ArticlePDF Available

Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs

Authors:

Abstract

Si tota la formació es fa a distància, per què els exàmens en aquest tipus d'ensenyament no ho són? Probablement hi hauran diverses visions a l'hora de respondre aquesta pregunta. En tot cas, per poc que pensem en la realització d'exàmens a distància ens sorgeixen un seguit de qüestions per resoldre: com podem assegurar l'autenticitat i integritat de les dades? Com podem estar segurs que la persona que fa l'examen és qui diu ser? En aquest projecte de final de carrera s'ha dissenyat, implementat i provat un sistema que, mitjançant criptografia de clau pública, garanteix la correcció en totes les fases d'un procés d'examen electrònic. Entenem que aquest és un pas previ a la realització d'exàmens a distància. Si toda la formación se realiza a distancia, ¿por qué los exámenes en este tipo de enseñanza no lo son? Probablemente existirán varias visiones en el momento de responder a esta pregunta. En cualquier caso, por poco que pensemos en la realización de exámenes a distancia nos surgen toda una serie de preguntas por resolver: ¿cómo podemos asegurar la autenticidad e integridad de los datos?, ¿cómo podemos estar seguros de que la persona que realiza el examen es quien dice ser? En este proyecto de final de carrera se ha diseñado, implementado y probado un sistema que, mediante la criptografía de clave pública, garantiza la corrección en todas las fases de un proceso de examen electrónico. Entendemos que éste es un paso previo a la realización de exámenes a distancia. If all of the training is distance, why are exams in this type of learning not? There will probably be diverse views when it comes to answering this question. In any case, however little we may think of offering distance exams, a number of questions arise that need to be solved: how can we ensure the authenticity and integrity of the data? How can we be sure that the person taking the exam is who they say they are? In this Final Degree Project project, a system has been designed, implemented and tested that, using public code cryptography, guarantees honesty in every phase of an e-exam process. We believe that this is an initial step prior to offering distance exams.
Projecte Fi de Carrera:
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs
Aleix Dorca Josa
Enginyeria en Informàtica
Jordi Castellà Roca
Consultor
Data de Lliurament
10 de Gener de 2005
Agraïments i Dedicatòria
El projecte final de carrera és una fita a la que no s’hi arriba tot sol. En el camí fins
arribar aquí hi han hagut moltes persones que han influït en el resultat final, és per això
que seria una descortesia si no les anomenés aquí.
Primer que ningú, la persona a qui més li dono les gràcies és la Nina, qui sempre, des
d’abans que comencés el segon cicle fins avui, ha estat al meu costat, animant-me i
amb la paciència suficient per a superar els moments més difícils.
Agraeixo moltíssim a la meva família, Aleix Dorca Bis, Maria Assumpta Josa Mas,
Maria Assumpta Dorca Josa i Albert Dorca Josa que són per sobre tot els meus millors
amics i les persones sense les quals avui no estaria presentant aquest projecte.
Moltes gràcies a en Jordi Castellà Roca, consultor del Projecte, qui ha estat sempre
disposat a resoldre dubtes i a explicar i tornar a explicar tot el que no estava massa
clar. L’estructura i la metodologia proposada durant el desenvolupament del Projecte
ha estat una de les coses de les que més he après, i que han fet que aquest Projecte
comencés com un treball interessant i acabés com una experiència apassionant.
Tot i no tenir res a veure amb el Projecte, molta gent del meu voltant d’alguna manera
o altra a ajudat a fer la convivència més afable i és per això que també els hi dono les
gràcies. Carlos Lozano, Miguel Espinosa, Jordi Gorgues, Antoni Mestre, Marc Martins,
Jaume Ribolleda, Eugeni Serrano, Oriol Garcia, Arjen Anthony Lucassen i Neal Morse.
Moltes gràcies a la Universitat d’Andorra i a la Universitat Oberta de Catalunya per la
oportunitat i per l’ajuda prestada.
Dedico aquest projecte als meus pares, Alejo i Marisun.
Durant la vida acadèmica de qualsevol estudiant cal passar per l’etapa dels exàmens.
Aquesta tasca tan comuna en universitats presencials planteja un dilema en la
formació a distància, essent la Universitat Oberta de Catalunya un exemple perfecte.
Si tota la formació es fa a distància, perquè els exàmens en aquest tipus
d’ensenyaments no ho són? Probablement hi hauran diverses visions alhora de
respondre aquesta pregunta. En qualsevol cas, per poc que pensem en la realització
d’exàmens a distància ens sorgeixen un seguit de qüestions a resoldre: com podem
assegurar l’autenticitat i integritat de les dades? com podem estar segurs que la
persona que fa l’examen és qui diu ser?
En aquest projecte de final de carrera s’ha dissenyat, implementat i provat un sistema
que mitjançant criptografia de clau pública, garanteix la correcció en totes les fases
d’un procés d’examen electrònic. Entenem que aquest és un pas previ a la realització
d’exàmens a distància.
En un procés d’examen electrònic cal garantir com a mínim les propietats següents:
l’autenticitat de les dades, la privacitat de les respostes, una correcció legal (el
professor no ha de saber qui és l’autor de la resposta), el secret de les respostes
durant l’examen, la garantia de lliurament (l’estudiant ha de disposar d’un rebut com a
prova que ha realitzat l’examen), i finalment la impossibilitat de còpia.
Garantir aquestes propietats utilitzant un sistema informàtic no és una tasca trivial, i a
més a més dels elements de seguretat a nivell de xarxa de comunicacions, fa falta la
utilització de mesures concretes a nivell d’aplicació. Per aquest motiu s’ha dissenyat
un protocol criptogràfic per cada fase de l’examen. El conjunt d’aquests protocols
forma l’esquema criptogràfic que ha estat implementat en aquest sistema per a
exàmens electrònics segurs.
El sistema presentat permetria que actualment es conduïssin exàmens electrònics en
entorns controlats. El fet que els exàmens estiguin en format digital facilita molt la
gestió de les proves. L’estudiant no cal que digui a quina seu realitzarà l’examen,
senzillament el dia de l’examen va a una de les seus i respon l’examen. Alhora de
corregir els exàmens s’evita la necessitat de passar les respostes dels exàmens en
paper a format digital perquè aquestes ja estan en format digital. El consultor obté les
respostes i pot corregir-les evitant errors deguts a la possible mala cal·ligrafia de
l’estudiant. En el cas exàmens de tipus test la correcció podria ser automàtica.
Podem pensar en la realització d’exàmens en entorns remots no controlats, per
exemple des de casa de l’estudiant, com el següent pas lògic. Malauradament, hi ha
problemes que difícilment es poden resoldre amb la criptografia. Un exemple seria
evitar la còpia. L’esquema ha estat implementat de manera que si en un futur aquests
problemes es resolen es pugui aprofitar l’actual implementació.
I
Índex
1. INTRODUCCIÓ.....................................................................................................................................1
1.1 JUSTIFICACIÓ DEL PROJECTE FINAL DE CARRERA...........................................................................2
1.2 CONTEXT EN EL QUAL ES DESENVOLUPA.......................................................................................... 3
1.3 OBJECTIUS DEL PROJECTE FINAL DE CARRERA............................................................................... 3
1.4 ENFOCAMENT I MÈTODE SEGUIT..................................................................................................... 5
1.5 PLANIFICACIÓ DEL PROJECTE.........................................................................................................7
1.6 ESQUEMA GENERAL DEL PROJECTE.................................................................................................9
1.7 PRODUCTES OBTINGUTS.................................................................................................................9
1.8 DESCRIPCIÓ DELS SEGÜENTS CAPÍTOLS DE LA MEMÒRIA................................................................11
2. PKI.........................................................................................................................................................13
2.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................14
2.2 PASSOS A SEGUIR PER GENERAR ELS ARXIUS NECESSARIS................................................................15
2.3 FITXERS DE COMANDES DE GENERACIÓ DE CERTIFICATS................................................................ 16
3. ESQUEMA CRIPTOGRÀFIC............................................................................................................19
3.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................20
3.2 CICLE DE VIDA DUN EXAMEN.......................................................................................................20
3.3 NOTACIÓ EMPRADA EN EL PROTOCOL............................................................................................ 21
3.4 ACTORS DEL SISTEMA...................................................................................................................21
3.5 REDACCIÓ DE LEXAMEN..............................................................................................................22
3.6 RESPOSTA A UN EXAMEN...............................................................................................................26
3.7 CORRECCIÓ DUN EXAMEN...........................................................................................................30
3.8 OBTENCIÓ DE LA NOTA DUN EXAMEN........................................................................................... 33
3.9 REVISIÓ DUN EXAMEN.................................................................................................................34
3.10 DIAGRAMA DE CLASSES DE LESQUEMA CRIPTOGRÀFIC.................................................................. 37
3.11 PROVES REALITZADES...................................................................................................................37
4. REPRESENTACIÓ DE LES DADES: XML.....................................................................................38
4.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................39
4.2 ESTRUCTURA DEL DOCUMENT XML. ............................................................................................. 40
4.3 DTD DEL DOCUMENT XML. .........................................................................................................41
4.4 FUNCIONAMENT DE LA REPRESENTACIÓ DE DADES MITJANÇANT XML. ...........................................42
4.5 DIAGRAMA DE CLASSES DE LA REPRESENTACIÓ DE DADES MITJANÇANT XML..................................43
4.6 PROVES REALITZADES...................................................................................................................44
5. COMUNICACIÓ DEL COMPONENTS...........................................................................................45
5.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................46
5.2 FUNCIONAMENT DE LA COMUNICACIÓ AMB RMI............................................................................ 47
5.3 IMPLANTACIÓ DE RMI AL SISTEMA................................................................................................47
5.4 DIAGRAMA DE CLASSES DE LA COMUNICACIÓ DELS COMPONENTS................................................... 48
5.5 PROVES REALITZADES...................................................................................................................48
5.6 EVOLUCIÓ DEL PROTOCOL...........................................................................................................49
6. BASE DE DADES. ...............................................................................................................................50
6.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................51
6.2 UTILITAT DE LA BASE DE DADES....................................................................................................51
6.3 MODEL DE LA BASE DE DADES.......................................................................................................52
6.4 DESCRIPCIÓ DE LES TAULES DE LA BASE DE DADES.. ...................................................................... 52
6.5 CLASSE RESPONSABLE DACCÉS A LA BASE DE DADES.....................................................................54
6.6 DIAGRAMA DE CLASSES DE LA PART DE LA BASE DE DADES.............................................................55
6.7 PARAMETRITZACIÓ DE LACCÉS A LA BASE DE DADES..................................................................... 55
7. PROTOCOL D’AUTENTICACIÓ.....................................................................................................56
7.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................57
7.2 FUNCIONAMENT DEL PROTOCOL................................................................................................... 57
II
7.3 IMPLANTACIÓ DEL PROTOCOL AL PROJECTE.................................................................................. 58
7.4 DOCUMENT XML PER LAUTENTICACIÓ........................................................................................59
8. INTERFÍCIE GRÀFICA.....................................................................................................................61
8.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................62
8.2 LLIBRERIA UTILITZADA: SWT ........................................................................................................ 62
8.3 APLICATIU DEL PROFESSOR .......................................................................................................... 63
8.4 APLICATIU DE LESTUDIANT..........................................................................................................65
8.5 GESTIÓ DERRORS........................................................................................................................67
9. JOC DE PROVES. ...............................................................................................................................68
9.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................69
9.2 GENERACIÓ DELS CERTIFICATS..................................................................................................... 69
9.3 PREPARACIÓ DE LA BASE DE DADES............................................................................................... 73
9.4 INSERCIÓ DELS USUARIS A LA BASE DE DADES................................................................................74
9.5 CONFIGURACIÓ PER A LEXECUCIÓ EN JAVA.................................................................................. 74
9.6 EXECUCIÓ DEL SERVIDOR RMI. .................................................................................................... 75
9.7 EXECUCIÓ DE LA INTERFÍCIE GRÀFICA DEL PROFESSOR................................................................. 76
9.8 EXECUCIÓ DE LA INTERFÍCIE GRÀFICA DE LESTUDIANT................................................................. 77
9.9 CREACIÓ DUN EXAMEN...............................................................................................................78
9.10 RESPOSTA A UN EXAMEN...............................................................................................................78
9.11 CORRECCIÓ DUN EXAMEN...........................................................................................................80
9.12 OBTENIR LA NOTA DUN EXAMEN.................................................................................................. 81
9.13 REVISIÓ DUN EXAMEN.................................................................................................................81
9.14 APAGAR EL SISTEMA.....................................................................................................................82
10. DIAGRAMES.....................................................................................................................................83
10.1 INTRODUCCIÓ ..............................................................................................................................84
10.2 DIAGRAMA DE CLASSES................................................................................................................84
10.3 DIAGRAMES DE SEQÜÈNCIA..........................................................................................................85
11. TREBALL FUTUR. ........................................................................................................................... 94
11.1 INTRODUCCIÓ..............................................................................................................................95
11.2 MILLORES A IMPLEMENTAR........................................................................................................... 95
12. CONCLUSIONS.................................................................................................................................97
BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................................101
ANNEXOS ..............................................................................................................................................104
ANNEX A: GLOSSARI DE TERMES............................................................................................................. 105
ANNEX B: FITXER DE CONFIGURACIÓ PER A PKI. ....................................................................................109
ANNEX C: LA CLASSE LOGMANAGER....................................................................................................... 113
ANNEX D: FITXER DE CONFIGURACIÓ DE LA BASE DE DADES....................................................................114
ANNEX E: CONTINGUT DELS ARXIUS ADJUNTS A LA MEMÒRIA................................................................... 116
ANNEX F: CODI DEL JOC DE PROVES DE LESQUEMA CRIPTOGRÀFIC........................................................117
ANNEX G: CODI DEL JOC DE PROVES DE LA REPRESENTACIÓ DE LES DADES EN XML. ............................... 119
ANNEX H: MISSATGES DERROR DELS APLICATIUS................................................................................... 121
III
Índex de figures.
IMATGE 1: DIAGRAMA DE LA PLANIFICACIÓ DEL PROJECTE.............................................................................. 8
IMATGE 2: ESQUEMA GENERAL DEL PROJECTE................................................................................................9
IMATGE 3: APLICATIU DEL PROFESSOR EXECUTAT EN UN MAC OSX............................................................... 10
IMATGE 4: APLICATIU DE LESTUDIANT EXECUTAT EN UN MAC OSX ..............................................................10
IMATGE 5: APLICATIU DEL PROFESSOR EN UN MAC OSX ............................................................................... 63
IMATGE 6: ZONA DE LIDENTIFICADOR DE LEXAMEN .................................................................................... 63
IMATGE 7: BOTÓ “CREAR EXAMEN............................................................................................................. 63
IMATGE 8: BOTÓ “OBTENIR RESPOSTA I BOTONS DE NAVEGACIÓ................................................................. 64
IMATGE 9: BOTÓ “FICAR NOTA I CAMP PER ENTRAR EL VALOR.....................................................................64
IMATGE 10: BOTÓ “VEURE REVISIONS I BOTONS DE NAVEGACIÓ..................................................................64
IMATGE 11: BOTÓ “SORTIR”........................................................................................................................ 64
IMATGE 12: CAMPS DE TEXT PER LENUNCIAT I LA RESPOSTA......................................................................... 64
IMATGE 13: APLICATIU DE LESTUDIANT EN UN MAC OSX............................................................................. 65
IMATGE 14: ZONA DE LIDENTIFICADOR DE LEXAMEN .................................................................................. 65
IMATGE 15: BOTÓ “OBTENIR ENUNCIAT.....................................................................................................66
IMATGE 16: BOTÓ “ENVIAR RESPOSTA........................................................................................................66
IMATGE 17: BOTÓ “OBTENIR NOTA............................................................................................................66
IMATGE 18: BOTÓ “OBTENIR REVISIÓ......................................................................................................... 66
IMATGE 19: BOTÓ “SORTIR........................................................................................................................66
IMATGE 20: CAMPS DE TEXT PER LENUNCIAT I LA RESPOSTA......................................................................... 67
IMATGE 21: PANTALLA DE BENVINGUDA........................................................................................................ 76
IMATGE 22: PANTALLA DAUTENTICACIÓ....................................................................................................... 77
IMATGE 23: APLICATIU DEL PROFESSOR........................................................................................................ 78
IMATGE 24: REDACCIÓ CORRECTA................................................................................................................78
IMATGE 25: APLICATIU DE LESTUDIANT....................................................................................................... 79
IMATGE 26: L’ESTUDIANT HA RESPOST LEXAMEN......................................................................................... 79
IMATGE 27: PROCÉS DE RESPOSTA CORRECTE............................................................................................... 80
IMATGE 28: APLICATIU DEL PROFESSOR AMB LA RESPOSTA A LEXAMEN.........................................................80
IMATGE 29: ASSIGNAR UNA NOTA A LEXAMEN..............................................................................................80
IMATGE 30: NOTA ASSIGNADA CORRECTAMENT............................................................................................. 81
IMATGE 31: NOTA OBTINGUDA EN LAPLICATIU DE LESTUDIANT................................................................... 81
IMATGE 32: MISSATGE CONFIRMANT LA PETICIÓ DE REVISIÓ.......................................................................... 82
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
1
1. Introducció
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
2
1.1 Justificació del Projecte Final de Carrera.
La societat actual exigeix una formació constant per estar al dia en el camp
professional, alhora que absorbeix molt temps. La formació a distància és una bona
solució perquè permet una formació de qualitat evitant la rigidesa de les classes
presencials, i la pèrdua de temps en els desplaçament. És a dir, l’estudiant aprofita al
màxim el seu temps disponible.
