OFD 版式文件電子簽章系統設計

馬英輝 王婭云 孫軍芳 王鈺琳

（國網青海省電力公司信息通信公司，青海西寧 810000）

0 引言

電子簽章在眾多企業事務的辦公與處理中起著十分重要的作用，是保障企業內部管理系統穩定運行的基礎設施。電子簽章系統是在自動化辦公中廣泛應用的軟件產品，需要我們在保證電子文檔有效性的同時，對系統的處理效率及穩定運行進行深入研究[1]。為此，研究并設計了OFD 版式文件電子簽章系統。通過設計系統主控芯片和調試電路等硬件部分，保證系統基本功能的實現，結合系統簽章管理、OFD 文檔解析、水印嵌入及簽章驗證等模塊，實現電子簽章系統的設計，以期解決常規電子簽章系統處理速度慢、運行效率低的問題。

1 系統體系結構設計

電子簽章系統的總體架構主要包括用戶端、簽章運行服務器和數據證書3 個部分。用戶端在系統中的存在形式為ActiveX 組件，為系統與客戶端提供較為豐富的開發接口；簽章運行服務器能夠支持簽章生成、簽章管理以及簽章日志搜索等基本功能；數字證書為CA 模式，負責簽章證書的申請、校驗、查詢與注銷[2]。電子簽章系統的體系結構如圖1 所示。

圖1 電子簽章系統的體系結構

2 系統硬件設計

2.1 系統主控芯片

綜合考慮系統需求與成本，經過比選，最終決定采用增強型STM32F103RCT6 芯片作為系統的主控芯片，控制整個電子簽章系統的基礎運行與功能實現。此芯片采用的是ARM32 位的內核架構，LQFP64 封裝，工作頻率高達72MHz。該芯片有256KB 的FLASH 和48KB 的RAM，以及20KB 的內置SRAM。該芯片正常工作時的最大電流約為150mA，且包含多個標準的I/O 端口，故可以對系統總線進行外設連接[3]。同時包括3 個通信接口、5 個SPI 接口以及2 個CAN 接口，如DWM1000 模塊以及OLED 顯示模塊和主控單元之間的通信。除此之外，該芯片還附帶2個可以進行代碼調試和信息傳輸的多功能串口。

2.2 調試電路設計

為保證系統的穩定運行，需要對轉換電路和主控單元進行調節，在系統原有硬件的基礎上，進一步擴大系統應用的動態范圍，提高系統安全性。根據要求，將系統的調試電路利用插件中內置的插針作為硬件的輸入接口，參照硬件設計原理及系統的整體布局，為易于實現系統的基本功能，將含有7 個輸入端的連接器作為調試電路的核心控制器。

3 系統軟件設計

從系統的整體功能而言，設計的系統主要由印章制作、簽章管理與簽章應用等模塊組成。印章制作主要用來生成不同類別的印章，其中包含方形、圓形等；簽章管理對系統中已經存在的簽章信息進行定期更新與審核；簽章應用是系統的最后一個環節，主要針對OFD 文檔，對于審核通過的簽章信息，向其發送相應的數字證書，并將此證書與簽章信息存儲到用戶端的管理模塊中，同時，還可為用戶提供數字證書等相關服務，并記錄簽章的歷史使用情況[4]。系統中的應用模塊主要依托于Word，實現對OFD 版式文檔及其他格式文檔的驗證功能。通過分析，對含有版式文檔OFD 的電子簽章系統軟件進行劃分，即簽章生成與管理模塊、OFD 文檔解析模塊、水印嵌入模塊和簽章驗證模塊。

3.1 簽章生成與管理模塊

該模塊主要負責簽章的制作與后期管理。在此模塊中，共包含了方形印章、圓形印章及其他多種類型的印章，并對所有印章進行統一管理，管理內容包括數字證書的選擇、印章刻制日期、刻制記錄、刻制類型及簽章柜等信息。在刻制印章前，需要先確定印章類型與印章證書。證書主要來自系統后臺的證書數據庫，其中包括證書的頒發機構、有效時間、序列號以及私鑰說明等。

