于不同的應用系統(tǒng)，同一個用戶可能具有多重的角色，使用權(quán)限并不是職位越高權(quán)限越大，而應是各司其職。例如，王某是學院的教務主任，李某是學院的任課老師，教務主任角色可查看學生的考試成績，但是卻不能隨意修改學生的考試成績。任課老師只能查詢自己任課班級的學生的考試成績，但是可以直接修改和發(fā)布這些學生的考試成績。如果教務主任還是任課老師，只需修改教務主任角色的授權(quán)訪問權(quán)限——增加或減少相應的功能模塊，不用再進行王某的用戶授權(quán)過程。

    本文介紹了數(shù)字校園一卡通系統(tǒng)的總體設計方案，并通過對數(shù)字化校園安全需求的分析，針對數(shù)字校園用戶訪問量大且多數(shù)用戶訪問權(quán)限有限的特點，確定數(shù)字校園安全策略，給出了一種安全管理控制平臺的實現(xiàn)方案，實施效果表明整個數(shù)字校園的安全性、操作性和交互能力都得到了較大的提高。

    作者簡介：尹風雨(1978一)，男，湖南桂陽人，碩士生，助教，研究方向：計算機網(wǎng)絡安全。 孫崢嶸，蔣云霞，盧明

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