基于XPath分解XML文档的完整性检查

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1、基于XPath分解XML文档的完整性检查刘宝龙刘念，陈桦（西安工业大学计算机科学与工程学院，中国，西女，710032）摘要：XML文档的分解在XML数据女全、文档发布中有着广泛的应川，XML文档在分解时需要考虑两个问题：首先，每一个分解的子文档应该是有意义的。其次，数据完整性机制应能检查每一个子文档的完整性。本文利用Xpath路径表达式实现XML数据的分解，并提出建立一个XML数据完整性检查池来提供分解后的XML数据完整性检杳。利用XPath表达式，在保持子文档有效性的同时易于实现XML文档的分解。利用建立的数据完整性检杳池，用户对以检杳所得数据的完整性，而不需要和其他用户

2、的协作。该方法的提出为细粒度安全坏境中对XML文档的保护及发布提供了新的思路，为XML应用奠定了女全基础。关键词：XPath；完整性检杏池；DOM-HASH；DTD中图号：TP309.2文献标志码：AXML文档分解在XML数据安全屮有着广泛的应川，比如：基于信任第三方文档的发布、基于工作流的多重XML数字签名及加密等。文献⑴中提岀了一种XML文档分解的方案。该方案假定文档M可以被分解成一系列不交叉的更小的子文档，记为T=%W2，...,%｝，其屮每一个叱•仅包含一个独立的对象，并假定叱•是一个顺序序列，因此整个文档可以看做是这些子文档连接的结果，即：耐=呦11叫11…II叱

3、”。尽管上述方法可以分解一个XML文档，但是该方案的一个主要缺陷是：假设每一个文档可以被分割成一系列的子文档，并且每一个子文档是有效的。这是一个严格的假设，因为一个完整的有效的主题或许包含一个文档的几个部分。保持这些子文档的完全有效性是不容易的。利用XML数据的结构，文献［2］采川Xpath路径集合T二仏心,・・・,口｝来分解一个文档M,并生成一系列子文档『二仙,W2,其中右代表XPath表达式。通过XPath表达式,用户可以容易的获得一个子文档叱o这个方案的主要优点是基于Xpath分解的文档可以保证每个文档的完整含义。收稿日期：2012-04-10作者简介：刘宝龙（197

4、6・），男，西安工业大学计算机科学与工程学院，博士，主要从事XML安全技术方血的研究。Email:liu.bao.lonq@hotmail.com手机：13474506595★通讯作者：刘宝龙Email:liu.bao.lonq@hotmail.com然而，这个方案中存在两个明显的缺陷。首先，在文档分解过程屮，每一个子文档的完整性检査依赖公式Ilvr2II...IIh-这表明原始文档的每一个部分必须被完全的分派，否则完整性检查将是不可行的。比如，假设一个文档由5个部分组成，实际应川屮只需要对其中的3个部分进行处理。这样一来，其余2部分并没有被分派，按照公式〃（"）—（叩叫1

5、1...1也”）进行完整性检查时总会返回一个失败的完整性检查;其次,子文档的完整性检查需要所有分解结果在线协同检杳，这在实际应用中随着分解数目的增加是不现实的。基于以上分析，本文利用XPath表达式來分解XML数据，并设计一个完整性检查池來检查分解子文档的完整性。该方案的基木思路是对原XML数据进行最小单位的XPath分解,并将分解的结果利用HASH算法进行处理，采用自下而上的验证过程，用八利用完幣性检査池中提供的对应路径的摘要值，可自行完成分派数据的完整性检査，不需要同其川户进行协同检查，而MXML数据不需要全部被分解，可以离线完成完整性验证。该方法的提出为细粒度安全环境

6、屮对XML文档的保护奠定了基础，为XML数据安全起到了促进作川。1理论导引有多种方法来确保信息的完整性，比如摘要值或者校验和机制⑻。这两种方法都可以丿IJ來发现原始信息发生的改变。然而，摘要值关注恶意攻击，而校验和主要川于发现偶然的变化⑷。本文采用Hash算法机制来确保数据的完整性。釆取Hash算法机制作为检查数据完整性方法的原因主要有两点【叽（1）校验和通常用于检测数据的偶然变化，校验和在受到恶意攻击时提供的安全等级较低，因为它的数学结构使其更容易被破坏。CRC系列就是一个例子。（2）基于复杂数学模型的Hash函数具有单向性和抗冲突性，因此它捉供的女全等级比校验和要高。H

7、ash算法的定义如下：y=/z（M）（1）其中/?是一个Hash算法，M是一个消息，y是Hash算法产生的数字摘要值⑸。Hash算法有如下特征：（1）输入的可以是任意人小的数据块。（2）〃产牛一个固定氏度的输出，并且它就叫做摘要值或者消息摘要o(3)对于任意给定的摘要值y,找到一个信息M使其满足公式h(M)=y是不可能的，这里称为Hash算法的单向性。(3)给定一个消息M,找到MhM'且/7(M)=/2(M')的情况是很困难的⑹。(4)找到任一满足公式h{M)=h(M)的信息对(M,M')是很闲难的。现今广泛应用的