admin 具有层次结构的身份加密(HIBE)机制，是为了解决传统的身份加密(IBE)机制的密明托管和效率低下同置，在原有机制基础上，通过使用分层密钥服务器来进行身份认证、数据加密、敛字签名，针对教务系统中的网络安全问题，将HIBE机钥应用到该系统中，提出了基于分层身份加密的教务系统信息安全解决方案，以HIBE为核心，利用表示用户身份的任意字符串为公钥，椭圆曲线困难同题加密和设置分层密钥服务器等方法，来简化用户认征、防止数据泄漏被篡改和提高系统的整体效率。
一、基于身份的加密机制
2001年，实用的基于身份的加密方案IBE方案提出，该方案加密用的公钥能直接使用表示用户身份的任意字符串，其安全性是建立在双线性Diffie-Hellrnen问题(BilinearDiffie-Hellmen,简称BDH)上，使用了椭圆曲线的Weil对。
IBE加密系统工作过程包括4个主要步骤。
(1)系统初始化：PKG生成系统参数，barams和主密钥keymas，keymas用于计算用户私钥，由PKG秘密保存，params可公开。
(2)加密：对给定的用户消息进行加密，发送方首先散列表示接收方身份的任意字符串（学号或邮箱等信息）到椭圆曲线上的一点记为ID，再选择一个随机数广，然后根据算法pair(r*ID，keymas，params)，计算加密密钥，以此密钥加密明文m得到密文c。
(3)私钥产生：接收方收到消息后，向PKG验证自己，验证通过后PKG向用户返回私钥pypir=keyams,ID。
(4)解密：利用解密算法和ppir解密密文f得到明文m。
从上述原理可知，IBE方案中用户的私钥产生，存储都集中在可信的第三方部件(Private KeyGenerator，简称PKG)中执行，其工作模式为典型的集中产生、集中存储，所有用户的私钥托管在PKG中，只要PKG受到拒绝服务或合谋攻击，整个加密系统将无法正常工作，由此可见，该方案自身存在密钥托管的问题。另一方面，集中产生集中存储的工作模式在突发大量数据（例如学生选课、教师提交成绩）时，易造成信道拥塞网速下降。由此可见，使用IBE方案来解决教务系统的信息安全问题时，PKG服务器易被攻击且效率较低。
二、分层的基于身份的加密机制
为了解决IBE方案中密钥托管和效率较低的问题，Dodis和Yung提出了一种基于层次结构的HIBE方案(Hierarchical IBE,简称HIBE)，其核心是要求在建立系统时按倒树状部署，每个PKG为它的下层用户产生私钥。HIBE加密系统工作过程包括5个主要步骤。
(1)根PKG设置：根PKG选取安全参数七，产生系统参数params和根密钥s，系统参数包括对明文空间M和密文空间C的描述，M={0.1}n，C=c1t×{(O,1}n，公开Params而秘密保存st。
(2)底层设置：每个低层PKG产生它自己的低层密钥乳并保存起来，用来为自己的下一层用户产生私钥。
(3)私钥产生：根据用户的ID元组首先为用户产生公钥Q，然后根据公钥等信息计算出私钥St如果用户是在第一层，即根PKG的下一层，则直接由根PKG为用户产生私钥，如Gen 由根PKG产生；如果用户在其他层，则由用户的上一层PKG为用户产生，如Gen 由PKG产生。
(4)加密过程：发送方经秘密安全通道从根PKG接收params，使用接收方B的公钥QB和paratns对明文数据m∈M加密，并把密文c∈C发送给接收方，加密公式为c=Encryption(params，QB,m)。
(5)解密过程：接收方依据第三步的方法从本层PKG处得到私钥SB并从根PKG处得到户口rams，使用算法Decryption (params，SB，f)对密文c解密得到明文m。
从上述工作步骤分析可看出，HIBE方案的优越性主要体现在以下几个方面：
(1)HIBE是对IBE的改进，因此继承了IBE的安全特性：保密性、完整性、可用性和不可抵赖性。
