HTTPS加密技術在基于MVC架構的礦山地質環境治理恢復保證金管理系統建設中的應用

張 磊,李瑩瑩,昌 儀

(安徽省地質測繪技術院,安徽 合肥 230001)

HTTPS加密技術在基于MVC架構的礦山地質環境治理恢復保證金管理系統建設中的應用

張 磊,李瑩瑩,昌 儀

(安徽省地質測繪技術院,安徽 合肥 230001)

隨著國土資源部門電子政務系統的普及,基于B/S架構的礦山地質環境治理恢復保證金管理系統建設迫在眉睫。為滿足便于部署和運維的要求,系統采用基于MVC架構的軟件設計體系,提高開發效率的同時降低系統升級優化和運維的成本。系統管理的數據對象是全省的礦山地質環境治理恢復保證金,數額巨大,業務流程繁雜,且目標用戶分布在省、市、縣多個層級,故采用基于HTTPS超文本安全傳輸協議,以解決系統和數據安全問題。

礦山地質環境治理恢復保證金;業務管理系統;HTTPS加密技術;MVC架構

礦山地質環境治理恢復保證金,是指為了保證采礦權人在采礦過程中以及礦山停辦、關閉或閉坑時,能切實履行礦山地質環境治理與生態恢復義務,而向采礦權人預提并單獨存儲的、專門用于保證其履行礦山地質環境治理和生態恢復義務的資金[1]。

國外一些礦業管理較發達的國家在20世紀初就已開始關注并著手礦山環境治理和恢復,積累了大量的經驗,并形成了相對完善的管理運行體系。美國是較早開展礦山環境治理和恢復的國家,已形成了一套規范的礦山環境復墾保證金管理體制。美國最早采用的保證金形式是現金,在之后的發展過程中,保證金逐步轉化為兩種方式,即軟性保證金和硬性保證金。其后的進一步探索中,逐漸將這兩種保證金的繳納形式進行融合。此外,還規定了極為嚴格的礦山恢復治理標準,采取全成本計算方法來明確所需要繳納的保證金的額度。加拿大礦山企業與各省政府通過協議來確定其所需要繳納的保證金額度,協商的依據包括企業開采方式、開采礦區的實際面積、礦區的地質條件、氣候以及該范圍內的森林或者植被覆蓋率等等,具體可依據相關變化情況來調整相應的保證金數目,但是要高于用以治理和恢復礦山環境的必備成本。澳大利亞礦業發達,其礦山環境治理和恢復的管理工作水平位于世界前列。澳大利亞并不規定要用現金作為唯一的保證金的繳納方式,礦山企業還可向有資質的銀行等金融機構申請以全額擔保的形式來繳納保證金。礦山企業完全履行了治理并恢復礦山環境的義務之后,澳大利亞政府相關部門將會同有關專家,按照礦山企業事先所擬定和提交的礦山環境治理恢復協議書履行情況,對礦山企業分階段治理并恢復礦山環境的情況開展驗收。以上國家無論是聯邦還是各州,都已形成了一套涉及面廣、細則具體、可操作性強的制度和管理平臺。

自2002年開始,國土資源部就出臺礦山地質環境治理恢復保證金制度著手預研工作。《礦山地質環境保護規定》(中華人民共和國國土資源部第44號,2009年)第十八條規定:“采礦權人應當按照國家有關規定,繳存礦山地質環境治理恢復保證金。礦山地質環境治理恢復保證金的繳存標準和繳存辦法,按照省、自治區、直轄市的規定執行。”據此,保證金管理制度在全國范圍內首次明確。截至2015年6月,全國共有22個省(區、市)在已頒布實施的《礦產資源管理條例》或《地質環境保護(管理)條例》里將“實行礦山地質環境治理恢復保證金制度”作為主要條款之一[2]。全國保證金繳存數量龐大,但大多數省份保證金繳存和支取返還管理目前仍采用手工方式,核算數據及相關證明材料、回單等辦公資料仍以紙質方式保存,易造成基礎資料丟失,統計查詢不便,省、市、縣國土資源行政主管部門信息資源共享性較差。隨著國土資源部門電子政務系統的普及,基于B/S 架構的礦山地質環境治理恢復保證金管理系統建設迫在眉睫。

