章红琴1,张文盛2
(1.安徽继远软件有限责任公司,安徽 合肥 230088;2.安徽广播电视大学,安徽 合肥 230022) 摘要：针对传统URL保护算法存在暴露实现细节的问题，提出一种采用MD5和AES保护URL的改进算法。首先将原始URL和密钥key1按规定顺序装配，计算MD5检验和，并将检验和嵌入原始URL得到防篡改URL；其次使用密钥key2对防篡改URL执行AES加密得到加密URL；最后对加密URL进行编码，得到受保护URL。解析过程逆向操作，期间验证检验和，丢弃无效请求。在PHP中测试两种保护算法的性能，结果表明改进算法与传统算法相比，生成速度变为原来的2倍，解析速度变为原来的0.8倍。而相比传统算法，改进算法具有保密性特点，能够提高Web应用的安全性。
0引言
URL是Web应用的重要组成部分，不重视URL的保护会造成不良后果。一些Web应用将用户名和密码等敏感信息嵌入URL实现特定功能，而浏览器都有记录访问历史功能，将用户访问的敏感URL记录下来，一旦黑客有机会扫描和分析该记录,就会造成信息泄露［1］。此外在大量的Web应用中，数据库使用自增id作为记录的键值，并在URL的请求参数直接嵌入该键值，生成类似于show.php?id=9的URL，恶意用户据此可推测出数据库实现方式，伪造其他请求参数，例如id=10对数据库进行语义攻击，访问到应该受限的资源［2］。URL保护是对URL进行适当的处理，杜绝此类不良后果，提高Web安全性。
URL保护内容包括结构、编码和算法等多方面，重点是保护算法。在设计URL保护算法时，需要考虑多个因素，包括保护强度、解析效率和编程接口复杂度等。URL保护算法越复杂，保护强度也就越高，而每次访问都需要进行URL解析，相应的开销也就越大，特别对于访问量较大的应用，更是需要慎重设计，要在几个因素之间找到一个平衡点。本文遵从该设计原则，提出一种URL保护算法，在尽量降低解析开销的同时，实现URL的保密性和抗篡改特性。
1相关研究
目前URL保护算法研究主要采用MD5算法［35］。MD5是一种散列算法，能够将任意长的字符串计算成为一个128 bit的值，具有很强的抗碰撞攻击能力［6］。这类URL保护算法的处理过程是：首先将原始URL字符串s1和一个密钥字符串key拼接形成字符串s2；其次计算s2的MD5检验和；最后将检验和嵌入s1成为字符串s3，s3是供用户访问的最终URL。用户访问最终URL时，系统完成验证检验和的工作。其工作原理如图1和图2所示。
传统URL保护算法的核心是密钥key，由于MD5是不可逆算法，想要反推出密钥key，是极其困难的。没有图2传统URL保护算法解析URL过程
密钥key, 想要计算出含攻击意图的s1且能够通过验证，即碰撞攻击，也是极其困难的。因此MD5能够有效保护URL不被篡改，保证用户访问的URL都是合法的。但是这些研究未考虑明文请求参数的信息泄漏问题，还需要完善。本文提出一种URL保护算法，既能防篡改，又能保密，可以大幅提升Web应用安全。
2改进URL保护算法
改进URL保护算法采用MD5和AES共同保护URL。AES是一种对称加密算法，属于分组密码，具有很强的抗分析能力［78］。规定双引号为字符串定界符，双引号之间的字符为字符串内容，“+”为字符串拼接运算符，则改进算法的具体执行过程是：
（1）将请求参数s1和密钥key1按规定顺序装配成字符串s2=key1+s1；
（2）计算s2的MD5检验和v=md5(s2)；
（3）将检验和v嵌入s1成为新请求字符串s3="v="+v+"&"+s1；
（4）对s3使用密钥key2执行AES加密得到字符串s4=aes(s3,key2)；
（5）对s4使用改进base64编码成为字符串s5=base64_encode_ex(s4)，得到最终URL。
（6）解析过程逆向操作，期间验证检验和，丢弃无效请求。
其工作原理如图3、图4所示。
本算法的改进之处在于，在MD5实现防篡改特性基础之上，使用AES加密算法加强信息泄露保护，从而实现保密特性。在算法设计上，做如下几点说明：
（1）虽然AES已经可以很好地保护URL，但是为了强化保护能力，继续保留key1用于MD5计算；
（2）使用AES解密伪造的URL时，可能不会出错，但会得到乱码字符串，对后续步骤的执行造成干扰，为了更好地检测这种攻击，在将检验和嵌入s3时，特意增加"v="标识，便于验证和丢弃无效的请求；
（3）AES加密生成的是二进制字符串，需要用base64编码成为可以传输的字符串。但是base64编码中存在+/字符，不是URL兼容的，本算法采用改进base64 算法，将+/替换为_*。
（4）为了支持AJAX，允许在保护URL后面拼接其他请求参数，但是不允许覆盖保护URL中的参数。