(2)利用HIBE解决数据传输的安全问题时系统结构中存在多个PKG域，每个域中的PKG为特定的用户服务，这样设计有两个优点：一是一个PKG域的密文泄漏不会危及更高层次PKG的密文，也不会危及其他未被破坏PKG域的密文，能有效避免拒绝服务和合谋攻击，解决了密钥托管问题；另一方面是当有突发的大量用户申请私钥时，信息流均匀地分布在不同的PKG域，减轻了各PKG的负担，提高了身份认证、加密／解密、数字签名的效率。
综合分析可知，HIBE是解决教务系统中信息安全问题的有效方法。
三、基于HIBE的教务系统信息安全解决方案
目前，我国高校大多按照校、院两级机构模式设立，从其结构来看为典型的倒树状，这正符合HIBE方案的要求。本信息安全解决方案在原有教务管理系统的基础之上，加入了HIBE进行优化设计，在保证原有系统效率的情况下，最终实现数据在使用、传输等过程中的保密性、完整性、可用性和不可抵赖性并提高了效率。
1、信息安全方案总体设计
基于HIBE的教务系统由基于身份加密、院系管理、学生管理三大模块组成，其中，院系管理又分为基于身份加密和院系教务管理两个子模块。
(1)基于分层的分身加密模块
该模块放置在教务系统主服务器和各学院计算机上，前者的PKG为根，后者为各层的PKG，该模块主要完成根和低层设置、用户身份验证、系统参数的初始化、密钥、私钥生成与分发、数字签名以及加密、解密等功能。
(2)院系教务管理和学生信息管理模块
完成日常的教务管理功能，包括学生注册、教师成绩提交、学生选课，教务排课、教室查询、学生成绩查询等功能。
2、系统架构
建立教务系统时，HIBE的核心是分层设立PKG，纵向上的层次模型可建立：校级PKG啼院级PKG，在横向上建立：人文学院PKG、音乐学院PKG、电信学院PKG……，在设置中除了学校核心PKG需要将HIBE系统部署在独立的服务器上，其他横向的PKG都可部署在各学院中配置较好的某台计算机上，这样既避免了合谋攻击，又有效的节约了计算机资源。
基于HIBE的教务系统信息安全解决方案拓扑如图4，该系统中信息的安全传输过程分析如下：
(1)根PKG运行HIBE初始化算法，选取安全参效，产生系统参数和根密钥，系统参数公开而根密钥不公开。
(2)各学院PKG从根PKG处得到params并产生自己的密钥。
(3)假设电信学院用户A有明文数据m∈M发送给音乐学院用户B，A从根PKG接收pararrrs，根据B的公钥QB(职工号、学号或E-mail)和params，对明文数据坍加密得到密文信息c∈C，经数字签名后把C发送给数据服务器Server。
(4)接收方B在收到提示信息后，从Server处接收c。
(5)B通过浏览器输入自己的公钥Q8和用户口令pWB，请求自己所在学院PKG产生私钥SB，通过认证后PKG根据私钥算法计算出B的SB，最后通过秘密安全通道分发给B。
(6)用户B用SB解密c最终得到m。
四、实验与分析
为了验证本系统的实际效果，笔者进行了实验，并与基于IBE的方案进行了比较。
1、实验环境
本系统在WinXP+Cygwin环境下，基于斯坦福大学计算机科学系安全实验室的开源PBC代码库(Paring Based-Identity Cryptography Library)、教务管理等系统在思科网络技术学院实验室按照图4模型搭建了实验环境，在PBC库的基础上用C语言实现了分层模型的建立，各层PKG参敏的初始化、私钥分发、加密／解密等功能。
2、结果分析
通过实验发现，HIBE方案能够完成学生选课，排课、教室查询、教师成绩提交等日常教务管理功能，同时确保了这些功能所产生的数据在传输过程中的保密性、完整性、可用性和不可抵赖性．相比基于IBE
的信息安全解决方案具有以下优点：
(1)减轻了PKG的负担，提高了私钥生成、分发，加密／解密、效字签名的效率。
(2)私钥分散存储可有效避免拒绝服务和合谋攻击，解决了密钥托管问题。
小知识之pkg
pkg文件也就是安装包配置文件，是制作Symbian OS安装程序的核心部分。
