不要碰我的日志，如何使用 Xml-DSig 保护您的 XML 数据

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引言

最近，我们的一位客户要求我们保护一个日志文件，防止其被篡改。要求是维护一个日志文件，记录用户在系统中执行的主要活动。由于种种原因，不允许使用数据库，所以我们必须使用纯文件来创建这个日志。其中一些字段需要加密，并且需要一个检查机制来确保数据没有被更改。

好了，我们构建了应用程序，并将日志文件映射到一个 XML DataSet。我们为日志文件定义了一个 XML Schema 文件 (XSD)。这使得我们可以使用类型化的 DataSet，并且程序运行起来就像数据库存在一样。.NET 类型化的 DataSet 与 XML 和 XSD 结合使用是一个不错的选择。例如，有了它们，我们就可以使用我们的 Grid 组件了。

数据完整性

本文介绍了我们如何解决日志文件的防篡改问题。我们有 XML 数据、一个 XSD 和 Visual Studio 从 XSD 生成的 C# 类。这些类允许我们读/写日志文件。为了进行完整性检查，我们决定使用数字签名。数字签名的标准由 W3C 和 IETF 定义，您可以在 此 链接中阅读有关此标准的所有信息。

用于 Xml-DSig 的类

XmlSigner 是一个实现了两个方法的类。

public static void SignXml (string fileName);
 
public static bool CheckSignXml (string fileName)

这两个方法都接收一个 fileName。SignXml 在文件底部添加一个数字签名块，这个块元素称为 Signature。CheckSignXml 会检查指定的文件，如果签名正确则返回 true。您可以下载完整的实现并根据您的需要进行调整。

密钥管理

我们使用 public-private 密钥对进行签名生成。在此类中，签名存储在机器存储中。这是由 private 内部方法 GenCsp 完成的。方法的代码如下所示：

private static  RSACryptoServiceProvider GenCsp()
  {
   CspParameters cp = new CspParameters();
   cp.KeyContainerName = keyStorage;
   cp.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;
   cp.KeyNumber = 2;
   return new RSACryptoServiceProvider(cp);
  }

keyStorage 是一个私有的字符串变量，它定义了密钥存储的名称，可以通过一个名为 KeyStorage 的 static 属性访问。此代码假定检查将在同一台机器上反复进行。如果您想使用其他存储，您可以导出 public 密钥并使用它进行签名，然后使用 private 密钥进行检查，也许在将来的修改中我会向您展示如何做到这一点。

用法

我们以这种方式将 XmlSigner 类与我们的类型化数据集一起使用：

MyTypedDataSet myDataset;
 
void SaveData()
{
  myDataset.WriteXml(logFileName);
  XmlSigner.SignXml(logFileName);
}
 

void LoadData()
{
   if (XmlSigner.CheckSignXml(logFileName))
      throw new Exception("Bad Digital Signature, 
                               file was tampered");
   myDataset.ReadXml(logFileName);
}

问题

此类存在以下问题：

1. 使用磁盘上的文件，因此有人可以在签名之前获取文件（在一个非常偏执的场景中，可以使用 System.IO.FileSystemWatcher 来完成）。
2. 密钥存储在机器存储中，假设您想通过 LAN 访问文件，您需要一个外部密钥，也许在一个智能卡或证书中。

扩展

我将扩展此类以对 XmlDocuments 和 DataSets 进行签名。

加密 XML 元素

这篇 文章 是一个很好的起点；事实上，这篇文章启发并引导我进行了 C# 加密。使用该文章中描述的 EncDec 类，您可以对元素进行加密。请记住，我们正在对类型化数据集进行签名。在这种情况下，类型化 DataRow 是从原始 XSD 生成的，所以一个替代方案是修改类型化 DataRow 字段的 get 和 set。当然，如果修改了 XSD，您可能会丢失代码。这里的代码展示了我如何通过更改我想要加密的字段的 get 和 set 来解决问题。

public string Id {
    get {
        try {
            return EncDec.Decrypt(
                ((string)(this[this.tableMyTable.IdColumn]), 
                                               "my password");
        }
        catch (InvalidCastException e) {
            throw new StrongTypingException("Cannot get " + 
                            "value because it is DBNull.", e);
        }
    }
    set {
        this[this.tableVerificacion.IdColumn] = 
          EncDec.Encrypt(((string)(this[this.tableMyTable.IdColumn]), 
                                                       "my password");
    }
}

如果您通过 XmlSerialization 生成数据，可以使用相同的方法。如果您使用 DOM，会更困难，但可行。

其他加密工具

您可以在 此处 找到 XML 安全 API，支持 C++ 和 Java。我很快就会为 C# 编写一个包装器，敬请期待……。

结论

添加到数据中的 Signature 元素不会干扰其内容，并且类型化数据集的所有机制都能正常工作。当敏感数据存储在文件中，并且您不希望这些数据被更改时，最佳选择是使用数字签名。在本文中，我们使用了 XML 数字签名，因为我们需要使用 XML DataSet，在这种情况下，这是最佳选择。

源代码

如果您不想下载代码，请阅读并分析它，我会在 我的博客 上保留一个可打印的版本。

历史

• 2005 年 8 月 3 日

  我们添加了一些关于元素加密的技巧。我们还确定了当前实现的潜在问题。

• 2005 年 8 月 6 日

  添加了对“欢迎来到 XML 安全”的引用。