3.2 OFD 文檔解析模塊

由于OFD 文檔的特性，解析需要采用ZIP 解壓技術和基于DOM4J 的XML 解析技術來完成。文檔解析流程圖，如圖2 所示。

圖2 OFD文檔解析流程圖

從OFD 文檔解析流程圖2 可知，OFD 文檔的解析首選使用ZIP 技術對文檔數據進行解壓縮，如果解壓失敗，證明OFD 文檔被損壞，則解析流程結束。如果解壓成功，需要在解壓的文件中找到OFD、xml 文件，解析OFD、xml 文件中的頁面數據配置路徑、資源文件配置路徑、簽名文件路徑[5-7]。獲取頁面數據、資源文件以及簽名文件，完成OFD 文檔解析。

3.3 簽章水印嵌入

在嵌入水印前，需要先生成水印，生成方法如下：將用戶的簽名信息利用二進制編碼的形式進行保存；將此編碼發送至電子公文的接收端，獲得摘要；對摘要進行數字簽名，得到簽名數據，即為將要嵌入簽章的水印。

假設簽章圖像的原始尺寸為N×N，根據編碼形式將圖像進行分割，得到x×y個相互獨立的子塊。對每個子塊分別進行離散余弦變換處理，公式為

式中，F(u,v)表示版式圖像經過離散變換后的高頻特征，也稱為交流因子；f(0,0)表示變換后的低頻特征，也稱為直流因子；f(x,y)表示分割后的簽章圖像。

經過離散余弦變換后的印章圖像包含的主要有效信息均會被集中到直流因子中，次要的信息被集中到交流因子中。可通過修改交流因子，將水印的每一位都嵌入印章圖像的子塊中，降低圖像的清晰度，達到嵌入水印的目的。

3.4 簽章驗證模塊

在系統中插入Active X 控件，根據簽章方案對簽章進行驗證。該空間具有兩種模式，即激活模式和非激活模式。打開電子文檔時，處于激活模式的印章控件會對文檔中的所有印章進行全局遍歷，得到印章分量；處于非激活模式的控件根據分量值提取出水印信息，利用簽章檢驗代碼，驗證簽章的真實性。

4 系統測試分析

4.1 測試準備

根據測試要求及系統的功能，采用本地、聯機的方式對系統進行性能測試。具體測試準備如下：系統總運行服務器為Dell Server PER720，內存24GB，外接硬盤48GB，滿足系統運行需要；操作系統為主流嵌入式系統RTOS，能夠支持多種類型的數據庫與服務器；Web 服務器為Apache Tomcat 6.0；印章控件為WebOffce.exe、loadweboffice.js，且在運行前均處于非激活模式；其他設備包括Auto USB KEY、OpenSSL 0.9.8e、VS2010、Eclipse。

4.2 測試說明

對系統的測試采用單一規則測試方案，具體如表1 所示。

表1 測試方案說明

系統在理論上實現了OFD 文檔版式的簽章功能，為確保OFD 文件的真實性與完整性，在系統測試中，采用OCSP 的實時在線驗證功能，當系統接收到并發請求后，進入蓋章環節，同時發送操作日志到簽章服務器，完成整個簽章與驗章流程。

4.3 測試結果

為直觀地體現設計的簽章系統的整體優勢，同時采用基于PKI 的電子簽章系統（系統1）、基于環簽名的電子簽章系統（系統2）與設計的系統做對比測試，統計3 種系統在表1 測試方案不同測試方式下的吞吐量，比較不同電子簽章系統的處理速度。對比結果如圖3 所示。

圖3 不同系統吞吐量對比結果

從圖3 可以看出，在簽章文件大小方面，設計的系統吞吐量均遠大于其他兩種系統，可見設計的系統處理速度較快。系統1 與系統2 的核心技術主要面對單用戶簽章，在印章管理和計算量上存在較大問題，故處理速度相對較慢。因此，通過比較分析可知，設計的系統可以快速處理簽章文件，能夠穩定高效地運行。

5 結語

本研究針對傳統電子簽章系統的缺陷及ODF 版式文件，設計了一種電子簽章系統，并通過系統調試實現了基本功能，相較于傳統系統，其處理效率有了極大的提高。然而該系統還存在諸多不足，在未來的發展中，可通過改進水印嵌入及數字簽名算法的方式，進一步提高系統的穩定性能。