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网络银行安全支付系统设计

网络银行安全支付系统设计: 系统设计目标 系统功能设计 功能模块设计 安全机制设计 数据结构设计
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网络银行安全支付系统设计
一、系统设计目标
网络银行是现代通信网络(尤其是 Internet、Intranet 等计算机互联网络)日益迅速发
展的背景下,金融贸易实现电子化、自动化、网络化的必然趋势。网络银行的核心问题是
如何提供实用可靠的安全服务。
本项目是基于 WEB 的“网络银行安全支付系统”方案的设计与实现。在安全可靠快速的
加密算法和安全机制基础上,重点通过安全协议的研究和设计,实现安全、可靠、实用、
便捷的电子支付系统。用户将通过本系统提供的应用程序和安全环境,方便安全地进行网
络购物和电子支付。
本项目的研究成果可广泛应用于电子转帐、网络证券、电子支票等电子商务系统中,
具有一定的应用前景和市场推广价值。
二、系统功能设计
用户通过相关部门审核并交纳一定的费用,在网络银行注册帐户或增加余额。用户将
获得唯一的用户名(ID 唯一)和相应的密码。商店也应通过相关部门审核在网络银行注册
帐户。商店将获得唯一的用户名(ID 唯一)和相应的密码。管理人员可方便地对用户帐户
的相关数据进行维护。
用户通过 WWW 浏览器访问“网络商店”界面,可以浏览商品信息,并可将欲购物品放
入购物篮,并输入用户 ID 和口令便可进行购物。网上信息均是经过高强度的非对称加密,
保证用户的购物信息和支付信息的安全。用户购物成功后将得到银行的对所购物品的数字
签名。
“网络商店”有相关的服务管理程序,不仅可以对商店的商品进行方便维护,而且可以
自动的分析用户的购物信息并和“网络银行”或用户进行回应。“网络商店”发给“网络银行”的
信息不仅有商店无法破解和伪造的用户购物信息也含有只能被银行所识别的商店信息。“网
络商店”还可自动得到经“网络银行”确认成功的购物信息,以便对用户进行送货。
“网络银行”的服务器软件可以自动处理经商店发来的购物信息,并对用户的帐号中的
相关数据进行更改,且向用户发送具有法律效应的相应购物的数字签名。向商店发送购物
成功的信息,以便商店送货,并将相应金额划入所对应商店的帐户。
三、功能模块设计
本软件系统主要有“网络银行”、“网络商店”两管理部分和 WWW 浏览器应用部分。具
体分为 1)用户/商店管理程序;2)“网络银行”服务器软件;3) “网络银行”主页;4)“网络商
店”管理软件;5)“网络商店”服务器软件;6)“网络商店”主页。
(一)用户/商店管理程序
用户/商店管理程序建立于网络银行的用户/商店数据库基础之上,以客户软件的形式
向管理人员提供用户商店的管理界面,主要功能包括:
1

1、开户:帐号、口令、电子邮件地址、送货地址、帐户余额等;
2、帐户管理:对用户帐户进行增减金额、查询与清算对各商店的应付金额;
3、查询余额:可实时查找用户的资金余额,以及与商店的清算明细;
4、报表输出:可以对指定时间区间用户或商店的资金变化情况;
5、密钥的自动更新与维护;
6、帐户的清算与撤销。
(二)“网络银行”服务器软件
网络银行的服务器软件除提供 WEB 服务外,还能自动对购物信息进行处理和回复。
(三)“网络银行”主页
网络银行主页应能以浏览器的形式向用户提供资金查询和用户相关个人信息更改功能。
进行资金查询时必须提供个人 ID 和密码,且网上传输的信息以密文形式传输。
在进行个人信息修改时,身份证号码、帐号、余额禁止修改但可显示,住址及密码可
以修改,主要是提供密码修改功能,且网上传输的信息也必须以密文形式传输。
(四)“网络商店”管理软件
1、商品上网
商品上网是将现有或新购且准备在网上进行销售的商品增加进商店的网络数据库中。
商品上网功能中也可进行已上网商品的数量增加,也可进行已售完或过时商品的下网。
2、价格调整
可以单个或成批地调整商品的特价。
3、商品类型
可以增加或重新定义商品的类型。
4、雇员管理
由于商店有送货业务,所以商店必须能对雇员(送货员)进行管理,实现其增加、修
改与删除功能。
5、查询与报表
为了能随时了解商店商品的销售和库存情况,查询与报表功能可以对指定时间段(或
时间)、部分或全部商品的销售明细及库存情况进行查询和打印。
6、商品派送
能自动接收并提示经银行确认交易成功的购物,再由操作员选定雇员进行派送。
(五)“网络商店”服务器软件
网络商店的服务器软件除提供 WEB 服务外,还能自动对购物信息进行处理,对能满
足条件的购物定单向网络银行进行转交,对于不能满足的购物自动对用户进行回绝。
对于是否满足购物的判定方法可选如下三种中的一种:
2