La proliferació de les tecnologies de la informació, i principalment Internet, han
incrementat notablement l’oferta de formació a distància, a la vegada que han permès
nous mètodes docents.
Fins ara, l’únic element de la formació a distància que encara es manté presencial són
els exàmens. Al final del semestre, quan típicament es fa l’avaluació, l’estudiant s’ha
de desplaçar a un centre on, juntament amb la resta d’estudiants, s’examinarà de
manera clàssica.
Una primera justificació d’aquest projecte sorgeix de la necessitat d’implantar
gradualment un sistema que permeti a un estudiant, sigui un estudiant d’una
Universitat presencial o no, el poder realitzar els seus exàmens des d’un emplaçament
remot assegurant en tot moment les característiques fonamentals que s’han de complir
en qualsevol examen. Tal com s’indica a [3], actualment impedir la còpia d’exàmens no
fa possible la realització d’exàmens remots, per aquest motiu el projecte només està
destinat a permetre els exàmens remots en entorns controlats.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
3
Una segona justificació és la simplificació de la gestió del procés d’examen en la
comunitat de la UOC. La utilització d’un sistema per realitzar exàmens electrònics
facilita en gran mesura els punts següents:
Els estudiants no han d’indicar a quina seu realitzaran l’examen per tal de fer-
los–hi arribar els exàmens. Els estudiants senzillament es desplacen a la seu
que els hi és més convenient en cada moment.
No cal escanejar les respostes dels estudiants per tal d’obtenir-les en format
digital i d’aquesta manera enviar-les als consultors. Les respostes ja estan en
format digital.
Els consultors no han d’esperar que les respostes estiguin en format digital. Un
cop l’examen ha finalitzat ja és possible corregir-lo.
Els errors o dificultats que es deriven de la mala cal·ligrafia d’alguns estudiants
poden evitar-se amb la utilització d’un teclat com a perifèric d’entrada.
Si l’examen és de tipus test la correcció pot ser automàtica. L’estudiant pot
saber la seva nota de forma instantània.
La utilització d’un històric permet cercar informació de proves passades amb
gran facilitat.
1.2 Context en el qual es desenvolupa.
Fa relativament poc temps tot el que aquest Projecte proposa hagués estat una mica
fora de lloc, però avui se’ns presenta un marc en el que els exàmens a distància són
una possibilitat i un sistema com aquest és necessari.
Les principals raons del perquè fa poc no s’hagués pogut dur a terme són, el gairebé
nul accés de les llars a la xarxa, que no es va fer popular fins a finals dels 90. La
capacitat de les màquines de dur a terme operacions complexes en un temps raonable
també era un problema afegit, ja que és necessari una capacitat de procés important a
l’hora de dur a terme tots els càlculs criptogràfics i de comunicació per la xarxa.
Avui en dia, la majoria de les llars del nostre país tenen ordenador i alhora disposen
d’una connexió, amb més o menys ample de banda a Internet, però suficient pel que
els requeriments del sistema demanen. Aquesta característica fa que la implantació
del sistema sigui relativament fàcil de fer.
1.3 Objectius del Projecte Final de Carrera.
L’objectiu del projecte final de carrera és la implementació d’un sistema per la
realització d’exàmens electrònics segurs que compleixi les propietats següents.
Característiques que el sistema criptogràfic haurà de complir:
Autenticitat:
o L’estudiant ha d’estar segur que l’enunciat de l’examen i la seva
correcció ha estat realitzada pel professor.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
4
o El professor ha d’estar segur que la resposta que corregeix ha estat
realitzada per un estudiant i que ningú l’ha modificat un cop lliurada.
Privacitat:
o El professor no té per que saber quin estudiant és l’autor de la resposta
que està corregint. Només ha de tenir la certesa que ha estat redactada
per un estudiant matriculat a l’assignatura.
Correcció:
o No s’ha de poder afegir una resposta a l’examen un cop el període per
lliurar les respostes ha finalitzat.
o Un cop les respostes s’han lliurat no s’han de poder modificar.
o En cas que la resposta a un examen sigui eliminada s’ha de detectar
aquesta manipulació.
Secret de les respostes durant l’examen.
o Durant la realització de l’examen les respostes d’aquest han de ser
secretes.
Rebut de lliurament:
o L’estudiant ha d’obtenir un rebut que demostri que ha lliurat la resposta
de l’examen.
Impossibilitat de còpia:
o Els estudiants no han de poder copiar les seves respostes.
Aquestes característiques s’hauran de mantenir durant tot el cicle de vida d’un
examen. Aquest cicle de vida es descompon en cinc fases que són les següents:
Redacció de l’examen
Resposta de l’examen
Correcció de l’examen
Obtenció del resultat de l’examen
Revisió de l’examen
En els següents capítols d’aquesta memòria es tractarà cadascuna d’aquestes fases
més àmpliament.
A més d’aquests objectius inicials, es vol que el sistema executi un aplicatiu de manera
remota i que connecti a un servidor central. Existirà un aplicatiu per l’estudiant i un pel
professor. És necessari que els aplicatius s’autentiquin en el moment que volen
realitzar alguna operació amb el servidor central.
Aquest servidor central tindrà accés a una base de dades que contindrà tots els
enunciats i totes les respostes dels exàmens en format XML[10].
Així doncs, als objectius inicials s’hi afegeixen els següents:
La implementació d’un sistema per representar les dades en format XML[10] i
tornar-les en el format que entenguin les parts.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
5
La comunicació entre l’aplicatiu utilitzat pel professor i el sistema central, i entre
l’estudiant i el sistema central es realitzarà utilitzant RMI[5] de Java[4]. La
utilització de RMI[5] reduirà en gran mesura el temps de desenvolupament del
projecte.
Una implementació per dur a terme la gestió de la base de dades. Aquesta
gestió inclou, l’entrada de les persones a la base de dades que es realitzarà
des del sistema gestor d’exàmens. L’entrada d’enunciats per part del professor,
i l’entrada de les respostes per part dels estudiants. Finalment totes les
consultes relacionades amb aquestes accions.
Implementació d’un protocol d’autenticació, que permetrà tenir la certesa de qui
demana realitzar una operació, i si hi està autoritzat.
S’ha realitzat un esforç important alhora de dissenyar les classes que implementaran
els objectius enumerats, de manera que, si en el futur és necessari modificar alguna
funcionalitat de l’aplicatiu, ja sigui per afegir funcionalitats o per modificar les
característiques actuals, només sigui necessari modificar el mínim nombre de classes
possibles. D’aquí la importància de realitzar un disseny i una implementació
incremental, com es mostra a en la planificació del projecte.
1.4 Enfocament i mètode seguit.
Aquest sistema necessita la interacció dels següents mòduls:
L’esquema criptogràfic és la base del projecte. Les classes s’han dissenyat de
manera que poguessin ser reutilitzades en qualsevol dels aplicatius.
La informació dels exàmens es guarda en documents en XML[10] per tal de fer
més senzilla la manipulació de les dades per les diferents parts.
Els usuaris del sistema s’han de comunicar, i per aquest motiu es necessita
una plataforma de comunicació que permeti la transmissió dels exàmens en
format XML[10] entre el servidor central i les altres parts del sistema, ja siguin
estudiants o professors.
La informació que rep el gestor d’exàmens es guarda en una base de dades.
Finalment, cada usuari del sistema necessita una interfície gràfica per dur a
terme les funcionalitats del sistema.
Així doncs resumint, el sistema compta amb els següents mòduls:
Esquema Criptogràfic.
Representació de les dades en XML[10].
Comunicació del components utilitzant RMI[5].
Base de dades.
Protocol d’autenticació.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
6
Interfície gràfica.
El mètode que s’ha seguit per a implementar el sistema ha estat el d’anar construint
cadascun dels mòduls successivament un darrera l’altre efectuant proves unitàries
amb cadascun d’ells. Cada mòdul s’integra al següent i es realitzen proves unitàries de
nou. Així el que s’ha fet, pas a pas, és:
Definició del protocol criptogràfic.
Implementació del protocol d’exàmens en un entorn local, això inclou tot
l’esquema criptogràfic.
Integració del mòdul a XML[10]. En aquest punt s’emmagatzemen totes les
dades dels exàmens que s’utilitzen en el protocol criptogràfic en format
XML[10] per tal de facilitar-ne la gestió.
Implementació de la comunicació dels components. En aquest pas s’envien
telemàticament els documents XML[10] entre els entorns locals (aplicatiu
professor o aplicatiu estudiant) i el servidor central utilitzant la tecnologia RMI[5]
de Java[4].
Implantació de la base de dades. Els documents rebuts via RMI[5] es guarden
a la base de dades MySQL[9].
Implementació del sistema d’autenticació dels estudiants i dels professors
contra el servidor central. S’afegeix aquest mòdul a les parts que ja estaven
implementades fins al moment.
Quan tot aquest sistema funciona, es crea una interfície per l’estudiant i una pel
professor per a poder utilitzar les diferents funcions d’una manera intuïtiva i
còmoda.
És important destacar que la part de la interfície ha estat un dels objectius menys
prioritaris del sistema. S’ha primat el correcte funcionament del sistema d’acord amb
els objectius fixats. La interfície podria fer més o menys coses, però això ja podria
formar part d’un projecte en sí mateix, augmentant la usabilitat de l’entorn gràfic,
sobretot per a persones no familiaritzades en informàtica, etc.
Un altre detall que cal esmentar és el següent. Durant la implementació del projecte,
s’ha intentat en tot moment utilitzar software de lliure distribució. D’aquesta manera la
implementació s’ha realitzat utilitzant codi Java[4] sota l’entorn de desenvolupament
Eclipse[7]. La base de dades utilitzada és MySQL[9]. La única part del projecte que no
és de lliure distribució és la llibreria criptogràfica IAIK
[15], tot i que per a fins educatius sí que ho és. Si es decidís posar el sistema en
producció caldria adquirir una llicència de la llibreria en qüestió o escollir-ne una altra.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
7
1.5 Planificació del Projecte.
El projecte va començar a l’inici del quadrimestre de tardor de l’any 2004. La
planificació que es va fer es detalla a continuació.
Del 14 al 19 de setembre:
Instal·lació i proves de la llibreria criptogràfica IAIK
[15].
Creació dels certificats genèrics per a l’Autoritat de Certificació, l’estudiant i el
professor. (veure secció 2. PKI)
Del 20 de setembre al 17 de novembre:
Disseny, implementació, tests i documentació de l’esquema criptogràfic:
o Redacció de l’examen.
o Resposta de l’examen.
o Correcció de l’examen.
o Obtenció del resultat de l’examen.
o Revisió de l’examen.
Del 18 al 31 d’octubre:
Disseny, implementació, tests i documentació de l’esquema XML[10].
De l’1 al 7 de novembre:
Disseny, implementació, tests i documentació de la base de comunicació en
RMI[5].
o Part del client.
o Part del servidor.
Del 8 al 21 de novembre:
Disseny, implementació, tests i documentació de la interacció del protocol amb
la base de comunicació.
Del 22 de novembre al 5 de desembre:
Instal·lació de la base de dades.
Creació del model.
Proves d’integració amb el sistema actual.
Del 6 de desembre al 19 de desembre:
Creació de la interfície gràfica.
Proves d’integració.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
8
A continuació s’inclou un planejament realitzat amb MSProject que mostra de manera
gràfica la planificació del Projecte. Aquest document també es presenta adjunt a la
memòria.
Imatge 1: Diagrama de la planificació del projecte.
Com es pot veure en la planificació la part que ha rebut més èmfasi i la que ha pres
més temps és la de l’estudi i implementació del protocol criptogràfic.
Fins el moment del lliurament del projecte s’han fet revisions del codi per assegurar
que sigui òptim i lliure d’errors. Cal destacar que la documentació s’ha anat completant
en cada fase donant lloc al document actual.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
9
1.6 Esquema general del projecte.
A continuació s’inclou l’esquema general del funcionament del projecte, aquesta
imatge podria servir de resum del que s’ha vingut explicant en aquesta introducció.
És important veure que hi ha una separació clara en els elements del projecte. Es
treballa sempre en un entorn de client-servidor. Els aplicatius no tenen accés directe a
la base de dades si no és mitjançant el servidor gestor d’exàmens. De la mateixa
manera, el protocol criptogràfic l’executen els clients en les seves màquines locals i
únicament envien les dades obtingudes via RMI[5]. Seguint aquest model les claus
privades no viatgen mai per la xarxa, i són sempre a la màquina del client.
Imatge 2: Esquema general del Projecte.
1.7 Productes obtinguts.
Un cop tot el sistema ha estat implementat s’ha obtingut un producte que està format
per diferents components. El sistema complert l’integren tres parts diferenciades:
Sistema gestor d’exàmens. Inclou el servidor RMI[5], que permet que els clients
executin codi remot, i també inclou el sistema gestor de bases de dades. A la
base de dades només hi té accés el gestor d’exàmens. No hi ha una imatge del
servidor en funcionament perquè aquest s’executa com un servei intern de la
màquina host del servidor.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
10
Aplicatiu del professor. El professor utilitza aquest aplicatiu per redactar i
corregir els exàmens assignant-los-hi una nota. De la mateixa manera el
professor pot veure quins estudiants han demanat una revisió del seu examen.
Imatge 3: Aplicatiu del professor executat en un Mac OSX
Aplicatiu de l’estudiant. L’estudiant empra aquest aplicatiu per accedir als
enunciats dels exàmens i enviar les seves respostes al sistema gestor
d’exàmens. De la mateixa manera, un cop els exàmens estan corregits,
l’estudiant pot veure la nota que se li ha assignat i demanar una revisió de
l’examen si no hi està d’acord.
Imatge 4: Aplicatiu de l’estudiant executat en un Mac OSX
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
11
L’explicació detallada d’aquestes interfícies i del seu funcionament concret es pot
trobar a la secció 8. Interfície gràfica.
1.8 Descripció dels següents capítols de la memòria.
Els següents capítols de la memòria fan referència a les decisions de disseny i a la
implementació dels mòduls necessaris del projecte. L’estructura dels capítols segueix
el disseny incremental comentat prèviament.
PKI
En el resum del projecte s’ha esmentat que l’esquema es basa en criptografia
de clau pública. Per tant, cada usuari del sistema ha de disposar d’una parella
de claus. La infrastructura de clau pública necessària per tal d’emetre i
gestionar les parelles de claus d’un grup d’usuaris amb els respectius certificats
s’anomena PKI. En aquest primer capítol s’explica què és una infrastructura de
clau pública, i com s’ha implementat en aquest cas.
Esquema Criptogràfic.
A partir del moment en el que el professor redacta l’enunciat de l’examen fins
que l’estudiant obté la nota hi ha un seguit de fases que anomenarem cicle de
vida. En aquest capítol s’explica les diferents fases de que consta el cicle de
vida i el protocol criptogràfic per cadascuna de les respectives fases. El conjunt
de protocols és el que s’anomena esquema criptogràfic.
Representació de les dades: XML[10].
La representació de les dades de manera que puguin ser gestionades i
interpretades fàcilment és un punt important. En el sistema presentat les dades
intercanviades estan en documents XML[10]. En cada fase del protocol només
es passen entre les parts les dades de l’examen que són necessàries. Per tal
de dur a terme aquesta tasca s’utilitza la llibreria JDOM[8].
Comunicació dels components.
El programari del professor, l’estudiant i el gestor d’exàmens s’executaran en
diferents dispositius. La comunicació d’aquests programaris, o components del
sistema, és una part important. Per reduir el temps de desenvolupament es va
pensar en la utilització del RMI[5] de Java[4]. Aquest capítol explica com s’ha
realitzat la comunicació entre els clients i el servidor utilitzant RMI[5].
Base de Dades.
La base de dades és necessària per guardar el contingut dels exàmens i les
respostes dels estudiants. S’espera que el volum de dades sigui important, de
manera que l’ús d’una base de dades es fa indispensable. El sistema gestor de
bases de dades (SGBD) que s’ha utilitzat és MySQL[9], perquè és de lliure
distribució i cobreix perfectament les necessitats del projecte.
Autenticació.
Un cop el sistema anterior està implementat i funcionant, és necessari
identificar i autenticar als usuaris. El sistema gestor d’exàmens necessita
assegurar-se que els clients que estan fent les peticions són qui diuen ser i
tenen els drets per a poder accedir als serveis que ofereix.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
12
Interfície Gràfica.
Aquest capítol explica com s’ha dissenyat la interfície gràfica. Aquest era un
dels requeriments menys prioritaris del sistema. Malgrat això, cal destacar que
al mateix temps que és senzilla d’utilitzar, compleix tots els requeriments de
funcionalitat del sistema.