1 MVC架構

1.1 MVC簡介

為滿足便于部署和運維的要求,采用基于MVC架構的軟件設計體系,可提高系統的開發效率并降低系統的升級優化和運維成本。MVC是一種目前在軟件設計和開發領域里廣為采用的軟件架構,全稱為:Model View Controller。

早期的軟件開發主要依靠事件及其動作的驅動來設計,使得編制出來的軟件在數據處理、程序功能與顯示代碼等各部分邏輯不夠清晰,系統的耦合度也過高,不利于開發和維護[3]。MVC模式的提出較好地解決了這一問題,它分離了程序的表現、控制和數據,具有設計清晰、易于擴展、運用可分布等特點,適用于多用戶、可擴展、可維護、高交互的系統[4-5]。

MVC將模型、控制器與視圖進行分離(或分層)設計和實現,通常也稱為MVC三層架構。在這種架構下設計和實現的系統,用戶直接通過顯示視圖層進行交互,發出的業務指令和調度處理均在控制器層完成響應,并調度模型層完成數據庫操作或者數據計算、處理、分析等操作,再將模型處理的結果通過顯示視圖層反饋給用戶顯示查看。具體工作原理詳見圖1。

圖1 MVC工作原理圖Fig.1 MVC working principle diagram

1.1.1 控制器(Controller)

控制器是MVC的核心和紐帶,它通過視圖中用戶發送的交互信息,將激發的模型改變要求轉化為標準的輸入指令,調用模型對象的具體事件或響應方法;或者直接調度視圖作出某種顯示效果的更改。所以控制器的主要作用為:

(1) 處理對視圖層的響應要求;

(2) 根據要求調度模型層的響應方法或事件;

(3) 將結果數據選擇合適的視圖進行展現。

1.1.2 模型(Model)

模型是將現實問題進行抽象考慮的對象,通常在計算機軟件設計中按照面向對象(OO)的思想進行面向對象設計(OOD)和面向對象編碼(OOP)。通常一個模型就是一個抽象的對象聚合,它具有一些描述該對象的屬性(Attribute)和一些該對象所具有的行為事件(Event)或者可執行的方法(Function)。所有該對象實例化的結果都通過一些具體的屬性和事件方法來進行描述。模型在MVC中的主要作用有:

(1) 完成對模型的抽象描述,定義該模型的屬性和方法;

(2) 提供可供控制器調用的方法和接口;

(3) 完成與數據層的運算和存儲等操作;

(4) 提供與視圖層進行顯示的數據結果。

1.1.3 視圖(View)

視圖在MVC中是直接和外界進行交互的具體表現,例如用戶界面、可視化報表、數據視圖等。通常用戶可通過視圖觸發控制器,系統也可根據控制器得到的指令要求調用某個具體視圖。控制器還可根據模型的處理結果,將數據更新或改變后的結果顯示在視圖上。綜上,MVC中視圖主要擔負的作用有:

(1) 提供交互界面供用戶進行操作;

(2) 將用戶操作轉化為控制器命令;

(3) 對結果數據的可視化呈現。

1.2 MVC優勢

MVC將數據、控制器、視圖分層設計和實現,實際上是分離了程序的數據、控制和表現。這種架構設計思路清晰,更易于修改,提高了擴展性,因此在系統的構建中具有顯著優勢,目前在各種軟件系統的設計和實現中均已大量采用。具體優勢體現如下:

(1) MVC三層獨立設計,使得程序設計過程更加清晰,提高了代碼的可復用度;

(2) MVC三層之間通過定義好的接口協議進行對接,提高了開發效率;

(3) 模型層的獨立,可滿足多種數據存儲要求,通過數據接口可兼容多種數據庫;

(4) 視圖層的獨立,可提供多套用戶界面,滿足多用戶、分權限的界面視圖展現;

(5) 控制器層的獨立,提高了系統的可擴展性;

(6) MVC三層獨立,提高了系統的靈活性,為系統的測試、優化、升級提供了便利性;

(7) 根據MVC的接口定義,為分布式部署、大規模存儲、插件式開發提供了可能性。

圖3 保證金系統總體設計圖Fig.3 Margin system overall design

2 HTTPS技術

2.1 HTTPS協議

HTTPS(全稱:Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer),即用于安全的HTTP數據傳輸。HTTPS被廣泛用于萬維網上安全敏感的通訊,例如交易支付等方面,主要是用于對數據進行加密和解密的操作[6-7]。