1、对于用户的一次购物申请中的所有商品及数量进行判断,若本商店不能满足任何一
项商品则对整个购物进行回绝,只有在全部满足时才对网络银行进行提交;
2、对于用户的一次购物申请中的所有商品及数量进行判断,若本商店不能满足某一项
(或几项)商品则对不能满足的商品进行剔除后再提交给网络银行。
3、对于用户的一次购物申请中的所有商品及数量进行判断,若本商店不能满足某一项
(或几项)商品则将用户购物中不能满足商品的数量减少商店可提供量后再提交给网络银
行。
在本系统的设计时,采用第一种判定方法。
(六)“网络商店”主页
网络商店主页以能帮助用户方便地进行进行购物为原则。它可以按大小类分级显示商
品、可以给用户提供新品展示、强力热销、精品推介等功能。也可以方便快捷地浏览具体
商品的图文信息。
在将所需商品选入购物蓝后,可方便调整所购货物的数量,在认为合适后便可向商店
下定单。
在下定单时,用户可以指定送货时间及回复用 Email 地址。所有网上传输信息均是加
密传送。
四、安全机制设计
(一)加密设计
1、RSA 系统设计
① 随机取两个独立大素数 p 与 q(保密)
② 计算
n=p.q(公开)
φ(n)=(p-1)(q-1) (公开)
③ 随机选取整数 e≤n,满足
gcd(e, φ(n))=1(公开)
④ 计算 d,满足
d≡e
-1
(modφ(n)) (保密)
利用 RSA 加密第一步需要将明文数字化,并对长度小于 log
2
n 位的数字作为明文块
M。
加密算法 C=E(M)=Me(mod n)
解密算法 M=D(C)=Cd(mod n)
以上 RSA 系统记为 RSA(n,e),其中 P=<n,e>为加密公钥;S=<n,d>为解密私钥。
2、对 RSA 系统的基本要求
由于对 RSA 攻击取决于对 n 的因子分解,因此为保证 RSA 的加密强度,n 要取得足够
大,但过大的 n 值会造成加密计算费时,难以在电子商务系统中取得实践应用。
3