Jocs de Proves.
En aquest capítol s’explica amb un exemple, el funcionament de tot el procés;
des de el moment de crear els certificats, passant per tot el cicle de vida d’un
examen. També es comenta la configuració de la màquina virtual Java[4],
RMI[5], la base de dades, etc.
Diagrames.
Aquest capítol, amb els diagrames de seqüència, serveix com a resum dels
principals passos pels que passen els algorismes per aplicar l’esquema
criptogràfic. Inclou també el diagrama de classes complert.
Treball futur.
Com en tot sistema complex sempre hi ha coses a millorar, o noves
funcionalitats a afegir. En aquest capítol s’expliquen les millores que no s’han
acabat implementant perquè no estaven a la planificació inicial, però que, al
llarg del projecte, es va veure que serien interessants en el futur per tal
d’ampliar les funcionalitats i característiques del sistema.
Conclusions.
En aquest capítol s’exposa l’acompliment dels objectius, i com s’ha aconseguit.
També es destaquen les consideracions més importants experimentades
durant la implementació.
Bibliografia i Annexos.
En la bibliografia hi ha les referències a tots els documents consultats, a més a
més de les adreces on es poden aconseguir els programes i llibreries
necessàries per posar en explotació el sistema. En els annexos s’inclouen
arxius de configuració, el glossari, etc.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
13
2. PKI
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
14
2.1 Introducció
L’esquema criptogràfic implementat en aquest projecte necessita que les diferents
parts (professors, estudiants, gestor d’exàmens) disposin d’una parella de claus i el
seu corresponent certificat.
Per tal de gestionar els certificats (emissió, revocació, etc.) d’un grup d’usuaris s’empra
una infrastructura de clau pública. Típicament per fer referència a una infrastructura
s’utilitzen les sigles PKI, que corresponen al terme en anglès Public Key Infrastructure.
Una PKI consta d’una autoritat de certificació notada amb CA, aquestes sigles
corresponen al terme en anglès Certification Authority. Un altre component de la PKI
són les autoritats de registre, notades amb les sigles RA (Registry Authority). Quan un
usuari vol obtenir un certificat normalment realitza els passos següents. En un primer
pas crea una parella de claus i realitza una petició de certificat mitjançant una RA. La
RA valida la identitat de l’usuari que ha demanat el certificat i envia la petició a la CA.
La CA rep les peticions de les RA i emet els certificats. La clau privada de la CA és
una peça d’informació molt sensible, i per això està en un entorn amb un alt nivell de
seguretat.
Si un usuari veu que la clau privada corresponent al seu certificat ha estat
compromesa ha de comunicar-ho a la CA. La CA revoca aquell certificat incloent-lo en
una llista de certificats revocats. La llista de certificats revocats la notem amb les sigles
CRL del terme anglès Certificate Revocation List.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
15
La verificació de la validesa d’un certificat és un pas important. No es pot acceptar un
certificat com a vàlid sense realitzar els passos següents.
Una primera comprovació és saber quina CA ha emès el certificat. Si la CA és de la
nostra confiança, per exemple perquè és una entitat de reconegut prestigi, seguim
amb el procés de verificació. El segon pas és verificar que el certificat no ha estat
revocat. Per fer aquesta comprovació podem preguntar-li directament a la CA utilitzant
un protocol dissenyat per fer aquesta consulta com és el OCSP[23], o descarregar-nos
la CRL de la CA i buscar-hi si hi ha el certificat.
Per aprofundir en el tema es recomana veure les següents referències [1]
En el projecte s’ha utilitzat la llibreria de lliure distribució Openssl[12] per tal de
construir de forma ràpida i senzilla una petita PKI. Openssl està disponible amb totes
les versions de Unix, i existeix una versió compilada per a plataformes Windows[13].
En la implementació s’ha utilitzat la versió de Unix (versió 0.9.7b 10-Apr-2003) i els
fitxers de comandes que es mostren a continuació. Aquest són executables només en
un sistema Linux. Malgrat això es poden adaptar fàcilment per tal de ser utilitzats en
una plataforma Windows.
Els certificats emesos segueixen l’estàndard X.509[22]. La clau privada i el
corresponent certificat s’han emmagatzemat un fitxer seguint el format estàndard
PKCS12[20].
2.2 Passos a seguir per generar els arxius necessaris.
L’esquema implementat necessita que cadascun dels usuaris, inclòs el gestor
d’exàmens tingui una parella de claus amb un fitxer en format PKCS12[20]. Aquest
arxiu, en la seva essència, és un contenidor amb els elements següents:
Parella de claus, pública i privada, de l’usuari.
Certificat de l’usuari emès per una autoritat de certificació (CA).
Certificat de l’autoritat de certificació.
El primer pas és l’obtenció del certificat de l’autoritat de certificació. Si aquest sistema
es decidís d’implantar en organismes on ja es disposés d’una infrastructura de clau
pública amb una autoritat de certificació pròpia no suposaria cap canvi substancial. En
el cas del projecte no es disposa d’aquesta autoritat i per això el primer pas és crear-
ne una.
Els passos per generar el certificat de la CA són:
Generar la parella de claus de la CA amb una longitud de clau de 2048 bits.
Aquesta acció es realitza utilitzant el fitxer de comandes "generarClaus". El
fitxer de sortida que conté la parella de claus ha estat anomenat CA.key.
Generar un certificat autosignat amb la parella de claus de la CA. Aquest és el
certificat de la CA. Per emetre aquest certificat s’ha emprat el fitxer de
comandes "generaCertificatAutosignat" i la parella de claus del primer punt.
L’arxiu del certificat s’ha anomenat CA.crt .
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
16
Ara ja es pot passar a crear els arxius dels usuaris del sistema. El primer que crearem
serà el de l’estudiant tipus. S’han de seguir els passos que es descriuen a continuació:
Generar una parella de claus per l’estudiant. Per fer-ho es torna a utilitzar
"generarClaus". La longitud de les claus en aquest cas és de 1024 bits.
Emetre una petició de certificat contra la CA que ja tenim disponible. S’empra el
fitxer de comandes "generaPeticioCertificat".
La CA emet el certificat. Per fer-ho s’empra el fitxer de comandes
"generaCertificat". S’ha d’utilitzar el fitxer de configuració "openssl.cnf". Aquest
fitxer es pot trobar a l’annex del projecte.
Generar l’arxiu PKCS12[20]. Aquest arxiu conté la parella de claus de
l’estudiant, el seu certificat, i el certificat de la CA. Per construir-lo s’utilitza el
fitxer de comandes "generaPKCS12".
El mateix s’ha de realitzar pel professor i pel gestor d’exàmens. Els passos són
sempre els mateixos i d’aquesta manera es poden crear tants usuaris com faci falta.
Ara mateix, com que només seran necessaris 3 usuaris, la feina no és exagerada,
però en el cas de tenir que implantar aquest procediment en un entorn de producció
real, podria ser una bona idea el tenir un aplicatiu integrat amb el servidor d’usuaris per
a crear els PKCS12[20] de manera més eficient i còmoda.
Al final d’aquest procés s’han de tenir els següents arxius:
CA.crt
alumne.p12
professor.p12
gestor.p12
Els tres últims són els que s’utilitzaran a l’aplicatiu. Adjunts a la memòria s’inclouen els
arxius que es van utilitzar durant el desenvolupament.
Com a detall a implementar en un futur, el fitxer CA.crt, s’hauria d’afegir al codi del
protocol criptogràfic per tal que les diferents parts comprovessin que tots els certificats
són de confiança.
2.3 Fitxers de comandes de generació de certificats.
A continuació s’inclouen els codis dels fitxers de comandes esmentats en el punt
anterior:
Fitxer de comandes GenerarClaus:
#!/bin/bash
if [ $# -le 1 ]; then
echo "Usage: "$0" <key_file> <key_length>"
echo "or"
echo "Usage: "$0" <key_file> <key_length> <random_file_length>"
exit 1
fi
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
17
if [ $# -eq 2 ]; then
openssl genrsa -des3 -out $1 $2
exit 0
fi
echo getting random bytes
head -c $3 /dev/random > aleatori
echo creating key pair
openssl genrsa -des3 -rand aleatori -out $1 $2
exit 0
Fitxer de comandes GeneraCertificatAutosignat:
#!/bin/bash
if [ $# -le 2 ]; then
echo "Usage: "$0" <key_file> <file.crt> <dies>"
exit 1
fi
openssl req -new -sha1 -x509 -key $1 -out $2 -days $3
exit 0
Fitxer de comandes GeneraPeticioCertificat:
#!/bin/bash
if [ $# -le 2 ]; then
echo "Usage: "$0" <key_file> <file.csr> <config_file>"
exit 1
fi
openssl req -new -sha1 -config $3 -key $1 -out $2
exit 0
Fitxer de comandes GeneraCertificat:
#!/bin/bash
if [ $# -le 2 ]; then
echo "Usage: "$0" <file.csr> <file.crt> <config_file>"
echo "or"
echo "Usage: "$0" <file.csr> <file.crt> <config_file>
<extensions_section>"
exit 1
fi
if [ $# -le 3 ]; then
openssl ca -config $3 -out $2 -infiles $1
exit 0
fi
openssl ca -config $3 -out $2 -extensions $4 -infiles $1
exit 0
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
18
Fitxer de comandes GeneraPKCS12:
#!/bin/bash
if [ $# -le 3 ]; then
echo "Usage: "$0" <key_file> <file.crt> <CA_certificate> <file.p12>"
exit 1
fi
openssl pkcs12 -export -in $2 -inkey $1 -certfile $3 -out $4
exit 0
Per a fer servir aquests fitxer de comandes és necessari un fitxer de configuració
anomenat openssl.conf. El contingut del mateix és força extens i per aquest motiu
s’adjunta a l’annex de la memòria.
Un cop la part de la PKI està completada es passa a descriure l’esquema criptogràfic
implementat en el projecte.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
19
3. Esquema criptogràfic
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
20
3.1 Introducció
Típicament des del moment que el professor redacta l’enunciat de l’examen fins que
l’estudiant obté la nota hi ha un seguit de fases. El conjunt d’aquestes fases pot
anomenar-se cicle de vida de l’examen. En base a aquest cicle de vida s’ha dissenyat
un protocol criptogràfic per cada fase. El conjunt d’aquests protocols rep el nom
d’esquema criptogràfic.
En aquest capítol es descriu que és el cicle de vida d’un examen, i cada protocol que
hi està associat. Es fa èmfasi en el disseny, el funcionament, i en les decisions de
disseny preses durant la implementació.
Per una bona comprensió d’aquest capítol es recomana disposar d’uns coneixements
previs de criptografia, o utilitzar [1] com a referència.
3.2 Cicle de vida d’un examen.
Tal i com ja hem apuntat en la introducció d’aquesta memòria s’empra el terme cicle
de vida d’un examen per agrupar les diferents etapes per les quals passa un examen,
des del moment que es redacta fins que acaba el període de revisió. A continuació es
defineixen breument aquestes etapes.
Redacció de l’examen: la primera fase és la creació del propi examen, és a dir,
el professor redacta l’examen via teclat i li assigna un identificador. Aquest es
guardarà a la base de dades fins el moment de realitzar-lo.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
21
Resposta de l’examen: la segona fase és la resposta de l’examen per part de
l’estudiant. La durada d’aquesta fase dependrà del temps que hagi establert el
professor.
Correcció de l’examen: un cop el període de l’examen ha finalitzat el professor
ja pot corregir l’examen. En aquesta fase, el professor llegeix totes les
respostes i les hi assigna una nota.
Obtenció del resultat de l’examen: un cop el professor ha corregit l’examen
l’estudiant ja pot consultar la nota del seu examen.
Revisió de l’examen: si l’estudiant no està d’acord amb la seva nota pot
demanar una revisió de l’examen. En aquest cas, el professor tindrà accés a
veure la llista de revisions sol·licitades i podrà modificar-ne les notes.
Cadascuna d’aquestes etapes correspon a una part del protocol de l’esquema
criptogràfic que s’ha comentat anteriorment. Donada la complexitat d’evitar la còpia en
exàmens electrònics remots, aquest projecte es centra en els exàmens electrònics
realitzats en un entorn controlat.
3.3 Notació emprada en el protocol.
En la descripció dels protocols es fa necessària la utilització d’una certa notació
criptogràfica, que es mostra a continuació.
K: Clau d’un sistema criptogràfic.
E
K(M): Xifratge simètric d’un missatge M amb la clau K.
D
K(M): Desxifratge simètric d’un missatge M amb la clau K.
(PEntitat, SEntitat): Parella de claus asimètriques propietat d’Entitat, on P correspon
a la clau pública i S a la clau privada.
S
Entitat(M): Signatura d’un missatge M amb la clau privada S d’Entitat.
P
Entitat(M): Xifratge del missatge M amb clau asimètrica pública P d’Entitat.
H(M): sortida d’una funció de resum criptogràfica del missatge M, aquestes
funcions reben el nom de funcions de hash.
3.4 Actors del Sistema.
El sistema comptarà amb tres actors, tots tres essent persones físiques:
Professor: encarregat de la redacció i correcció dels exàmens.
Estudiant: encarregat de respondre els exàmens, consultar la nota i demanar
revisions.
Gestor: encarregat de verificar que el procés es desenvolupa correctament i
d’afegir/eliminar els usuaris a la base de dades.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
22
3.5 Redacció de l’examen.
L’aplicatiu del professor realitza els passos següents alhora de dur a terme la redacció
i posterior lliurament de l’enunciat d’un examen al sistema gestor d’exàmens.
Professor:
Crear un identificador únic per l’examen, Id, format per les següents dades:
o As: Assignatura.
o Cd: Codi Assignatura.
o Qu: Quadrimestre.
o Da: Data.
o Ns: Número de sèrie.
Redactar l’enunciat E de l’examen via teclat.
Signar amb la clau privada del professor Sp el identificador de l’examen Id i
l’enunciat E. Obtenim Es.
Autenticar el professor davant del Gestor utilitzant la seva parella de claus.
Lliurar les següents dades al Gestor: (Id, E, Es)
Gestor d’exàmens:
Autenticar el professor
Verificar la signatura digital Es.
Guardar les dades enviades pel professor.
Decisions preses per la implementació:
L’identificador Id és una cadena amb la concatenació de les dades. Un
exemple vàlid d’identificador d’examen podria ser:
“PFC10013040528090412345”
o As: “PFC”
o Cd: “10013”
o Qu: “0405”
o Da: “280904”
o Ns: “12345”
Quan es signen dades, com ara (Id , E), aquestes dades són concatenades.
La tria de l’identificador es pot fer de manera aleatòria sense restriccions. En
entorns de producció reals es podria afegir un sistema de control sobre els
identificadors de manera que es creessin automàticament.
Les úniques accions que el professor realitza són la tria de l’identificador i la redacció
del text de l’examen. La resta es realitza de manera transparent a ell.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
23
Classes necessàries per a la redacció d’un examen.
Per a realitzar aquests passos s’ha proposat tenir una classe per signar exàmens i per
comprovar la signatura, aquesta classe s’anomenarà SignarVerificar. Aquesta classe
té accés a una altra classe que s’encarrega de gestionar els arxius PKCS12[20] per tal
d’obtenir les claus privades i públiques. Es recorda que la obtenció d’aquests arxius ha
estat explicada a la secció 2. PKI. Encara no s’inclou l’autenticació del professor que
es farà més endavant, concretament s’explica a la secció 7. Protocol d’autenticació.
De la mateixa manera fa falta una classe per guardar els exàmens a la base de dades,
però això es detalla al capítol corresponent en el moment de la implantació de la base
de dades. En aquest punt encara no existeix l’accés a la base de dades, per tant es
guarden les dades en una classe buida anomenada Examen.
També es disposa d’una classe anomenada IdExamen. Aquesta classe té l’estructura
de l’identificador de l’examen, és a dir, disposa d’un camp per a cadascun dels camps
de l’identificador.
S’ha de tenir en compte un altre detall. Les dades que es generen desprès de realitzar
la signatura d’un text no es poden transportar ni tractar com si fossin una cadena de
caràcters per problemes de codificació. El que s’ha de fer si es vol emmagatzemar
com a cadena és passar les dades a base64. Com que un dels objectius és guardar
les dades en format cadena a la base de dades, fa falta una classe que s’encarregui
de dur a terme les conversions a base64 i a binari de nou. Aquesta classe s’anomena
B64Manager.
Es mostra a continuació una definició simple en UML
[14] de les classes esmentades fins el moment:
Durant l’evolució del projecte es podrà veure com aquestes classes formen part de
l’esquelet del sistema, proveint les noves necessitats d’altres classes com en el cas de
la base de dades o la comunicació per RMI[5], per exemple.
Com es pot comprovar en la definició dels casos d’ús que es mostren a continuació, es
fa sovint referència a guardar les dades a una base de dades. Donat que en aquest
punt del desenvolupament el sistema encara no disposa d’aquest servei, s’entendrà
que aquestes dades s’emmagatzemen de manera lògica en la classe Examen.