HTTPS可以認為是 HTTP+TLS,TLS是傳輸層加密協議,它的前身是SSL協議。HTTPS實際上應用了安全套接層(SSL)作為HTTP應用層的子層(圖2)。總體來說,HTTPS協議的主要功能如下。

(1) 內容加密:HTTPS使用端口443建立一個信息安全通道,而非如HTTP那樣使用端口80來和TCP/IP進行通信;確保瀏覽器到服務器傳輸的內容通過SSL進行加密,SSL使用40 位關鍵字作為RC4流加密算法,鏈路傳輸中無法直接查看到原始的明文內容。這是HTTPS與HTTP最大的不同。

(2) 身份認證:HTTPS和SSL支持使用X.509數字認證,確保用戶訪問的是正確的網站;凡是使用了https的網站,都可以通過點擊瀏覽器地址欄的鎖頭標志來查看網站認證之后的真實信息,也可以通過CA機構頒發的安全簽章來查詢。

(3) 數據完整性:HTTPS傳輸的內容都是用加密算法進行加密后的數據,若在傳輸過程中有部分內容丟失,或部分被替換等情況發生,將無法再通過密鑰進行解密還原,這就保證了傳輸內容的完整性和可靠性。

圖2HTTPS層次及功能圖
Fig.2 HTTPS hierarchy and function diagram

2.2 HTTPS算法實現

HTTPS的加密算法一般分為兩種:對稱加密和非對稱加密。

所謂對稱加密,又名密鑰加密,指加密和解密使用的是相同的密鑰。雖然對稱內容加密強度較高,難以破解,但存在無法安全的生成和保管密鑰的問題。

非對稱加密,又名公鑰加密,指加密和解密使用的密鑰不相同,可以較好地解決對稱密鑰無法安全的生成和保管的問題。瀏覽器和服務器每次新建會話時都使用非對稱密鑰交換算法協商出對稱密鑰,使用這些對稱密鑰完成應用數據的加解密和驗證,整個會話過程中的密鑰只在內存中生成和保存,而且在排除會話復用的情形下每個會話的對稱密鑰都不相同,中間者無法竊取。非對稱密鑰交換較為安全,但同時也嚴重影響了HTTPS性能和速度。

密鑰交換算法較為復雜,其交換過程涉及到隨機數生成、模指數運算、空白補齊、加密、簽名等操作。非對稱密鑰交換算法是整個HTTPS得以安全的基石,常見的密鑰交換算法有RSA,ECDHE,DH,DHE等算法,在本文“保證金管理系統”中運用的就是基于RSA算法的非對稱性密鑰來實現HTTPS安全傳輸。

3 系統實現

3.1 總體設計

保證金系統采用功能模塊結構化、面向對象設計相結合的方法,圍繞總體設計要求,確定功能范圍,將保證金系統劃分為多個子系統與多個功能模塊。在需求分析、產品設計與編碼實現過程中,按照MVC設計思想,做到數據結構模型、業務處理邏輯、用戶交互界面三個層次的分離,以及內部接口與外部接口的協調統一,確保系統各子模塊的可擴展性和可復用性。系統體系結構如圖3所示。

(1) 基礎平臺層:系統運行的必要基礎層,包括系統硬件、軟件平臺。

(2) 數據資源層:系統中所包含的項目數據庫、業務數據庫和數據庫的接口等都在本層。

(3) 業務支撐層:該層是承上啟下的中間層,主要有業務服務、安全服務、消息服務、附件服務等接口。

(4) 應用系統層:本層展示了保證金業務管理系統的業務應用系統的功能。

(5) 用戶層:各級用戶使用的軟件界面。

本系統除了以上五個層面的設計以外,還將標準規范體系、信息安全體系作為本系統建設、運行的必要保障。

3.2 系統的MVC架構

功能模塊根據業務處理流程進行劃分,盡量靈活,能夠適應各種情況,以操作簡單、實用為原則。注重系統靈活性,能夠參數化的地方盡量參數化,使得算法、權限分配、功能調整都能比較靈活,系統分為八大模塊,具體如圖4所示。