建议取 p 和 q 为 100 位以上十进制数,且为强素数,这样 n 为 200 位十进制数。要分解
200 位十进制数,即使用运算速度为 10
7
/s 的高速计算机,也要耗时 10
8
年。在网络银行安
全支付系统中,我们取 p 和 q 为 512bit(相当于 154 位十进制数),可见加密强度足够高了。
在保证 RSA 加密强度足够高的情况下,算法的速度成为能否在电子商务系统中成功应
用的关键。目前,我们已经做到了用 512bit 密钥加密 1KB 明文,平均在 2s 内完成,这主要
依靠算法和代码优化来保证的。
网络银行定期自动生成密钥对,当前有效的私钥保存于服务器的内存中,公钥在数据
库中可被 WWW 浏览器间接访问。在每次更新密钥时,自动将存放在计算机内存中密钥写
到表中,并将更新时间表中也写到表中。密钥更新周期为 24 小时。
对于网络用户在网站上输入的用户账号,密码和购物信息等一些私人信息,必须防止
不适当的人员在浏览 Internet 或使用你本地网络时访问这些数据。系统中通过加入了数据加
密的 ActiveX 控件,来确保数据传输的可靠性。
(二)数据的完整性设计
数 据 的 完 整 性 是 指 数
据不因未授权的非法修改从
而使得数据保持未受损的完
整状态。数据的完整性同样
包括数据存储的完整性和数
据网络传输的完整性。这种
数据的完整性通常由系统的
访问控制机制来实现。
系 统 中 我 们 使 用 了 消
息文摘的方式来实现数据传
输的完整性。即数据的发送
方在发送数据的同时利用单
向的 哈希 函数 ( Hash 是将
任意长 的数字串 M 映 射成
一个较短的定长输出数字串
H 的函数)计算出所传输数
据的消息文摘 H(M),并将
该消息文摘随数据一起加密
发送。接收方在收到数据的
同时也收到该数据的消息文
摘,接收方使用相同的算法计算出接收到的数据的消息文摘,并将该消息文摘和接收到的
消息文摘进行比较,如果二者相同,则可说明数据在传输过程中没有被修改,数据的完整
性得到保证。
具体实现过程为:设要传输的数据为 M,经哈希函数算法计算后的数据的消息文摘为
H(M),则实际传输的数据为 M‖H(M),经加密后在网上传输到服务端,在服务端解密得到
传输数据的 M 和 H(M)部分。然后经过相同的哈希函数算法由 M 计算出 H’(M),比较 H(M)
和 H’(M),若相同则数据表明传输数据没有被篡改。
(三)身份认证
4
传输数据 M‖ 消息文摘 H(M)
RSA 加密
RSA 解密
由传输数据 M 部分计
算出 H’(M)
H(M)=H’(M)
数据完整
数据不完整
否
是

身份认证是所有管理信息系统中最基本的安全保护手段,其目的是确定某一用户的身
份,以此确定用户的访问权限。在此我们仍采用用户名(username)和口令(password)
的常规方式来鉴别用户的身份。
由于网络传输的不安全性,用户身份鉴别的数据必须加密传输。虽然用于用户身份鉴
别的数据的信息量较少,但其意义却非常重要,因此必须有较高的加密强度。在此我们采
用数据信息和消息文摘结合,然后对其进行加密处理。另外考虑到服务端处理器的处理能
力用户身份鉴别的服务端,把用户的用户名和口令事先使用哈希函数计算出其消息文摘,
然后用户名、口令和消息文摘一起通过 RSA 加密处理程序计算出用户认证信息,保存在用
户认证数据表中具体实现如图所示。
(四)数据传输机制
用户为了给银行发送信息,先从银行的服务器获得公钥,用该公钥将信息加密后发给
银行(或间接经商店发给银行,用户的购物信息就是间接经商店发给银行的)。银行用自
己的私钥便可解密用户加密过的信息。
用户给商店发送的信息与用户发给银行的信息类似,但加密密钥要注意用商店的加密
密钥,并且由于商店与银行密钥位数的不同应注意要用不同的加密程序。
用户在购物时,①首先分别获取银行与商店的公钥,将需要给银行的信息(如:用户
帐号、商店帐号、总金额、定货时间)和需要给商店的信息(商店帐号、商品编号和数量
收货时间、临时返回 Email 等)分别经相应加密后(商店不能破解用户给银行的加密信
息)发给商店。②商店对用户发给自己的加密信息进行解密并进行初步判定,认为满足时
将用户需要间接经商店发给银行的加密信息连同商店与该定单相关的专有信息(如:商店
帐号、总金额、临时定单号)用银行的公钥加密后发给银行。若不满足,则用解密出的临
时 Email 通知用户定购失败。③银行在收到商店发送来的购物信息进行解密及合法判断,
在认为合法且用户资金满足订货金额时,用商店的公钥加密发给商店的交易成功的信息,
且以明文形式和用银行私钥形成的数字签名作为凭证通知用户交易成功。若不满足时通知
商店及用户。
以上流程在传输信息时不会被非法者破解的。
另外,由于有“订货时间”的限制,商店不能利用旧定单反复骗取用户购物;由于用户
发给商店的信息包含商店帐号以及定单总金额的约束是非购物商店无法转移用户向正确商
店的购物。
5
用 户 端 A
username 、password 和
消息文摘
RSA 加密
处理程序
服 务 端
username 、 password
和消息文摘
RSA 加密
处理程序
服 务 端 加 密
的
认证信息
RSA 加密
处理程序
用 户 端 B
username 、 password
和消息文摘
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