Si el lector no està familiaritzat amb els diagrames UML
[14] es recomana veure [2] com a referència.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
24
Diagrama de casos d’ús d’aquesta fase:
Redacció de l’examen
Descripció dels casos d’ús d’aquesta fase:
Autenticar-se
Cas d’ús: Autenticar-se.
Actors: Professor.
Propòsit: Reconèixer al professor com a usuari vàlid al sistema.
Tipus: Secundari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor vol
realitzar una acció al sistema i se li
demana autenticar-se.
2. L’actor prepara les dades que enviarà
al servidor i les envia.
3. El servidor rep les dades, les processa
i autentica el client.
4. Envia confirmació i dades auxiliars al
client.
5. El client rep la confirmació i les dades
auxiliars.
Cursos alternatius:
Punt 3: El servidor rep les dades que són incorrectes i no autentica el client.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
25
Redactar l’Examen
Cas d’ús: Redactar l’examen.
Actors: Professor.
Propòsit: Introduir un nou examen via teclat.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El professor entra les dades d’un
Identificador i d’un enunciat via el teclat.
2. Signa amb la clau privada del
professor Sp l’ identificador de l’examen
Id i l’enunciat E.
Enviar Examen al Gestor
Cas d’ús: Enviar examen al gestor.
Actors: Professor.
Propòsit: Les dades de l’examen són enviades al servidor per ser verificades i
guardades.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor envia
les dades al servidor.
2. El servidor rep les dades.
3. L’actor rep confirmació de l’enviament.
Signar i Verificar
Cas d’ús: Signar i Verificar
Actors: Professor i gestor
Propòsit: Signar les parts dels exàmens i verificar les dades signades..
Tipus: Primari i essencial
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. L’actor demana signar o verificar dades
2.El Sistema retorna les dades signades
o verificades.
Cursos alternatius:
Punt 2: El Sistema retorna un error al verificar una signatura.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
26
Guardar un Examen a la base de dades.
Cas d’ús: Guardar un Examen a la base de dades.
Actors: Gestor
Propòsit: Guardar a la base de dades el nou examen redactat.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El gestor ha verificat les dades de
l’examen i envia a la base de dades el
nou examen.
2. El servidor rep les dades, les processa
i guarda les dades a la base de dades.
Cursos alternatius:
Punt 2: Si l’examen ja existeix a la base de dades es retorna un error.
3.6 Resposta a un examen.
Els actors que intervenen en aquest procés són l’estudiant i el gestor d’exàmens. En
aquest protocol l’aplicatiu realitza els passos següents per tal de dur a terme la
resposta i posterior lliurament d’un examen respost.
Estudiant:
Autenticar l’estudiant contra el gestor amb la seva parella de claus.
Obtenir l’examen signat que s’ha generat en el punt anterior (Id, E, Es).
Verificar la signatura del professor, Es.
Entrar la resposta R a l’examen pel teclat.
Obtenir un identificador de resposta Ie.
Signar Ie, la Resposta R, i la signatura de l’examen Es amb la clau privada de
l’estudiant. El resultat és Rs.
Enviar de manera segura al gestor: (Ie, R i Rs).
Gestor d’exàmens:
Comprovar la signatura de Rs.
Crear la capçalera de lliurament T que inclou Id, Ie i Tm. Tm és l’instant actual
en el que el gestor genera la capçalera.
Generar un rebut de lliurament Ts a partir de les següents dades: Es, R i T. Ts
és la signatura d’aquestes tres dades.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
27
Enviar a l’aplicatiu de l’estudiant T i Ts com a prova de que ha realitzat
l’examen.
Guardar la resposta R en un sobre digital o PKCS7 que anomenem X.
Signar X, R i Es, obtenint així Xs.
El gestor guarda de forma segura: (Id, E, Es, R, T, Ts, X i Xs).
Estudiant:
Comprovar les dades enviades pel gestor (T i Ts).
Guardar T perquè és la prova de que ha realitzat l’examen.
Decisions preses per la implementació:
De la mateixa manera que s’ha fet abans, totes les signatures es generen a
partir de la concatenació dels camps que inclouen.
Ie s’obté a partir d’una instància de la classe SecureRandom() i Tm a partir de
la instància d’una classe Date().
Classes necessàries per a la resposta d’un examen.
En aquest punt del protocol s’afegeix una nova funcionalitat que fins ara no havia estat
necessària. El gestor d’exàmens xifra la resposta i la guarda en format PKCS7[21], és
per això que s’afegeix una nova classe que s’anomena Xifrador. El format PKCS7[21]
és un contenidor de dades criptogràfiques, com pot ser una signatura digital, una CRL,
etc.
Per fer el joc de proves s’ha implementat una classe buida per a guardar els exàmens
(“Examen”). Aquesta classe s’anirà modificant fins al moment que s’implementi la part
corresponent a XML[10].
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
28
Diagrama de casos d’ús d’aquest protocol:
Resposta de l’examen
Descripció dels casos d’ús d’aquesta fase:
Els casos d’ús que no es comenten és degut a que ja han estat comentats en punts
anteriors i el funcionament és el mateix, només canvia l’actor.
Obtenir l’Enunciat
Cas d’ús: Obtenir l’enunciat.
Actors: Estudiant.
Propòsit: Demana al sistema que li retorni per pantalla l’enunciat a respondre.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor vol
obtenir un enunciat definit per un
identificador.
2. L’actor envia l’identificador al servidor
3. El servidor rep les dades, les processa
i accedeix a la base de dades buscant
l’enunciat.
4. Envia l’enunciat a l’actor.
5. L’actor rep l’enunciat per pantalla.
Cursos alternatius:
Punt 3: El servidor rep l’identificador d’un enunciat que no existeix a la base de dades.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
29
Escriure i Enviar la resposta
Cas d’ús: Escriure i enviar la resposta.
Actors: Estudiant.
Propòsit: Entra pel teclat la resposta a l’examen i l’envia al servidor.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor entra
la resposta a un enunciat.
2. L’estudiant escriu la resposta.
3. L’estudiant demana totes les
signatures necessàries per enviar la
resposta.
4. El sistema retorna les signatures
5. L’estudiant envia la resposta i les
dades auxiliars al servidor
Generar Rebut
Cas d’ús: Generar Rebut.
Actors: Gestor.
Propòsit: El gestor crear el rebut de la resposta i l’envia a l’estudiant.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor ha
rebut una resposta i vol enviar un rebut a
l’origen.
2. El gestor demana un rebut.
3. Es retorna el rebut creat.
4. El gestor ja pot enviar el rebut a
l’estudiant.
Gestionar Rebut
Cas d’ús: Gestionar Rebut.
Actors: Estudiant.
Propòsit: L’estudiant guarda el rebut de manera segura.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor rep
un rebut a la resposta que ha enviat.
2. L’estudiant guarda de manera segura
el rebut de la resposta.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
30
Guardar una Resposta a la base de dades.
Cas d’ús: Guardar una resposta a la base de dades.
Actors: Gestor.
Propòsit: Guardar a la base de dades la resposta rebuda.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El gestor demana la verificació de les
dades de la resposta.
2. El sistema comprova les signatures.
3. El gestor envia les dades a la base de
dades.
4. El servidor rep les dades, les processa
i guarda les dades a la base de dades.
Cursos alternatius:
Punt 2: Si la signatura és incorrecta es retorna un error.
Punt 4: Si la Resposta ja existeix a la base de dades es retorna un error.
3.7 Correcció d’un examen.
Aquesta és la part del protocol corresponent a la correcció i la posterior assignació
d’una nota. Els actors que intervenen en aquest procés són el professor i el gestor
d’exàmens.
Professor:
Autenticar al professor contra el gestor amb la seva parella de claus.
Obtenir les dades de l’examen juntament amb la resposta (Id, E, Es, R, X, Xs)
Verificar les signatures de Es i Xs.
Corregir la resposta R i ficar una nota N.
Signar la resposta de l’examen amb la nota N: Ns = Sp [Es, Ts, N].
Enviar N i Ns al Gestor.
Gestor:
Verificar la signatura de Ns.
Desxifrar X per obtenir Rs.
Emmagatzemar de forma segura: (Id, E, Es, R, Rs, T, Ts, N, Ns).
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
31
Decisions preses per la implementació:
Les signatures es generen a partir de la concatenació dels camps que inclouen.
La nota de l’examen s’emmagatzemarà temporalment en un atribut en la classe
Examen.
Classes necessàries per a la correcció d’un examen.
El protocol específic d’aquesta fase no introdueix cap classe nova.
Diagrama de casos d’ús d’aquest protocol:
Correcció de l’examen
Descripció dels casos d’ús d’aquesta fase:
Guardar una Nota a la base de dades.
Cas d’ús: Guardar una Nota a la base de dades.
Actors: Gestor.
Propòsit: Guardar a la base de dades la nota assignada.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El gestor ha verificat les dades de la
nota i l’envia a la base de dades.
2. El servidor rep les dades, les processa
i les guarda a la base de dades.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
32
Ficar Nota
Cas d’ús: Ficar Nota.
Actors: Professor.
Propòsit: El professor assigna una nota a una resposta.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El professor ha llegit una resposta
obtinguda.
2. El professor assigna una nota i signa
les dades necessàries per a enviar-les al
servidor.
3. El sistema retorna les dades signades.
4. El professor té les dades preparades
per enviar-les al servidor.
Obtenir la Resposta
Cas d’ús: Obtenir la Resposta.
Actors: Professor.
Propòsit: Demana al sistema que li retorni per pantalla la resposta a un enunciat.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor vol
obtenir una resposta a un enunciat definit
per un identificador.
2. El professor envia l’identificador al
servidor
3. El servidor rep les dades, les processa
i accedeix a la base de dades buscant la
resposta.
4. Envia la resposta al professor.
5. El professor rep la resposta per
pantalla.
Cursos alternatius:
Punt 3: El servidor rep l’identificador d’un enunciat que no conté respostes a la base de
dades. En aquest cas es retorna un error.
Enviar Nota al servidor
Cas d’ús: Enviar Nota al servidor.
Actors: Professor.
Propòsit: El professor envia la correcció de la resposta al servidor.
Tipus: Primari i essencial.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
33
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El professor ha assignat una nota i ha
generat les signatures pertinents.
2. El professor enviar les dades al
servidor.
3, El servidor rep les dades i envia una
confirmació.
4. El professor rep la confirmació de
l’enviament.
3.8 Obtenció de la nota d’un examen.
Un estudiant segueix el protocol següent per tal d’obtenir la seva nota d’un examen
que ja ha estat corregit. Els actors que intervenen en aquest procés són l’estudiant i el
gestor d’exàmens.
Estudiant:
Autenticar l’estudiant contra el gestor amb la seva parella de claus.
L’estudiant demana la nota N per a un identificador Id.
Verificar la signatura de Ns.
El Gestor envia N al aplicatiu de l’estudiant.
Classes Necessàries per a l’obtenció de la Nota d’un Examen
Aquesta és la part de l’esquema més senzilla i no implica cap modificació a l’estructura
de classes.
Diagrama de casos d’ús d’aquest protocol:
Obtenció de la Nota
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
34
Descripció dels casos d’ús d’aquesta fase:
Obtenir la Nota
Cas d’ús: Obtenir la Nota.
Actors: Estudiant.
Propòsit: Demana al sistema que li retorni per pantalla la nota a un identificador.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor
estudiant vol obtenir una nota a un
enunciat definit per un identificador.
2. L’estudiant envia l’identificador al
servidor
3. El servidor rep les dades, les processa
i accedeix a la base de dades buscant la
Nota.
4. Envia la nota a l’estudiant.
5. L’estudiant verifica les dades rebudes.
6. L’estudiant veu la nota per pantalla.
Cursos alternatius:
Punt 3: El servidor rep l’identificador d’un enunciat que no té cap nota assignada a la
base de dades. En aquest cas retorna un error.
Punt 5: La verificació de la signatura és incorrecta, es retorna un error.
3.9 Revisió d’un examen.
Aquesta és la part del protocol que cal seguir per tal de fer una petició de revisió d’un
examen corregit. Els actors que intervenen en aquest procés són l’estudiant, el
professor i el gestor d’exàmens.
Estudiant:
Autenticar l’estudiant contra el gestor amb la seva parella de claus.
Obtenir un identificador aleatori Ir per la revisió.
Signar Ir conjuntament amb el rebut de l’examen que l’estudiant posseeix: Rv =
Sa[Ir, Ts].
Enviar Ir i Rv al gestor d’exàmens.
Gestor:
El Gestor verifica la signatura de Rv.
Emmagatzema la informació (Ir, Rv).
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
35
Professor:
Autenticar al professor contra el gestor amb la seva parella de claus.
Obtenir totes les peticions de revisió per a un Id que el professor ha indicat.
Decisions preses per la implementació:
Ir s’obté a partir d’una instància de la classe SecureRandom().
Classes necessàries per a la revisió d’un Examen.
La revisió d’un examen no implica la modificació de l’estructura de classes que ja
estava definida fins aquest moment.
Diagrama de casos d’ús d’aquest protocol:
Revisió de l’examen
Descripció dels casos d’ús d’aquesta fase:
Sol·licitar Revisió
Cas d’ús: Sol·licitar Revisió.
Actors: Estudiant.
Propòsit: Demana al sistema que insereixi una petició de revisió per a un
identificador.
Tipus: Primari i essencial.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
36
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor
estudiant vol demanar una revisió a un
enunciat definit per un identificador.
2. L’estudiant envia la petició al servidor
3. El servidor rep les dades, les processa
i accedeix a la base de dades per inserir
la petició.
4. Envia la confirmació a l’estudiant.
5. L’estudiant rep la confirmació.
Cursos alternatius:
Punt 3: El servidor rep l’identificador d’un enunciat que ja té una revisió assignada en
la base de dades. En aquest cas retornarà un error.
Punt 3: El servidor rep l’identificador d’un enunciat que encara no té una nota
assignada en la base de dades. No es pot demanar una revisió a un examen que no
està corregit. En aquest cas es retorna un error.
Consultar Revisió
Cas d’ús: Consultar Revisió.
Actors: Professor.
Propòsit: Demana al sistema que li retorni per pantalla la demanda de revisió a un
enunciat.
Tipus: Primari i essencial.
Curs típic dels esdeveniments:
Accions dels actors Accions del Sistema
1. El cas d’ús comença quan l’actor vol
obtenir una revisió a un enunciat definit
per un identificador.
2. L’actor envia l’identificador al servidor
3. El servidor rep les dades, les processa
i accedeix a la base de dades buscant la
petició de revisió
4. Envia la resposta al professor.
5. El professor rep la resposta per
pantalla.
Cursos alternatius:
Punt 3: El servidor rep l’identificador d’un enunciat que no conté demandes de revisió a
la base de dades. En aquest cas es retorna un error.
En els casos d’ús s’han comentat procediments que encara no estan definits, tot i que
el protocol criptogràfic els necessita. Les classes necessàries per a dur a terme les
tasques comentades es defineixen en els capítols corresponents. Per a realitzar les
tasques per les que es no disposa encara la seva classe s’han utilitzat procediments
lògics tal i com es veurà en l’apartat de les proves realitzades.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
37
3.10 Diagrama de classes de l’esquema criptogràfic.
Com s’ha vist, al final de cada punt del protocol s’anaven comentant les classes que
s’utilitzaven. A continuació es mostra el diagrama de classes complert de l’esquema
criptogràfic. S’inclou, a més, una classe per a cadascun dels actors.
B64Manager
SignarVerificar
ExamenIdExamen
P12Manager
XifradorAlumne Professor Gestor
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1*
1
*
1
*
1
*
1
*
Com a detalls a comentar d’aquest diagrama, es fa notar que:
Cada classe d’usuari utilitzarà una i només una classe per signar i verificar (que
utilitzarà durant tota l’execució de l’aplicatiu).
La única classe que té accés al Xifrador és el gestor.
3.11 Proves realitzades.
Per tal de dur a terme un joc de proves sobre el protocol, s’ha utilitzat una classe de
prova que conté un exemple del cicle de vida d’un examen. El codi d’aquesta classe
no inclou, com és d’esperar en aquest moment del disseny incremental del projecte, ni
accés a mètodes remots utilitzant RMI[5], ni accés a base de dades, ni tampoc la
implementació del mètode per autenticar els diferents clients contra el gestor
d’exàmens. Aquest codi es pot veure en un annex d’aquesta memòria.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
38
4. Representació de les dades: XML.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
39
4.1 Introducció
XML[10] és l’acrònim de eXtensible Markup Language. Des de que va aparèixer
aquesta forma de representar les dades s’ha imposat com una de les formes més
eficients per intercanviar i emmagatzemar dades entre aplicacions i/o protocols.
En el projecte s’ha utilitzat XML[10] per a fer les transferències dels exàmens i les
respostes corresponents entre el gestor d’exàmens i els clients, tan del professor com
de l’estudiant. De la mateixa manera també s’utilitza XML[10] per a fer la transferència
de dades durant el protocol d’autenticació entre el client i el servidor, però com
aquesta tasca és molt especifica se li dedica un capítol.