系統采用了MVC模式設計的框架開發,便于系統的快速更新和升級,并且具備了以下特點:

(1) 支持高級數據模型、視圖模型、關聯模型;

(2) 系統支持多數據庫連接和動態切換機制,支持分布式數據庫;

圖4 保證金系統模塊劃分圖Fig.4 Margin system block diagram

圖5 保證金核定及繳存應用系統流程圖Fig.5 Margin approval and deposit application system flow chart

(3) 支持分組模塊:不用擔心大項目的分工協調和部署問題,分組模塊解決跨項目數據融合的難題;

(4) 簡潔輕巧的ORM(對象關系映射)實現,最大限度提高開發效率;

(5) 獨創的核心編譯和項目的動態編譯機制,有效減少OOP開發中文件加載的性能開銷;

(6) 自動完成表單數據的驗證和過濾,生成安全的數據對象。

3.3 系統的HTTPS協議應用

保證金系統管理的數據對象是全省的礦山環境治理恢復保證金,數額巨大,業務流程涉及多個部門,且目標用戶分布在省市縣多個層級,因此系統采用B/S架構,依托國土資源主管部門門戶網站,面向省、市、縣三級國土資源主管部門及礦山企業應用,基于CA數字證書進行身份認證,使用HTTPS 通過統一登錄服務器進入各應用系統(圖5),確保了應用的安全。

4 結論

本文介紹的基于MVC架構和HTTPS技術應用的保證金管理系統,大大提高了系統設計的科學合理性、安全穩定性。該系統依托現有網絡系統架構和MVC的開發設計模式,實現了對保證金核算、繳存、支取、返還等過程中相關文檔的信息化建設,實現了礦山地質環境治理恢復保證金的繳存和使用的規范化、精細化管理,暢通了國土資源行政管理部門與礦山企業保證金信息交流渠道,使保證金管理更加科學化、高效化和簡單化。

[1] 王素萍.推進我國礦山地質環境恢復治理保證金制度實施的若干思考[J].國土資源科技管理,2009,26(5):118-121.

[2] 中國國土資源經濟研究院.全國礦山地質環境治理恢復保證金制度建設進展報告[R].北京:中國國土資源經濟研究院,2015.

[3] 劉克.MVC架構及其在Web應用開發中的應用[J].計算機應用與軟件,2006,23(7):57-59.

[4] 任中文,張華,閆明松,等.MVC模式研究的綜述[ J].計算機應用,2004,24(10):1-4.

[5] 劉亮,霍劍青,郭玉剛,袁泉,王曉蒲.基于MVC的通用型模式的設計與實現[J].計算機應用與軟件,2010,40(6):635-636.

[6] 胡麟.基于證書的單點登錄系統設計與實現[D].西安:西安電子科技大學,2009.

[7] 劉贊云.基于三層結構的藥品銷售管理系統的設計與實現[D].石家莊:河北科技大學,2014.

(責任編輯：費雯麗)

Application of HTTPS Encryption Technology in Mine GeologicalEnvironment Governance Recovery Margin Management SystemConstruction Based on MVC Architecture

ZHANG Lei,LI Yingying,CHANG Yi

(AnhuiGeologicalMappingTechnologyInstitute,Hefei,Anhui230001)

With the popularization of e-government system in land and resources department,it is imminent to construct the mine geological environment governance recovery margin management system based on B/S architecture.To meet the requirements for ease of deployment and operation and maintenance,the system uses MVC-based software design system to improve development efficiency while reducing the system upgrade optimization and operation and maintenance costs.System management data object is the province's mine geological environment governance recovery margin,the amount is huge and the business process is complicated,and target users are distributed in provinces,cities and counties,so the use of HTTPS Hypertext Secure Transport Protocol to solve the system and data security issues.

mine geological environment governance recovery margin; business management system; HTTPS encryption technology; MVC architecture

X14; X3

A

1671-1211(2017)05-0614-05

2017-07-12;改回日期2017-09-04

安徽省國土資源科技項目(2014-K-11)。

張磊(1980-),男,高級工程師,博士,地球化學專業,從事國土資源信息化研究。E-mail:zhanglei@vip.gyig.ac.cn

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.016.html數字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.023