3算法实现
下面给出改进算法的PHP实现。改进算法需要多个参数，将其封装成配置参数对象，结构如下：
$cfg = new stdClass;
$cfg->key1 = 123456;//md5密钥
$cfg->aes= aes128;//aes加密标准
$cfg->key2 = 111111;//aes密钥
$cfg->iv = kl3j42;l4j2;lkj4;
//aes iv值，初始向量
3.1生成算法
//$s1为请求参数串，$cfg为配置参数对象
function createLink($s1, $cfg)
{
$v = md5($cfg->key1 . $s1);//生成检验和
$s2 = v= . $v .& . $s1;
$s3 = openssl_encrypt($s2, $cfg->aes, $cfg->key2, true, $cfg->iv);//加密
$s4=strtr(base64_encode($s3), +/,_*);;
//使用改进base64编码处理
return $s4;
}
3.2解析算法
//$s5为安全URL串,$cfg为配置参数对象
function parseLink($s5, $cfg)
{
$s4 = base64_dencode(strtr($s5,_*,+/));//解码
if($s4 === false) return false;//解码失败
$s3 = openssl_decrypt($s4, $cfg->aes, $cfg->key2, true, $cfg->iv);
if($s3 === false) return false;//解密失败
$i = strpos($s3,&);
if($i === false) return false;//未找到&
$v=substr($s3, 0, $i);
//$i是长度,解析嵌入的检验和
if($i <> 34 || substr($v, 0, 2) <>v=) return false;//长度或标识不符
$v = substr($v, 2);//取检验和
$s1 = substr($s3, $i + 1);//解析s1
$s2 = $cfg->key1 . $s1;
$v2 = md5($s2);//计算检验和
if($v <> $v2) return false;//比较检验和
return $s1;
}
4性能测试
分别测试传统算法和改进算法的性能开销。测试环境硬件为Intel(R) Core(TM)2 Quad CPU Q9400 @ 2.66GHz CPU,软件为Windows 2003(x86_32,企业版) + PHP 5.3.13(nts,x86_32)。采用两组s1输入，每次测试3次，取平均值，测试结果如表1所示。
从表1可以看出，改进算法生成时间比传统算法生成时间增加(a2-a1)/a1=2倍左右，改成算法解析时间比传统算法解析时间增加(a4-a2)/a2=0.8倍左右。此外解析时间比生成时间都要长，传统算法解析时间是传统算
法生成时间的(a2-a1)/a1=1.8倍左右,改进算法解析 时间是改进算法生成时间的(a4-a3)/a3=0.7倍左右。还可以分析出当字符串长度从10增加到100时，相应的处理时间增加不到10%，说明字符串长度增加对算法性能的影响不是很大。
5结论
保护URL能提高Web应用的安全性，传统URL保护算法存在信息泄漏问题，为此本文设计了一种改进URL保护算法，既能防篡改，又能防止信息泄漏，能够全面保护URL。在给出实现代码的同时，测试了两种算法的性能，结果表明改进算法性能并没有大幅下降，可以满足大多数Web应用的需求。
参考文献
［1］ 朱小龙,孙国梓.浏览器历史痕迹提取技术［J］.信息网络安全,2013(1):19-21.
［2］ 熊婧.SQL注入检测技术研究［D］.武汉：华中科技大学,2009.
［3］ 杜恩宽.URL攻击防范和细粒度权限管理的安全链接方法［J］.计算机应用,2009, 29(8):2230-2232.
［4］ 刘国卿.基于MD5 的URL 防篡改算法设计［J］.科技信息,2011(3):504505,536.
［5］ 张杰,李华伟,周立军.一种采用MD5加密算法防止URL攻击的方法［J］.现代计算机, 2014(4):52-54.
［6］ 毛熠,陈娜.MD5算法的研究与改进［J］.计算机工程,2012,38(24):111-114,118.
［7］ 赵雪梅.AES加密算法的实现及应用［J］.常熟理工学院学报,2010,24(2):105-110.
［8］ 杨斐,彭鹏.基于AES的可重构加密系统的FPGA设计［J］.微型机与应用,2014,33(24):2-4.