La idea general és que cada cop que s’enviïn dades entre les parts només s’enviarà la
part necessària segons la fase del protocol en la que s’estigui duent a terme la
comunicació. Per aquest fet és normal veure que en l’especificació de la classe
s’obtenen força mètodes que són característics de punts concrets d’un protocol. Així
per exemple, si en la fase de l’obtenció de la nota l’estudiant obté la nota i ha de
verificar la signatura, només rebrà la part del document XML[10] que conté les dades
necessàries per a verificar la signatura.
Per a realitzar la feina de conversió a XML[10] i viceversa s’ha utilitzat la llibreria
pública JDOM[8]. Si en un futur es decideix integrar aquesta aplicació amb una altra, el
fet de tenir les dades en XML[10] facilitarà el procés.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
40
4.2 Estructura del document XML.
L’estructura del document XML[10] utilitzada per a un examen és la següent:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE InformacioExamen SYSTEM "examen.dtd">
<Examen>
<IdExamen>
<As/>
<Cd/>
<Qu/>
<Da/>
<NumS/>
</IdExamen>
<Alumne/>
<Enunciat/>
<Resposta/>
<Es/>
<Ie/>
<Rs/>
<Tm/>
<T/>
<Ts/>
<X/>
<Xs/>
<Nota/>
<Ns/>
<Rv/>
<Ir/>
</Examen>
L’explicació de cadascun dels camps de l’XML[10] i del que contenen és com segueix:
<Examen> És l’arrel del document, aquí es guarda tota la informació de
l’examen.
<IdExamen> Estructura que guardarà la informació referent a l’identificador de
l’examen, aquesta part es subdivideix en una sèrie de camps que es
desglossen així:
o <As> Nom de l’assignatura.
o <Cd> Codi de l’assignatura.
o <Qu> Quadrimestre en el que s’imparteix.
o <Da> Data de l’examen.
o <NumS> Número de sèrie de l’examen.
<Alumne> Es guarda aquí l’identificador de l’estudiant que ha realitzat
l’examen.
<Enunciat> Guarda el text de l’enunciat de l’examen.
<Resposta> Aquí es guarda la resposta de l’estudiant.
<Es> Inclou la signatura de l’examen formada pels camps IdExamen i E.
<Ie> Identificador de resposta Ie, generat aleatòriament.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
41
<Rs> Inclou la signatura de la resposta a l’examen formada pels camps Ie, R i
Es.
<Tm> Instant en el que el Gestor d’exàmens rep la resposta a un examen.
<T> Capçalera de lliurament que inclou els camps IdExamen, Ie i Tm.
<Ts> És el rebut de l’examen compost pels camps Es, R i T.
<X> Conté el xifratge de la Resposta R (sobre digital).
<Xs> Signatura del xifratge anterior que addicionalment conté a més els camps
X, R i Es.
<Nota> Aquest camp guarda la nota de l’examen.
<Ns> Signatura de Es, Ts i Nota.
<Ir> Identificador de Revisió d’examen Ir, generat aleatòriament.
<Rv> Signatura d’una revisió que inclou els camp Ir i Ts.
4.3 DTD del document XML.
DTD són les sigles de Document Type Definition i el seu propòsit és definir la legalitat
dels blocs d’un document XML[10]. Bàsicament defineix l’estructura d’un document
amb una llista dels elements legals.
El DTD del document XML[10] emprat per guardar la informació dels exàmens és el
següent:
<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE InformacioExamen [
<!ELEMENT Examen (IdExamen, Alumne, Enunciat, Resposta, Es, Ie, Rs,
Tm, T, Ts, X, Xs, Nota, Ns, Rv, Ir)>
<!ELEMENT IdExamen (As, Cd, Qu, Da, NumS)>
<!ELEMENT As (#PCDATA)>
<!ELEMENT Cd (#PCDATA)>
<!ELEMENT Qu (#PCDATA)>
<!ELEMENT Da (#PCDATA)>
<!ELEMENT NumS (#PCDATA)>
<!ELEMENT Alumne (#PCDATA)>
<!ELEMENT Enunciat (#PCDATA)>
<!ELEMENT Resposta (#PCDATA)>
<!ELEMENT Es (#PCDATA)>
<!ELEMENT Ie (#PCDATA)>
<!ELEMENT Rs (#PCDATA)>
<!ELEMENT Tm (#PCDATA)>
<!ELEMENT T (#PCDATA)>
<!ELEMENT Ts (#PCDATA)>
<!ELEMENT X (#PCDATA)>
<!ELEMENT Xs (#PCDATA)>
<!ELEMENT Nota (#PCDATA)>
<!ELEMENT Ns (#PCDATA)>
<!ELEMENT Rv (#PCDATA)>
<!ELEMENT Ir (#PCDATA)>
]>
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
42
Ja que sovint moltes parts dels documents estaran buides o incompletes no s’han
afegit restriccions de contingut per a facilitar la flexibilitat i evitar errors.
4.4 Funcionament de la representació de dades mitjançant XML.
En el disseny s’ha considerat el fet que posteriorment s’utilitzarà una base de dades
per tal de guardar aquests documents, de manera que el gestor d’exàmens ha de
poder accedir de manera senzilla i ràpida. Per tant es guarda un document per cada
un dels exàmens i per a cada resposta d’un examen concret.
Quan els aplicatius demanen informació sobre l’XML[10] es poden trobar en punts molt
diferents de l’execució. No interessa que en tot moment el document XML[10] estigui
essent enviat del gestor cap a les altres parts i al revés. En cada moment de l’aplicació
únicament s’envia la part del document XML[10] que sigui necessària per a realitzar
les tasques demanades.
La manera de dur a terme aquest procés és la següent, cada part de l’aplicatiu té
accés a crear documents XML[10] temporals on afegeix i modifica la informació que va
utilitzant. Si necessita informació extra, la part informa al gestor d’exàmens de la fase
en la que es troba i aquest li retornarà només els camps que li fan falta. Un cop la
tasca ha estat realitzada el document XML[10] temporal s’envia al gestor d’exàmens,
qui s’encarrega d’analitzar-lo i afegir-lo a la resta de dades que ja tenia.
Utilitzant aquest protocol de transmissió s’assegura una transferència mínima de
dades en les comunicacions de les dues parts, evitant la carrega de les línies de
comunicació.
Decisions preses per la implementació:
La classe XMLManager és l’encarregada de passar les dades a base64 i al
revés. Aquest procés es realitza d’una manera transparent a la resta de
classes. Només s’han de passar les dades en binari i aquesta classe
s’encarregarà de guardar-les en base64 i de retornar-les en binari.
Sovint és necessari que es retorni, junt amb les dades, les capçaleres XML[10],
per tal de guardar tota aquesta informació a la base de dades. Aquesta tasca
també la realitza la classe XMLManager.
Aquesta classe és l’encarregada de dur a terme el pas de una cadena tipus
String a document XML[10] utilitzant l’objecte SAXBuilder. L’anàlisi posterior del
document generat utilitza recursivitat per navegar per tot l’arbre.
A partir d’aquest punt la classe Examen deixa de tenir sentit. No passa el
mateix amb la classe IdExamen que encara s’utilitza perquè disposa de
mètodes útils per tal de concatenar les dades d’un Identificador i retornar
estructures fàcilment utilitzables amb XML[10].
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
43
4.5 Diagrama de classes de la representació de dades mitjançant XML.
En el diagrama de classes del capítol anterior hem substituït la classe Examen per la
classe XMLManager:
B64Manager
SignarVerificar
XMLManagerIdExamen
P12Manager
XifradorAlumne Professor Gestor
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1*
1
*
1
*
1
*
1
*
Aquesta classe és especialment extensa perquè conté els atributs per a cadascun dels
elements que componen el document XML[10] i un mètode associat a cada atribut que
retorna el contingut XML[10]. En el contingut XML[10] també hi ha la capçalera, i les
dades estan codificades en base64 per a ser tractades posteriorment a la base de
dades.
S’ha implementat un mètode per a cada etapa del protocol criptogràfic, de manera que
a partir de totes les dades que pot contenir l’XML[10] només retorna aquelles
necessàries per una fase en concret. Per posar un exemple, el mètode
get_IdEEs_Redaccio() només s’utilitzarà durant la redacció de l’examen i
retornarà la cadena formada pels camps Id, E i Es.
Finalment també es poden destacar els mètodes necessaris per tal de calcular les
signatures i les posteriors verificacions. Per exemple, les dades per a signar un
examen serien obtingudes amb getEASignar(). En aquest cas, la classe
XMLManager s’encarregarà de concatenar les dades necessàries, essent aquest un
pas més transparent per l’usuari final.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
44
En temes del disseny es pot afegir que aquesta classe serà utilitzada per tots tres
actors. Més endavant es veurà que les classes que implementaran els protocols de
cadascun d’aquests actors, aconseguint així l’abstracció de les vistes, seran les
úniques que accediran a aquesta classe.
4.6 Proves realitzades.
Igual que en el capítol anterior, per tal de provar que les dades es converteixen
correctament al format XML[10] i al revés, s’ha modificat l’arxiu de test. El codi
modificat i que ja utilitza la nova classe es pot veure en l’annex Annex G: Codi del joc
de proves de la representació de les dades en XML. d’aquesta memòria.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
45
5. Comunicació del components.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
46
5.1 Introducció
La comunicació del diferents components és una part essencial del projecte. El
professor ha de poder enviar els enunciats dels exàmens de forma remota. Els
estudiants han de poder accedir des de les diferents seus als enunciats i enviar les
respostes. La comunicació dels diferents components del sistema tradicionalment
suposaria el disseny d’un protocol o mecanisme de comunicació. Per evitar la
sobrecàrrega de feina, i donat que la part essencial és l’esquema criptogràfic es va
optar per la utilització de la tecnologia RMI[5].
RMI[5] són les sigles de Remote Method Invocation. Java[4] incorpora aquesta
tecnologia a l’API estàndard. RMI[5] consta d’un servidor on s’executen diferents
instàncies de les classes servidores que es necessiten. Les aplicacions que volen
emprar els mètodes remots únicament necessiten saber la interfície del servidor, és a
dir, els mètodes que ofereix la classe que està al servidor. La implementació d’aquesta
interfície està oculta i el client no arriba mai a saber que és el que s’està executant.
En el projecte s’ha utilitzat RMI[5] per a comunicar els aplicatius de l’estudiant i del
professor amb el gestor d’exàmens. Tota la informació que s’envia entre les parts es fa
utilitzant RMI[5].
RMI[5] ha reduït notablement el temps de desenvolupament.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
47
5.2 Funcionament de la comunicació amb RMI.
El funcionament de la tecnologia RMI[5] és el següent. El servidor RMI[5] estableix un
contracte amb les aplicacions remotes. Això vol dir que el servidor informa de les
classes i mètodes que estaran disponibles. Aquest pas es fa creant una interfície que
serà coneguda per tothom. Alhora el servidor RMI[5] té la implementació de la
interfície.
Quan la classe està implementada s’ha de procedir a crear els punts de connexió que
utilitzaran els aplicatius remots. El resultat d’aquest procediment crea dues classes
que els clients han de conèixer. Aquestes es coneixen com Skeleton i Stub. Un cop
preparat, les aplicacions remotes ja poden accedir a fer les instanciacions dels
objectes remots. S’ha de tenir en compte que els objectes remots són persistents.
5.3 Implantació de RMI al Sistema.
Utilitzant RMI[5] podem dur a terme la gestió dels arxius XML[10] i l’accés a la base de
dades d’una manera centralitzada, de manera que els usuaris remots només coneixen
el nom del mètode que invoquen, però realment no saben el que està passant en l’altre
extrem de la comunicació.
Per tal de dur a terme aquesta feina fa falta la creació de noves classes i d’una
interfície remota. La interfície s’anomena IMetodes i inclou la descripció dels mètodes
que es posen a disposició de tercers a través del servidor. Com tota interfície és
necessari tenir una classe que implementi els mètodes descrits, doncs bé, aquesta
classe s’anomena IMetodesImpl. Aquesta conté la implementació dels mètodes que
bàsicament el que fan és gestionar les connexions a la base de dades i la gestió dels
documents XML[10]. Finalment es necessita una classe que instancii un servidor i el
faci públic a la xarxa. Aquesta classe s’anomena Servidor.
Les classes remotes que accedeixen a aquest servidor són dues, una pel professor i
una altra per l’estudiant. Més endavant, quan s’implementa el protocol d’autenticació
es crea una tercera classe per comunicar amb el servidor. Aquesta s’encarrega del
protocol de seguretat. Cadascuna d’aquestes classes crea un vincle de comunicació
amb el servidor que permet fer les crides a tots els mètodes públics. Fins ara, en les
proves, aquestes crides es feien de manera local.
Decisions preses per la implementació:
Utilitzar RMI[5] perquè redueix el temps de desenvolupament d’aplicacions
remotes. Els tests han verificat la portabilitat, tant del codi Java[4], com
l’execució remota en diferents sistemes operatius, com ara Win32, Linux i Mac
OS X.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
48
5.4 Diagrama de classes de la comunicació dels components.
El diagrama de classes modificat és:
XMLManager
B64Manager
SignarVerificar
IdExamen
P12Manager
Xifrador
ProtocolAlumne ProtocolProfessor ProtocolGestor
«interfaz»
IMetodes
IMetodesImpl
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*1
*
1
*
1*
1
*
1
*1
*
1
*
1
*
1
*
Alumne
1
*
Professor
1
*
Gestor
1*
Poc a poc es veu com es van relegant feines cap al servidor. En la part de la base de
dades es veurà com s’introdueixen cadascun dels protocols pels actors per separat
amb una abstracció més general.
La classe Servidor només serveix per a fer públic a través de la xarxa els mètodes
descrits en la interfície IMetodes, per això no surt en el diagrama de classes.
5.5 Proves realitzades.
Per tal de posar a prova el sistema de RMI[5] el que s’ha fet és crear dues classes,
una per l’estudiant i l’altra pel professor. El codi que conté cadascuna d’elles és el
mateix que ja s’ha comentat en capítols anteriors amb la única diferencia que ara ja es
fan les crides necessàries als mètodes remots.
Així per exemple, quan el professor té la redacció de l’examen llesta i la vol enviar al
gestor d’exàmens utilitza el codi següent:
int Resultat = server.enviar(xml.getRedaccio());
El resultat que retorna aquesta crida va en funció de l’execució que es realitza en el
servidor. El que el servidor realitza en cada moment depèn de la fase en la que es
troba l’execució, però en general la feina en aquest test es limita a verificar les
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
49
signatures de les dades enviades, ja que el sistema encara no disposa d’una base de
dades. Per veure aquest fet amb més detall, el codi que executa el servidor en la fase
de redacció és el següent:
System.out.println("El gestor ha rebut Es i procedeix a fer la verificacio.");
SignarVerificar SVGestor = new SignarVerificar("gestor.p12", "uoc2004");
System.out.println("Classe SignarVerificar pel Gestor instanciada.");
SVGestor.verifySignature(xml.getEs(), xml.getEASignar().getBytes());
System.out.println("Signatura verificada pel gestor d'examens.");
El mateix es realitza per la resta de fases. No s’inclou la resta del codi ja que és una
mica extens i no aporta més informació útil.
5.6 Evolució del Protocol.
Per tal de no ficar un capítol extra desprès de tots, a continuació s’explica quin és el
resultat final de la implementació RMI[5] del projecte. Un cop la base de dades i la
interfície han estat implementades és necessari tenir una classe tant pel professor com
per l’estudiant que continguin el protocol criptogràfic per fases, i permetin l’abstracció
dels mètodes de la interfície.
Aquestes dues classes més la que implementa el protocol del servidor són les
encarregades en última instància d’accedir, tal com s’ha comentat en el capítol
anterior, a la classe XMLManager.
Durant la implementació d’aquest capítol, a més, s’ha utilitzat una nova classe que
s’anomena LogManager. L’objectiu d’aquesta classe és el d’anar anotant en un arxiu
totes les incidències de l’execució de l’aplicació. La utilització d’aquesta classe es va
fer necessària un cop es va veure que el contingut de log mostrat per pantalla era
massa extens. Com que només és una classe auxiliar es comenta amb més detall en
un dels annexos. Tampoc no es mostrarà en els diagrames de classes ja que gairebé
la totalitat de les classes hi accedeixen de manera que dificultaria la lectura.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
50
6. Base de Dades.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
51
6.1 Introducció
Els test que s’anaven realitzant fins aquest punt necessitaven d’un enunciat i/o una
resposta per funcionar. Per tant, cada cop que s’iniciava el programa de test les dades
es creaven de nou estant aquestes incloses en el codi.
La utilització d’una base de dades permet emmagatzemar els enunciats dels exàmens
i les seves respostes de forma persistent, que és un dels objectius principals d’aquest
projecte.
El Sistema Gestor de Bases de Dades utilitzat és MySQL[9]. Aquest, com la gran
majoria de programari utilitzat, és de lliure distribució. A més, se’n pot trobar una
implementació tant per a plataformes MS Win32, Linux o MacOSX, cosa que facilita la
instal·lació en tot tipus de plataformes.
6.2 Utilitat de la base de dades.
A la base de dades s’hi guarden totes les dades referents al sistema, des de les dades
dels certificats, la identitat dels actors del sistema, així com les dades dels exàmens i
finalment les dades referents als clients autenticats.
L’encarregat d’accedir a la base de dades és exclusivament el gestor d’exàmens, que
rebrà les peticions dels clients. Aquest era un dels objectius inicials del projecte, tal i
com es pot veure en l’esquema de la introducció.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
52
6.3 Model de la base de dades.
A continuació es mostra un esquema del model de la base de dades:
Les relacions són les següent:
Persona Æ Resposta: Relació de 1 a *. Relaciona els estudiants de la taula
Persona amb les respostes de la taula Resposta. Pot haver-hi més d’una
resposta per cada estudiant.
Persona Æ Enunciat: Relació de 1 a *. Relaciona els professors de la taula
Persona amb els enunciats de la taula Enunciat. Pot haver-hi més d’un
enunciat per cada professor.
Enunciat Æ Resposta: Relació de 1 a *. Relaciona les respostes de la taula
Respostes amb els enunciats de la taula Enunciat Hi pot haver més d’una
resposta per cada enunciat.
Com es pot veure en la figura anterior, es relacionen les dues taules Enunciat i
Resposta amb la taula Persona, això és degut a que la taula Persona conté tant els
professors com els estudiants. S’ha optat per aquesta solució per ser la més simple i la
que a priori dona menys problemes. Si es creu que per raons de seguretat és millor
tenir els Estudiants i els Professors en taules separades, els canvis que s’han de
realitzar són mínims.
6.4 Descripció de les taules de la base de dades..
Taula Autenticats:
Aquesta taula conté les dades referents als clients autenticats durant el procés
d’autenticació per accedir a les opcions del sistema, i té els camps següents:
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
53
La: funció de Hash sobre el certificat del client en base64 (Fingerprint).
Na: número aleatori generat pel client.
Nb: número aleatori generat pel servidor. Aquest camp serveix per a comprovar
que el client és qui diu ser i que té permisos per a realitzar les accions
sol·licitades.
Taula Persona:
Aquesta taula emmagatzema totes les dades, tant dels estudiants com dels
professors. Realment el que inclou aquesta taula són els certificats i els fingerprints
dels mateixos. A part s’hi afegeixen les dades relatives al certificat que poden servir en
el futur. Els camps que conté són:
Fingerprint: funció de Hash sobre el certificat de la persona en base64.
Certificate: el certificat X509 de la persona.
SubjectDN: dades auxiliars sobre el certificat de les persones.
Taula Gestor:
Aquesta taula és idèntica al anterior, però per qüestions de seguretat emmagatzemem
els gestors d’exàmens en un espai apart. Els camps que conté són:
FingerPrint: funció de Hash sobre el certificat de la persona en base64
Certificate: el certificat X509 del Gestor.
SubjectDN: Dades auxiliars sobre el certificat dels gestors.
Taula Enunciat:
La taula enunciat s’utilitza per guardar els enunciats dels exàmens. A més a més
inclou la signatura digital de l’examen i el camp identificador que serveix per a
relacionar-lo amb les respostes. La descripció dels camps que conté són els següents:
IdProfessor: fingerprint del professor, per a futures comprovacions.
IdExamen: estructura XML[10] de la concatenació dels camps del Identificador
d’un examen. Les dades dels camps estan en base64.
Enunciat: estructura XML[10] de l’enunciat de l’examen, també en base64.
Es: signatura digital de l’enunciat de l’examen. Està en format XML[10] i en
base64
Taula Resposta:
Aquesta taula s’utilitza per guardar les respostes dels exàmens. La taula inclou tots els
camps relacionats amb el protocol criptogràfic. El camp IdAlumne és el que ens servirà
per a relacionar-los amb els enunciats. Totes les dades a l’interior de l’estructura
XML[10] estan en base64.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
54
La descripció dels camps que conté és la següent:
IdAlumne: fingerprint de l’estudiant. Identificador únic.
IdExamen: concatenació dels camps de l’identificador d’un examen.
Resposta: la resposta de l’examen.
Nota: nota assignada a l’examen.
Rs: signatura digital de l’enunciat de l’examen.
T: capçalera de lliurament que inclou els camps IdExamen, Ie i Tm.
Ts: rebut de l’examen.
X: conté el xifratge de la Resposta
Xs: signatura del xifratge anterior que conté a més els camps X, R i Es.
Ns signatura de Es, Ts i Nota
Rv signatura d’una revisió que inclou els camp Ir i Ts.
6.5 Classe responsable d’accés a la base de dades.
La classe responsable d’accedir a la base de dades és DBManager. La seva feina
inclou totes les operacions, tant d’inserció de persones, com les consultes a enunciats
i respostes, alhora que gestiona l’entrada i sortida de clients autenticats.
En el diagrama de classes de l’aplicació, aquesta és només utilitzada per la classe
definida en el capítol anterior anomenada ProtocolGestor.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
55
6.6 Diagrama de Classes de la part de la base de dades.
XMLManager
B64Manager
SignarVerificar
IdExamen
P12Manager
Xifrador
ProtocolAlumne ProtocolProfessor ProtocolGestor
«interfaz»
IMetodes
IMetodesImpl
DBManager
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*1
*
1
*
1
*
1*
1
*
1
*1
*
1
*
1
*
1
*
Alumne
1
*
Professor
1
*
Gestor
1*
6.7 Parametrització de l’accés a la base de dades.
Per tal de facilitar l’accés a la base de dades des de qualsevol localització en la que
s’instal·li l’aplicatiu, s’ha optat per tenir un arxiu de configuració que permeti entrar les
dades bàsiques sobre la situació de la BD i el compte d’accés a la mateixa. L’arxiu es
troba situat en l’arrel de l’aplicació i s’anomena “host.txt”. Aquest que es mostra a
continuació és un exemple de configuració amb els següents camps:
Nom de la base de dades a connectar (pfc per defecte)
Adreça IP del host de la base de dades.
Nom del superusuari en la base de dades.
Contrasenya del superusuari.
Exemple de “hosts.txt”:
pfc
192.168.0.8
gestor
uoc2004
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
56
7. Protocol d’autenticació.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
57
7.1 Introducció
Fins aquest punt s’ha descrit l’esquema criptogràfic, la representació de les dades, la
comunicació dels components, i la base de dades. Ara bé, un punt essencial és poder
identificar i autenticar els usuaris del sistema perquè segons qui sigui cada usuari
podrà realitzar unes o altres operacions. Aquest pas és un dels primer que es realitza
quan s’inicia la interfície gràfica.
El protocol d’autenticació que s’utilitza en el projecte està basat en el protocol modificat
segur de Needham – Schroeder
[17].
7.2 Funcionament del protocol.
El protocol de Needham – Schroeder en si és força senzill d’implementar. S’ha creat
una classe per fer aquesta autenticació que disposa de dos mètodes que implementen
aquest funcionament. Per una banda, hi ha un mètode local en cadascun dels
aplicatius, tant del professor com de l’estudiant, que s’encarrega de fer la feina per la
part dels usuaris. A més a més, en la interfície pública dels mètodes compartits que ja
s’ha comentat anteriorment en el capítol del protocol RMI[5], s’han afegit els mètodes
necessaris per tal de dur a terme l’autenticació.
El protocol estableix la comunicació entre dues parts, que en aquesta descripció reben
el nom de client i servidor per tal de fer la comprensió més senzilla.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
58
La notació que s’utilitza és la mateixa que s’ha emprat en la descripció de l’esquema
criptogràfic, tot i que a més a més s’utilitzen les expressions següents:
Nx: número aleatori, tindrem Nclient i Nservidor.
Lx: fingerprint o Hash del certificat de la part x, n’hi haurà dos, un pel client i un
pel servidor
Els passos a seguir són els següents:
Part a executar en el client:
E
servidor(NClient, LClient)
Es xifra amb la clau pública del servidor un número aleatori i el hash de
certificat del client.
S’envia el resultat del pas anterior al servidor.
Part a executar en el servidor:
D
servidor(Eservidor(Nclient, Lclient))
El servidor obté Nclient i Lclient desxifrant el que ha rebut del client.
E
client(Nclient, Nservidor, Lservidor)
El servidor xifra utilitzant la clau pública del client els dos números aleatoris i el
hash del certificat propi del servidor.
S’envia el resultat del pas anterior al client.
Part a executar en el client:
D
client(Eclient(Nclient, Nservidor, Lservidor))
El client desxifra amb la seva clau privada i obté Nservidor i Lservidor.
E
servidor(Nservidor)
El client xifra Nservidor amb la clau pública del servidor.
S’envia el resultat del pas anterior al servidor
Part a executar en el servidor:
D
servidor(Eclient(Nservidor))
El servidor desxifra amb la seva clau privada el missatge rebut.
Comprova si Nservidor que ha en última instància és igual al que ell va enviar. Si
són iguals, aleshores el protocol està acabat i les dues parts es consideren
autenticades.
7.3 Implantació del protocol al Projecte.
Per implantar el protocol explicat al projecte, i tal i com ja hem comentat, s’ha afegit
una classe amb dos mètodes, un de local i un altre de remot per simular cadascuna de
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
59
les parts. Seguint les decisions de disseny del projecte, les dades que s’intercanvien el
client i el servidor estan en format XML[10].
La integració del protocol anterior varia una mica de la implementació que es pot trobar
en el projecte. Per tal d’estalviar una transferència de dades es va fer que un cop el
client ha realitzat el primer pas i envia les dades al servidor, aquest crea una entrada a
la base de dades conforme el client ha iniciat el procés d’autenticació. Amb les dades
que envia, el servidor pot estar segur de la seva autenticitat.
Un cop les dades estan introduïdes en la base de dades, el servidor envia la resposta
al client, de manera que únicament el client legítim pot obtenir el valor NServidor que li
permetrà autenticar-se més tard contra el servidor.
Per fer això, en el moment en el que el client ha de realitzar alguna acció que
requereix l’autenticació envia una petició al servidor i adjunta el valor NServidor que havia
obtingut anteriorment. El que fa el servidor es comprovar si a la base de dades existeix
algun client autenticat prèviament on el valor NServidor coincideixi amb el que acaba de
rebre. D’alguna manera podríem dir que s’estan fent els dos últims passos del protocol
d’autenticació però en el moment de realitzar la petició i no abans. En el cas que el
servidor trobi el valor a la base de dades procedeix a donar pas al client per realitzar
les accions pertinents alhora que esborra de la base de dades el registre del client
autenticat. D’aquesta manera si el client requereix d’una altra acció, ha de tornar a
realitzar tot el procés de nou. Això evita els atacs de reutilització de valors (reply
attacks).
Les dades que es passen entre el client i el servidor durant aquesta fase estan
emmagatzemats dins d’una classe que s’ha declarat serialitzable per a que pugui ser
passada a través de RMI[5] sense problemes.
7.4 Document XML per l’autenticació.
Les dades de l’autenticació es passen constantment entre els clients i el servidor. Per
tal de seguir la mateixa política de transferència de dades entre les parts, aquestes es
passaran dins d’un document XML[10].
L’esquema del document XML[10] per a l’autenticació és el següent:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE InformacioAutenticacio SYSTEM "autenticacio.dtd">
<Autenticacio>
<Na/>
<La/>
<Nb/>
<Lb/>
</Autenticacio>
L’explicació de cadascun dels camps del document és la següent:
<Na> número aleatori del client (estudiant o professor).
<La> hash (fingerprint) del client.
<Nb> número aleatori del servidor.
<Lb> hash (fingerprint) del servidor.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
60
El DTD d’aquesta estructura XML[10] és el següent:
<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE InformacioAutenticacio [
<!ELEMENT Autenticacio (Na, Nb, La, Lb)>
<!ELEMENT Na (#PCDATA)>
<!ELEMENT Nb (#PCDATA)>
<!ELEMENT La (#PCDATA)>
<!ELEMENT Lb (#PCDATA)>
]>
De la mateixa manera que en els documents XML[10] dels exàmens es disposava
d’una classe que s’encarregava de gestionar-los, en aquests es farà el mateix. La
classe que s’encarregarà de gestionar els documents XML[10] de l’autenticació serà
XMLAuthManager. A aquesta classe hi tindran accés tant els usuaris dels aplicatius
remots com el gestor d’exàmens.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
61
8. Interfície gràfica.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
62
8.1 Introducció
La interfície gràfica d’un aplicatiu acostuma a ser una de les parts més crítiques
d’implementar. L’usuari final passarà moltes hores davant de l’aplicatiu i una interfície
mal dissenyada o feixuga d’utilitzar pot condemnar l’aplicatiu al fracàs.
En el projecte, la interfície era un dels requeriments menys importants, es tractava de
realitzar-ne una que fos prou simple d’utilitzar i que alhora donés la possibilitat de
realitzar totes les opcions del sistema. S’ha optat pel més simple, una única pantalla
tant per l’estudiant com pel professor.
8.2 Llibreria utilitzada: SWT
SWT són les sigles de Standard Widget Toolkit, i permet dissenyar interfícies d’una
manera senzilla alhora que efectiva. El paquet SWT és de lliure distribució i ve amb les
distribucions de l’entorn de desenvolupament Eclipse[7], que és el que s’ha utilitzat per
desenvolupar el programari. La seva instal·lació i procediments de configuració per a
ser utilitzats per primera vegada no són del més intuïtiu però.
Aquest procés està comentat a la secció 9. Joc de Proves., on com ja s’ha comentat,
hi ha un exemple complert de l’execució del projecte, incloent tots els passos de
configuració.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
63
8.3 Aplicatiu del professor
Com s’apuntava en la introducció de la memòria, es disposa de dues pantalles, la
primera d’elles és la de l’aplicatiu del professor.
Aplicatiu del professor
Imatge 5: Aplicatiu del professor en un Mac OSX
Aquesta pantalla està dividida en tres zones importants:
Identificador d’examen: en aquests cinc camps de text el professor ha de
subministrar el codi de l’examen que es vol crear o corregir. Els cinc camps són
obligatoris i en cas de haver-n’hi algun buit, es produirà un error.
Imatge 6: Zona de l’identificador de l’examen
Zona de comandes: aquests botons serveixen per a dur a terme les tasques del
protocol del professor:
o Crear Examen: executa la fase de redacció. És necessari que tots els
camps de l’identificador i el camp de l’enunciat de l’examen estiguin
correctament omplerts.
Imatge 7: Botó “Crear examen”
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
64
o Obtenir Resposta: en aquest cas, s’executa la fase 3 del protocol, la
correcció de l’examen. El professor, com sempre, subministra
l’identificador de l’examen i rep les respostes que hi ha per l’examen.
Un text indicador ens informarà del nombre de respostes. Si aquest és
major que un, aleshores s’activaran els botons que permeten navegar
entre les respostes.
Imatge 8: Botó “Obtenir resposta” i botons de navegació.
o Ficar Nota: aquesta acció finalitza la fase de correcció. Assigna una
nota a un examen seleccionat via el pas anterior. Si el camp de la nota
no està correctament omplert mostrarà un missatge d’error.
Imatge 9: Botó “Ficar nota” i camp per entrar el valor.
o Veure Revisions: de la mateixa manera que amb les respostes de
l’examen, amb aquesta acció, el professor activa la fase de revisió del
protocol. Obtindrà, una a una, les peticions de revisió que els estudiants
hagin sol·licitat des del seu aplicatiu. Si n’hi ha més d’una aleshores els
botons de navegació s’activaran.
Imatge 10: Botó “Veure revisions” i botons de navegació.
o Sortir: aquest botó acaba l’execució del programari.
Imatge 11: Botó “Sortir”.
Camps per l’enunciat i les respostes: en aquests dos camps, als que el
professor només té accés a editar el de l’enunciat, apareixeran els enunciats i
les respostes dels estudiants.
Imatge 12: Camps de text per l’enunciat i la resposta.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
65
8.4 Aplicatiu de l’estudiant.
De la mateixa manera, l’estudiant disposa de la seva pròpia interfície gràfica.
L’estudiant disposa d’una interfície que dona peu a menys opcions, ja que simplement
pot rebre un enunciat, veure la nota de l’examen corregit i si ho creu oportú, pot
demanar una revisió de l’examen. Aquí es cobreixen les fases 2, 4, i la primera part de
la 5 de l’esquema criptogràfic.
La interfície de l’estudiant és tal i com es mostra a continuació:
Aplicatiu de l’estudiant
Imatge 13: Aplicatiu de l’estudiant en un Mac OSX
Aquesta pantalla està dividida en tres zones característiques, igual que en l’aplicatiu
del professor:
Identificador d’examen: en aquests cinc camps de text l’estudiant ha de
subministrar el codi de l’examen que vol contestar, del que en vol saber la nota,
o del que en vol demanar una revisió. Els cinc camps són obligatoris i en cas
de haver-n’hi algun buit, es mostra un missatge d’error.
Imatge 14: Zona de l’identificador de l’examen
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
66
Zona de comandes: aquests botons serveixen per a dur a terme les tasques del
protocol de l’estudiant:
o Obtenir Enunciat: aquest botó executa la fase de resposta del protocol.
En aquest punt, l’estudiant veurà a l’espai del Text de l’examen,
l’enunciat proposat pel professor. Si els cinc camps de l’identificador no
estan correctament emplenats es produirà un error.
Imatge 15: Botó “Obtenir enunciat”
o Enviar Resposta: prement aquest botó es finalitza la fase de resposta
del protocol. En aquest cas, són necessaris els camps de l’identificador i
el camp de la resposta. En cas de que algun d’aquest estigui malament
es produirà un error.
Imatge 16: Botó “Enviar resposta”
o Obtenir Nota: aquest botó dona accés a la fase d’obtenció de la nota del
protocol. L’estudiant rebrà un missatge en el que se li informa de la
seva nota si aquesta ja ha estat assignada. Cas de no ser així rebrà un
missatge igualment on se li informa que la nota encara no està
assignada.
Imatge 17: Botó “Obtenir nota”
o Demanar Revisió: aquest botó executa la fase de revisió del protocol.
Introduirà a la base de dades la petició de revisió per a l’identificador en
concret.
Imatge 18: Botó “Obtenir revisió”
o Sortir: aquest botó acaba l’execució del programari.
Imatge 19: Botó “Sortir”
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
67
Camps per l’enunciat i les respostes: en aquests dos camps apareixeran els
enunciats dels exàmens i l’estudiant podrà escriure la resposta.
Imatge 20: Camps de text per l’enunciat i la resposta.
8.5 Gestió d’errors.
La interfície gràfica és l’encarregada en última instància d’informar dels errors que es
puguin presentar durant l’execució del programari. Per tal de dur aquesta tasca a
terme, s’ha implementat una classe específica. El nom d’aquesta classe és
ExceptionManager i és una extensió de la classe Exception de Java[4].
La classe conté un atribut que s’anomena codiError. Cada cop que es produeix un
error en l’aplicatiu es llença una nova excepció amb el codi de l’error corresponent. La
llista dels error possibles es troba en l’annex H d’aquesta memòria.
El fet d’utilitzar aquest sistema per a notar els errors pot permetre, en un futur, traduir
l’aplicatiu sense cap problema, assegurant així la internacionalització de l’eina, alhora
que permet anar afegint errors a mesura que es detecten.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
68
9. Joc de Proves.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
69
9.1 Introducció
L’objectiu del joc de proves és donar un exemple de la configuració i l’execució
complerta del sistema presentat. En aquest capítol es mostra com crear els certificats
dels usuaris, la configuració de la base de dades, l’execució del servidor RMI[5] i un
exemple complert del cicle de vida d’un examen utilitzant els aplicatius corresponents.
9.2 Generació dels certificats.
El primer que fa falta és preparar els arxius necessaris pels usuaris de l’aplicatiu. El
primer que s’ha de preparar és el certificat autosignat de l’entitat certificadora. Per a
dur a terme aquesta tasca s’empraran els arxius de comandes que s’han comentat en
el Capítol 2. Sempre que s’hagi d’entrar una contrasenya s’emprarà “uoc2004”, així és
més senzill recordar-ho i per a dur a terme aquest exemple és suficient.
Adjunt a la memòria s’ha subministrat un directori anomenat PKI on hi ha una
estructura de carpetes preparada per a dur a terme aquesta tasca. S’anirà explicant a
mesura que l’execució avanci. Es recomana situar-se dins del directori /bin, per a
executar més còmodament els scripts.
D’una banda s’han de crear les claus per a la CA amb una longitud de 2048 bits i
desprès es generarà un certificat autosignat. S’ha de fer el següent:
./generarClaus CA.key 2048
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
70
El resultat és un arxiu anomenat CA.key que conté la parella de claus de la CA. A
continuació s’ha de generar un certificat autosignat per la CA. S’ha de fer el següent:
./generaCertificatAutosignat CA.key CA.crt 365
El paràmetre 365 es refereix als dies que el certificat serà vàlid. Durant l’execució
d’aquesta última comanda es demana a més que s’introdueixin totes les dades per a
identificar la CA.
Per a aquest exemple s’han utilitzat les següents:
Country Name: AD
State or Province Name: Andorra
Locality Name: Andorra
Organization Name: UOC
Organitzational Unit Name: UOC
Common Name: Entitat Certificadora
Email: camp deixat en blanc.
El resultat de les accions es veu a continuació:
IBook:~/PKI/bin aleix$ ./generarClaus CA.key 2048
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
..............................................................................
..............................................................................
.......................................+++
.....+++
e is 65537 (0x10001)
Enter pass phrase for CA.key:
Verifying - Enter pass phrase for CA.key:
IBook:~/PKI/bin aleix$ ./generaCertificatAutosignat CA.key CA.crt 365
Enter pass phrase for CA.key:
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [AU]:AD
State or Province Name (full name) [Some-State]:Andorra
Locality Name (eg, city) []:Andorra
Organization Name (eg, company) [Internet Widgits Pty Ltd]:UOC
Organizational Unit Name (eg, section) []:UOC
Common Name (eg, YOUR name) []:Entitat Certificadora
Email Address []:
El resultat és l’arxiu CA.crt, que és el que feia falta per fer la resta.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
71
Ara fa falta la generació dels arxius pels usuaris. El primer que és fa és crear la parella
de claus pel gestor d’exàmens. Per dur a terme aquesta tasca fa falta executar els
següents fitxers de comandes:
Generar les claus pel gestor, s’ha de tornar a utilitzar el codi següent (aquest cop la
longitud és de 1024 bits):
./generarClaus gestor.key 1024
Seguidament s’ha de generar una petició de certificat per la CA que s’ha creat en
l’apartat anterior. S’ha d’emprar la següent comanda:
./generaPeticioCertificat gestor.key gestor.csr ../openssl.cnf
Durant l’execució d’aquesta última comanda s’han d’introduir totes de dades per a
identificar el gestor.
Per a aquest exemple s’han utilitzat les següents:
Country Name: AD
State or Province Name: Andorra
Locality Name: Andorra
Organization Name: UOC
Organitzational Unit Name: Gestors
Common Name: Gestor
La resta de camps es poden deixar en blanc.
Ara s’han de moure els arxius creats a noves ubicacions per a no crear problemes de
localització. Principalment s’ha de ficar l’arxiu CA.key a la carpeta PKI/CAPFC/private.
L’arxiu CA.crt el col·loquem en PKI/CAPFC.
Ara s’ha de fer que la CA emeti el certificat, això es realitza amb la següent comanda,
per evitar problemes amb el fitxer de configuració es recomanable situar-se ara a
l’arrel de PKI:
./bin/generaCertificat ./bin/gestor.csr ./bin/gestor.crt openssl.cnf
Finalment s’ha de generar l’arxiu .p12, que és el que l’aplicatiu farà servir. S’ha
d’utilitzar la següent comanda:
./bin/generaPKCS12 ./bin/gestor.key ./bin/gestor.crt ./CAPFC/CA.crt gestor.p12
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
72
El resultat de les accions es pot veure a continuació:
IBook:~/PKI/bin aleix$ ./generarClaus gestor.key 1024
Generating RSA private key, 1024 bit long modulus
....++++++
.......++++++
e is 65537 (0x10001)
Enter pass phrase for gestor.key:
Verifying - Enter pass phrase for gestor.key:
IBook:~/PKI/bin aleix$ ./generaPeticioCertificat gestor.key gestor.csr
../openssl.cnf
Enter pass phrase for gestor.key:
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Country Name (2 letter code) [ES]:AD
State or Province Name (full name) [Catalunya]:Andorra
Locality Name (eg, city) [Barcelona]:Andorra
Organization Name (eg, company) [Universitat Oberta de Catalunya]:UOC
Organizational Unit Name (eg, section) [Consultors]:Gestors
Common Name (eg, YOUR name) []:Gestor
Email Address []:
Please enter the following 'extra' attributes
to be sent with your certificate request
A challenge password []:
An optional company name []:
IBook:~/PKI/bin aleix$ cd ..
IBook:~/PKI aleix$ ./bin/generaCertificat ./bin/gestor.csr ./bin/gestor.crt
openssl.cnf
Using configuration from openssl.cnf
Enter pass phrase for ./CAPFC/private/CA.key:
Check that the request matches the signature
Signature ok
The Subject's Distinguished Name is as follows
countryName :PRINTABLE:'AD'
stateOrProvinceName :PRINTABLE:'Andorra'
localityName :PRINTABLE:'Andorra'
organizationName :PRINTABLE:'UOC'
organizationalUnitName:PRINTABLE:'Gestors'
commonName :PRINTABLE:'Gestor'
Certificate is to be certified until Dec 24 09:30:14 2005 GMT (365 days)
Sign the certificate? [y/n]:y
1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated
IBook:~/PKI aleix$ ./bin/generaPKCS12 ./bin/gestor.key ./bin/gestor.crt
./CAPFC/CA.crt gestor.p12
Enter pass phrase for ./bin/gestor.key:
Enter Export Password:
Verifying - Enter Export Password:
El resultat és l’arxiu gestor.p12.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
73
Ara és necessari fer el mateix pel professor i per l’estudiant tipus que s’utilitzen en
l’exemple. L’execució és la mateixa que s’ha realitzat pel gestor. Es tracta de fer el
mateix que s’ha fet tenint en compte el següent:
A tot arreu on s’ha ficat gestor s’ha de modificar per estudiant o professor.
A les dades del certificat s’han de canviar els següents camps:
o Organitzational Unit Name: Estudiants o Professors depenent del cas.
o Common Name: Estudiant o Professor depenent del cas.
Executat tot això s’haurien de tenir tres arxius .p12 a l’arrel del directori PKI:
alumne.p12
professor.p12
gestor.p12
Es poden guardar aquests arxius en la carpeta que més interessi, serà necessari
recordar-la per a l’execució dels programaris.
Aquesta fase està completada. S’explicarà ara com preparar la base de dades.
9.3 Preparació de la base de dades.
Es parteix de la base que es disposa d’una màquina dedicada a allotjar el servidor de
base de dades, en la que s’ha instal·lat prèviament MySQL[9] (es recomana la versió
4.1.7). Per a la gestió de la base de dades s’ha utilitzat el programa de lliure distribució
SQLyog
[16] (versió 4.0 indispensable per a treballar amb MySQL 4.x).
El primer que s’ha d’executar és el fitxer que es pot trobar en l’annex C. Aquest fitxer
crea la base de dades pfc (nom per defecte, però es pot triar el que es vulgui) i les
taules necessàries. Seguidament és indispensable donar permisos totals a l’usuari que
es connectarà des de l’aplicatiu del gestor d’exàmens a la base de dades que s’ha
creat. Això és important fer-ho correctament ja que si, per exemple, el nom de l’usuari
és gestor, no és el mateix donar permisos a gestor@localhost que a
gestor@192.168.0.1, ja que són usuaris que accedeixen des de localitzacions diferents
i per tant poden tenir permisos diferents.
Per fer l’accés a la base de dades de manera senzilla s’ha habilitat la possibilitat de
tenir un fitxer que anomenat “host.txt”, que es troba en l’arrel de l’aplicatiu del gestor,
que conté les dades de l’usuari que es connecta a la base de dades.
hosts.txt:
pfc
192.168.0.8
gestor
uoc2004
En aquest exemple s’estaria dient que la base de dades s’anomena pfc, que està
localitzada en el servidor amb adreça IP 192.168.0.8 i que l’usuari s’anomena gestor
amb contrasenya uoc2004. Per tant, segons la configuració del sistema en concret cal
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
74
donar permisos a l’usuari gestor amb la adreça IP de la màquina que executa el
servidor gestor d’exàmens. (gestor@192.168.0.8)
Un cop fet això es pot donar per configurada la base de dades, que ja està preparada
per a acceptar les peticions que el gestor d’exàmens realitzi. La primera d’aquestes
peticions és la d’introduir les dades dels certificats que s’han generat en el primer pas.
9.4 Inserció dels usuaris a la base de dades.
Aquest pas és crític i sovint és fàcil oblidar-lo. Si la base de dades no compta amb les
dades dels certificats no pot comprovar que les dades que els clients li estan enviant
en el moment de la autenticació són correctes.
Per a fer aquesta inserció es disposa d’una aplicació realitzada en Java[4]. Aquesta
aplicació s’anomena CertManager.java i necessita de les classes que el gestor disposa
en el seu directori, concretament utilitza DBManager, ExceptionManager i
P12Manager. L’execució es realitza de la següent forma:
java CertManager filename.p12 password -g|-p
L’últim paràmetre indica si l’usuari que s’entra és una persona que utilitzarà l’aplicatiu o
be és un gestor. El tracte pels dos és diferent. L’execució per a introduir el gestor seria:
java CertManager gestor.p12 uoc2004 –g
L’execució pels altres dos usuaris, estudiant i professor seria:
java CertManager professor.p12 uoc2004 –p
java CertManager alumne.p12 uoc2004 –p
Un cop realitzades aquestes execucions, les dades dels actors del sistema estan
correctament entrades a la base de dades.
En aquest punt el servidor està gairebé preparat. Només falta arrencar el servidor
RMI[5] que el deixarà en disposició de rebre peticions dels clients remots, abans però,
s’ha de configurar la màquina virtual Java[4] per a que reconegui les llibreries externes
que s’han utilitzat[6].
9.5 Configuració per a l’execució en Java.
Per tal de que tot es pugui executar sense problemes amb l’entorn Java[4], és
necessari modificar alguns arxius de la instal·lació base de Java[4] i alhora s’han
d’afegir les llibreries pròpies que s’han utilitzat.
La principal llibreria és la del IAIK
[15]. L’arxiu s’anomena iaik_jce_full.jar i la instal·lació d’aquesta llibreria porta implícita
la modificació de dos arxius de seguretat que es troben en
%JAVA_HOME%\jre\lib\security. Els dos arxius a modificar s’inclouen en la distribució
d’aquesta memòria. Concretament s’han de sobrescriure els arxius:
local_policy.jar
US_export_policy.jar
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
75
L’arxiu iaik_jce_full.jar s’ha de copiar a %JAVA_HOME%\jre\lib\ext.
De la mateixa manera, faran falta les llibreries de JDOM[8] per a tractar documents
XML[10] i la llibreria d’accés a bases de dades MySQL[9]. Els arxius s’anomenen
jdom.jar i mysql-connector-java-3.0.15-ga-bin.jar respectivament. Tots dos s’han de
copiar a la mateixa ubicació que l’anterior (en %JAVA_HOME%\jre\lib\ext). La
instal·lació de les llibreries gràfiques es comentarà en l’apartat dels clients.
9.6 Execució del servidor RMI.
El servidor RMI[5] depèn de que Java[4] estigui correctament instal·lat, cosa que no
depèn d’aquest projecte i alhora de que no hi hagi un firewall que bloquegi les
connexions de xarxa, evidentment. El port que utilitza RMI[5], en general, és el 1099.
Un cop està assegurat que aquest port està obert podem passar al següent pas. D’una
banda és necessari compilar el codi font i desprès és necessari preparar les
estructures que permetran a RMI[5] acceptar connexions.
Suposant que ja es té el codi compilat s’hauran d’executar les següents comandes:
rmic IMetodesImpl
rmiregistry &
java Servidor gestor.p12 uoc2004 &
La primera comanda prepara les estructures que ja s’han comentat en el capítol de
RMI[5], en concret crearà dos arxius que són indispensables:
IMetodesImpl_Skel.class
IMetodesImpl_Stub.class
Els aplicatius del client han de tenir accés a aquests arxius, ja sigui via les variables
d’entorn o per que es troben en la mateixa carpeta de l’aplicatiu.
La segona comanda executa com a servei el rmiregistry, que obre el port necessari i
es posa a l’escolta. Finalment, la última comanda executa el servidor. Com es pot
veure es passa com a paràmetres el nom i contrasenya del gestor d’exàmens. Una de
les millores proposades pel projecte és crear una interfície per a dur a terme aquesta
tasca de manera més còmoda.
Si es treballa en un entorn Linux/Unix veurem com en els processos del sistema
s’executa el servidor si es fa servir la comanda ps:
IBook:~/Desktop/eclipse/workspace/PFCv1.1 aleix$ ps
PID TT STAT TIME COMMAND
502 std S 0:00.05 -bash
517 std S 0:00.34 rmiregistry
518 std S 0:02.98 java Servidor gestor.p12 uoc2004
La part del servidor està llesta.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
76
9.7 Execució de la interfície gràfica del professor.
Com ja s’ha comentat en el seu capítol, per a les interfícies gràfiques s’ha utilitzat la
llibreria que ve amb les distribucions de l’Eclipse[7], anomenada SWT. Aquesta,
depenent del sistema operatiu que utilitzem, ve amb un o dos paquets (.jar). En el cas
de plataformes Win32, ve en un únic arxiu anomenat swt.jar.
Aquest arxiu s’haurà de col·locar en alguna carpeta accessible des del CLASSPATH
de la màquina virtual Java[4]. Per norma general i per comoditat, totes les llibreries
utilitzades en aquest Projecte s’han instal·lat en el directori %JAVA_HOME%\jre\lib\ext.
De la mateixa manera és necessari afegir una llibreria (que en plataforma win32 és un
arxiu .dll) a la ruta de cerca del Java[4] de les llibreries dinàmiques. En general això es
pot afegir en el moment que és fa la mateixa crida al java, afegint la directiva
d’execució: -Djava.library.path={runtime-library-path}. De la mateixa manera, es poden
copiar les dll a una carpeta ja inclosa en aquesta ruta de cerca
(%JAVA_HOME%\jre\bin, per exemple). De qualsevol de les dues maneres funcionarà
correctament.
Resumint:
S’ha de copiar swt.jar (i swt-pi.jar en Mac OSX) a %JAVA_HOME%\jre\lib\ext
S’ha de copiar les .dll a %JAVA_HOME%\jre\bin
Per resoldre dubtes d’instal·lació i d’execució es recomana enèrgicament la consulta
de l’adreça següent:
dev.eclipse.org/viewcvs/index.cgi/platform-swt-home/faq.html?rev=HEAD
És important tenir en compte que les llibreries es guarden en les carpetes del “Runtime
Environment”. Cada instal.lació de Java les pot tenir en ubicacions diferents. Es
recomana consultar la documentació per a col·locar-les en el lloc adequat.
Un cop fet tot això la instal·lació de les llibreries necessàries estarà completada i es pot
passar a l’execució dels aplicatius. La classe amb la interfície del professor s’anomena
SWTProfessor i per executar-la es pot fer servir la següent comanda:
java SWTProfessor
Apareixerà una pantalla de benvinguda com la següent:
Imatge 21: Pantalla de benvinguda.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
77
Un cop carregat el programa es demanarà per primer i únic cop que l’usuari
s’identifiqui. Per tal de fer això s’ha de localitzar en el disc l’arxiu professor.p12 que
s’ha creat en el primer punt (creació dels certificats) i entrar la contrasenya (“uoc2004”
en aquest cas). Això es veu així:
Imatge 22: Pantalla d’autenticació.
Si la identificació no provoca cap error, aleshores es presenta la pantalla principal del
professor.
9.8 Execució de la interfície gràfica de l’estudiant.
Els passos per executar la interfície de l’estudiant són els mateixos amb la diferencia
que en aquest cas la classe s’anomena SWTAlumne i s’executa amb:
java SWTAlumne
Apareixerà una pantalla de benvinguda idèntica a l’anterior i es demanarà igualment
que l’usuari s’identifiqui. En aquest cas s’ha de localitzar l’arxiu alumne.p12 i entrar la
contrasenya “uoc2004”.
Un cop les dues interfícies estan funcionant es pot passar a realitzar el cicle de vida
que inclou l’esquema criptogràfic comentat en el Capítol 3 d’aquesta memòria.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
78
9.9 Creació d’un Examen.
La pantalla principal del professor és la que ja s’ha mostrat anteriorment:
Imatge 23: Aplicatiu del professor.
Com es pot veure en la imatge ja s’ha omplert el camp del text de l’examen. Aquest és
el que s’utilitza per tal de crear els exàmens. Com es pot veure també els camps de
l’identificador de l’examen també contenen valors. Un cop aquests camps estan
correctament emplenats es pot prémer el botó “Crear Examen”.
Si tot ha anat bé, es mostrarà el següent missatge:
Imatge 24: Redacció correcta.
Amb això es pot donar per completada la fase de creació d’un examen. S’ha de tenir
en compte que no es poden tenir dos exàmens a la base de dades amb el mateix
identificador.
9.10 Resposta a un Examen.
La pantalla inicial de l’estudiant és la que també s’ha mostrat anteriorment, en aquest
cas s’han emplenat els camps de l’identificador de l’examen amb el mateix valor que
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
79
en l’aplicatiu del professor i s’ha premut el botó Obtenir Examen. El resultat és el
següent:
Imatge 25: Aplicatiu de l’estudiant.
Com es pot apreciar el camp de l’enunciat de l’examen conté el text que el professor
ha introduït en el seu aplicatiu.
El pas següent a realitzar per l’estudiant seria el de respondre l’examen:
Imatge 26: L’estudiant ha respost l’examen.
Un cop el camp de la resposta està omplert simplement s’ha de prémer el botó Enviar
Resposta. S’ha de tenir en compte que per a cada examen només hi pot haver una
resposta per estudiant a la base de dades.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
80
Si la comunicació funciona correctament es mostrarà aquest missatge amb el que la
fase es dóna per completada:
Imatge 27: Procés de Resposta correcte.
9.11 Correcció d’un Examen.
De nou en l’aplicatiu del professor s’ha de prémer el botó Obtenir Resposta. Com que
en el aquest exemple només hi ha una resposta a l’examen definit per l’identificador
els dos botons de navegació per respostes no estan activats. El professor veu la
següent pantalla:
Imatge 28: Aplicatiu del professor amb la resposta a l’examen.
Ara el professor ha de navegar entre les respostes (una en aquest cas) i assignar una
nota a cadascuna d’elles. Per assignar una nota s’ha d’emplenar el camp que es troba
a la dreta del botó Ficar Nota i posteriorment prémer aquest botó.
Imatge 29: Assignar una Nota a l’examen.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
81
Si tot ha anat bé, el professor rebrà un missatge de confirmació:
Imatge 30: Nota assignada correctament.
9.12 Obtenir la nota d’un Examen.
Un altre cop, és feina de l’estudiant realitzar aquesta tasca. Simplement s’ha
d’emplenar els camps obligatoris de l’identificador de l’examen i prémer el botó Obtenir
Nota. Hi ha dues possibilitats. En cas de que no hagi estat assignada una nota es
notificarà. En canvi si la nota ha estat assignada es mostrarà un missatge com el
següent en l’aplicatiu de l’estudiant:
Imatge 31: Nota obtinguda en l’aplicatiu de l’estudiant.
Amb aquesta acció la fase de l’obtenció de la nota es dóna per completada.
9.13 Revisió d’un Examen.
Si l’estudiant desprès de veure la seva nota no està d’acord amb el resultat pot
demanar una revisió a l’examen. Simplement s’ha de prémer el botó Demanar Revisió.
Si la demanda es realitza correctament, l’estudiant veu el següent missatge:
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
82
Imatge 32: Missatge confirmant la petició de revisió.
La feina de l’estudiant acaba aquí.
Finalment des de l’aplicatiu del professor, aquest podrà prémer el botó Veure
Revisions. El funcionament és el mateix que el de prémer el botó Obtenir Resposta,
però en aquest cas, només es rebran aquelles respostes marcades per a ser
revisades. De la mateixa manera, si hi ha més d’una petició pot navegar entre les
revisions utilitzant els corresponents botons de navegació.
Un cop el professor s’ha rellegit la resposta pot tornar a assignar una nota a l’examen.
En aquest cas la nova nota substituirà a l’anterior. El professor rep els missatges de
confirmació que ja s’han mostrat.
En aquest punt acaba el protocol criptogràfic. Només queda explicar com apagar el
servidor i el joc de proves es donarà per completat.
9.14 Apagar el Sistema.
Per sortir dels aplicatius del professor i de l’estudiant en qualsevol moment es pot
prémer el botó Sortir i aquest acabarà. El client en qüestió només ha de arrancar de
nou i podrà recuperar la feina en la fase en la que estès ja que tot s’emmagatzema en
la base de dades. No és necessari fer de nou tot el cicle de vida de dalt a baix,
evidentment.
Respecte a la parada del servidor, com que encara no es disposa d’una interfície pel
gestor d’exàmens, aquesta s’ha de fer manualment. És a dir, s’ha d’executar el
visualitzador de processos del sistema operatiu en qüestió i acabar les dues
operacions que s’havien arrencat al principi.
En primer lloc s’ha d’aturar el procés “rmiregistry” i posteriorment s’ha d’aturar el
procés “java Servidor nomfitxer.p12 password”.
Amb aquests darrers passos el joc de proves es dóna per finalitzat.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
83
10. Diagrames.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
84
10.1 Introducció
Durant l’explicació dels capítols anteriors s’ha anat afegint poc a poc les classes que
conformaven el sistema complert, de manera que s’anava veient com l’estructura del
diagrama de classes s’assemblava a l’esquema general de l’aplicació.
En aquest capítol es mostra el diagrama de classes complert a la vegada que
s’inclouen els diagrames de seqüència complerts per a l’execució del cicle de vida d’un
examen.
10.2 Diagrama de Classes.
El diagrama de classes[2] que es presenta a continuació inclou la gran part de les
classes que s’ha utilitzat en el Projecte. Les que no hi són, és per que són classes
auxiliars que no modifiquen l’execució del sistema. Com a exemple d’aquestes classes
auxiliars podríem anomenar la classe LogManager, descrita en els annexos o la classe
Servidor, que només serveix per fer pública la classe IMetodes etc.
Altres classes, tot i ser importants s’ha preferit deixar fora del diagrama per no
complicar-lo. Un clar exemple d’aquest tipus podria ser la classe ClientAutenticat, ja
que només és una estructura que s’utilitza per passar dades entre classes de manera
més eficaç. Aquesta classe és usada per la majoria de classes i dificulta força la
lectura del diagrama que es presenta a continuació:
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
85
Diagrama de classes
XMLManager
B64Manager
SignarVerificar
IdExamen
P12Manager
Xifrador
ProtocolAlumne ProtocolProfessor ProtocolGestor «interfaz»
IMetodes
IMetodesImpl
DBManager
AuthManager
ProtocolSeguretat
SWTAlumne SWTProfessor
XMLAuthManager
Alumne
Professor
Gestor
1
*
1
*1
*1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
*1
1
*
1
*
1
1
1
1
1
*
1
*
1
*
1*
1
*
1
*
1
*
1
*1
*
1
*
1
*
ProtocolsActors
**
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
1
*
**
1
*
1
*
10.3 Diagrames de Seqüència.
Es mostren a continuació els diagrames de seqüència de l’execució del cicle de vida.
Per tal de no fer els diagrames interminables i il·legibles s’ha limitat la profunditat dels
mateixos només a aquelles crides realment significatives. El que es mostra a
continuació són els diagrames de seqüència tant de l’execució de les Interfícies
gràfiques, com els de les 5 fases de l’esquema criptogràfic, executats pels protocols de
l’estudiant i del professor.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
86
Fase 1: Redacció de l’examen.
Detall de la crida a “redacció(Id, text, ca)” en la fase de redacció de l’examen:
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
87
Fase 2(a): Obtenir l’enunciat de l’examen.
SWTAlumneAlumne
Crear
ProtocolSeguretat
Crear
getCertCA()
entrarDades()
ProtocolAlumne
crear(nomUsuari, passUsuari)
AuthManager
isPressed(btnObtenirEnunciat) Crear
autenticar(nomUsuari, passUsuari. CertCA)
comprobarId()
obtenirEnunciat(Id, ca)
return ca
return CertCA
return Enunciat
[if Exception]: mostrarMissatge(codiError)
mostrarEnunciat()
Fase 2(b): Enviar la resposta a l’enunciat.
SWTAlumneAlumne
Crear
ProtocolSeguretat
Crear
getCertCA()
entrarDades()
ProtocolAlumne
crear(nomUsuari, passUsuari)
AuthManager
isPressed(btnEnviar) Crear
autenticar(nomUsuari, passUsuari. CertCA)
comprobarId()
comprobarText()
resposta(Id, text, ca)
return ca
return CertCA
[if Exception]: mostrarMissatge(codiError)
mostrarMissatge(Resposta OK) Veure Diagrama de
Seqüència adjunt per
detall de la Resposta
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
88
Detall de la crida a “resposta(Id, text, ca)” en la fase de la resposta a un examen:
SignarVerificarProtocolAlumne
crear
ProtocolSeguretat
conectar
IMetodes (Servidor)XMLManager - Alumne
crear
crear(Resposta.xml)
getExamen(Id)
isAutenticat(ca)
return autenticat
return dades Examen
verifySignature(Es)
setResposta(R)
setResposta(IeRRs)
getRASignar()
ProtocolGestor DBManager XMLManager - Gestor
crear
crear
crear(Gestor.xml)
buildXML(IeRRs)
verificarRs()
setResposta(Id, Alumne, R, T, Ts, X, Xs)
crearCapçalera()
xifrarResposta()
getDadesResposta()
buildXML(dades)
setIe(Aleatori)
signData(RASignar)
return Rs
return RASignar
setRs()
get_IeRRs_Resposta()
return IeRRs
obtenirEnunciat(Id)
getRebut(Id, fp)
return dades Rebut
buildXML(dades)
getRebutASignar
verifySignature(RebutASignar)
return RebutASignar
crear(Gestor.xml)
getExamen(Id)
ObtenirEnunciat(Id)
buildXML(dades)
return dades
crear(Gestor.xml)
getExamen(Id)
ObtenirExamen(Id)
buildXML(dades)
return dades
getDadesResposta
retorna de l'XML les
dades referents a una
resposta, R, T, Ts, X, Xs
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
89
Fase 3(a): Obtenció de la resposta a l’examen.
SWTProfessorProfessor
Crear
ProtocolSeguretat
Crear
getCertCA()
entrarDades()
ProtocolProfessor
crear(nomUsuari, passUsuari)
AuthManager
isPressed(btnObtenirResposta) Crear
autenticar(nomUsuari, passUsuari. CertCA)
comprobarId()
obtenirEnunciat(Id, ca)
return ca
return CertCA
obtenirResposta(Id, Posició, ca)
Crear
autenticar(nomUsuari, passUsuari. CertCA)
return ca
return Enunciat
mostrarEnunciat()
return Resposta
[if Exception]: mostrarMissatge(codiError)
mostrarResposta()
Fase 3(b): Assignar una nota a una resposta.
SWTProfessorProfessor
Crear
ProtocolSeguretat
Crear
getCertCA()
entrarDades()
ProtocolProfessor
crear(nomUsuari, passUsuari)
AuthManager
isPressed(btnFicarNota) Crear
autenticar(nomUsuari, passUsuari. CertCA)
comprobarId()
return ca
return CertCA
correccio(nota, ca)
comprobarNota()
[if Exception]: mostrarMissatge(codiError)
mostrarMissatge(Correccio OK)
Veure Diagrama de
Seqüència adjunt per
detall de la Correcció
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
90
Detall de la crida a “correccio(nota, ca)” en la fase de la correcció d’un examen:
SignarVerificarProtocolProfessor
crear
ProtocolSeguretat
conectar
IMetodes (Servidor)XMLManager - Professor
crear
crear(Correccio.xml)
getResposta(Id)
isAutenticat(ca)
return autenticat
return dades Resposta
verifySignature(Es)
verifySignature(Xs)
setNota(NNs)
getNASignar()
ProtocolGestor DBManager XMLManager - Gestor
crear
crear
crear(Gestor.xml)
buildXML(NNs)
verificarNs()
setNota(Id, Alumne, Rs, Nota, Ns)
desxifrarResposta()
getDadesNota
buildXML(dades)
setNota(nota)
signData(NASignar)
return Ns
return NASignar
setNs()
get_NNs_Correccio()
return NNs
obtenirEnunciat(Id)
crear(Gestor.xml)
getExamen(Id)
ObtenirExamen(Id)
buildXML(dades)
return dades
getDadesNota
retorna de l'XML les
dades referents a una
Nota, Rs, Nota i Ns.
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
91
Fase 4: Obtenir la nota d’un examen.
SWTAlumneAlumne
Crear
ProtocolSeguretat
Crear
getCertCA()
entrarDades()
ProtocolAlumne
crear(nomUsuari, passUsuari)
AuthManager
isPressed(btnObtenirNota) Crear
autenticar(nomUsuari, passUsuari. CertCA)
comprobarId()
obtenirNota(Id, ca)
return ca
return CertCA
Veure Diagrama de
Seqüència adjunt per
detall de la Obtenció
de la Nota
return Nota
[if Exception]: mostrarMissatge(codiError)
mostrarMissatge(Nota)
Detall de la crida a “obtenirNota(Id, ca)” en la fase de l’obtenció de la Nota:
SignarVerificarProtocolAlumne
crear
ProtocolSeguretat
conectar
IMetodes (Servidor)XMLManager - Alumne
crear
crear(ObtenirNota.xml)
getNota(Id, fp)
isAutenticat(ca)
return autenticat
return dades Nota
verifySignature(Ns)
ProtocolGestor DBManager XMLManager - Gestor
crear
crear
buildXML(dades)
crear(Gestor.xml)
getExamen(Id)
ObtenirExamen(Id)
buildXML(dades)
return dades
Esquema criptogràfic per exàmens electrònics segurs.
92
Fase 5(a): Demanar una revisió a un examen corregit.
SWTAlumneAlumne
Crear
ProtocolSeguretat
Crear
getCertCA()
entrarDades()
ProtocolAlumne
crear(nomUsuari, passUsuari)
AuthManager
isPressed(btnRevisio) Crear
autenticar(nomUsuari, passUsuari. CertCA)
comprobarId()
return ca
return CertCA
revisio(Id, ca)
Veure Diagrama de
Seqüència adjunt per
detall de la Demanda de
Revisó
[if Exception]: mostrarMissatge(codiError)
mostrarMissatge(Revisio OK)
Fase 5(b): Obtenir les revisions.
SWTProfessor