OFD 版式文件电子签章系统设计

马英辉 王娅云 孙军芳 王钰琳

（国网青海省电力公司信息通信公司，青海西宁 810000）

0 引言

电子签章在众多企业事务的办公与处理中起着十分重要的作用，是保障企业内部管理系统稳定运行的基础设施。电子签章系统是在自动化办公中广泛应用的软件产品，需要我们在保证电子文档有效性的同时，对系统的处理效率及稳定运行进行深入研究[1]。为此，研究并设计了OFD 版式文件电子签章系统。通过设计系统主控芯片和调试电路等硬件部分，保证系统基本功能的实现，结合系统签章管理、OFD 文档解析、水印嵌入及签章验证等模块，实现电子签章系统的设计，以期解决常规电子签章系统处理速度慢、运行效率低的问题。

1 系统体系结构设计

电子签章系统的总体架构主要包括用户端、签章运行服务器和数据证书3 个部分。用户端在系统中的存在形式为ActiveX 组件，为系统与客户端提供较为丰富的开发接口；签章运行服务器能够支持签章生成、签章管理以及签章日志搜索等基本功能；数字证书为CA 模式，负责签章证书的申请、校验、查询与注销[2]。电子签章系统的体系结构如图1 所示。

图1 电子签章系统的体系结构

2 系统硬件设计

2.1 系统主控芯片

综合考虑系统需求与成本，经过比选，最终决定采用增强型STM32F103RCT6 芯片作为系统的主控芯片，控制整个电子签章系统的基础运行与功能实现。此芯片采用的是ARM32 位的内核架构，LQFP64 封装，工作频率高达72MHz。该芯片有256KB 的FLASH 和48KB 的RAM，以及20KB 的内置SRAM。该芯片正常工作时的最大电流约为150mA，且包含多个标准的I/O 端口，故可以对系统总线进行外设连接[3]。同时包括3 个通信接口、5 个SPI 接口以及2 个CAN 接口，如DWM1000 模块以及OLED 显示模块和主控单元之间的通信。除此之外，该芯片还附带2个可以进行代码调试和信息传输的多功能串口。

2.2 调试电路设计

为保证系统的稳定运行，需要对转换电路和主控单元进行调节，在系统原有硬件的基础上，进一步扩大系统应用的动态范围，提高系统安全性。根据要求，将系统的调试电路利用插件中内置的插针作为硬件的输入接口，参照硬件设计原理及系统的整体布局，为易于实现系统的基本功能，将含有7 个输入端的连接器作为调试电路的核心控制器。

3 系统软件设计

从系统的整体功能而言，设计的系统主要由印章制作、签章管理与签章应用等模块组成。印章制作主要用来生成不同类别的印章，其中包含方形、圆形等；签章管理对系统中已经存在的签章信息进行定期更新与审核；签章应用是系统的最后一个环节，主要针对OFD 文档，对于审核通过的签章信息，向其发送相应的数字证书，并将此证书与签章信息存储到用户端的管理模块中，同时，还可为用户提供数字证书等相关服务，并记录签章的历史使用情况[4]。系统中的应用模块主要依托于Word，实现对OFD 版式文档及其他格式文档的验证功能。通过分析，对含有版式文档OFD 的电子签章系统软件进行划分，即签章生成与管理模块、OFD 文档解析模块、水印嵌入模块和签章验证模块。

3.1 签章生成与管理模块

该模块主要负责签章的制作与后期管理。在此模块中，共包含了方形印章、圆形印章及其他多种类型的印章，并对所有印章进行统一管理，管理内容包括数字证书的选择、印章刻制日期、刻制记录、刻制类型及签章柜等信息。在刻制印章前，需要先确定印章类型与印章证书。证书主要来自系统后台的证书数据库，其中包括证书的颁发机构、有效时间、序列号以及私钥说明等。

3.2 OFD 文档解析模块

由于OFD 文档的特性，解析需要采用ZIP 解压技术和基于DOM4J 的XML 解析技术来完成。文档解析流程图，如图2 所示。

图2 OFD文档解析流程图

从OFD 文档解析流程图2 可知，OFD 文档的解析首选使用ZIP 技术对文档数据进行解压缩，如果解压失败，证明OFD 文档被损坏，则解析流程结束。如果解压成功，需要在解压的文件中找到OFD、xml 文件，解析OFD、xml 文件中的页面数据配置路径、资源文件配置路径、签名文件路径[5-7]。获取页面数据、资源文件以及签名文件，完成OFD 文档解析。

3.3 签章水印嵌入

在嵌入水印前，需要先生成水印，生成方法如下：将用户的签名信息利用二进制编码的形式进行保存；将此编码发送至电子公文的接收端，获得摘要；对摘要进行数字签名，得到签名数据，即为将要嵌入签章的水印。

假设签章图像的原始尺寸为N×N，根据编码形式将图像进行分割，得到x×y个相互独立的子块。对每个子块分别进行离散余弦变换处理，公式为

式中，F(u,v)表示版式图像经过离散变换后的高频特征，也称为交流因子；f(0,0)表示变换后的低频特征，也称为直流因子；f(x,y)表示分割后的签章图像。

经过离散余弦变换后的印章图像包含的主要有效信息均会被集中到直流因子中，次要的信息被集中到交流因子中。可通过修改交流因子，将水印的每一位都嵌入印章图像的子块中，降低图像的清晰度，达到嵌入水印的目的。

3.4 签章验证模块

在系统中插入Active X 控件，根据签章方案对签章进行验证。该空间具有两种模式，即激活模式和非激活模式。打开电子文档时，处于激活模式的印章控件会对文档中的所有印章进行全局遍历，得到印章分量；处于非激活模式的控件根据分量值提取出水印信息，利用签章检验代码，验证签章的真实性。

4 系统测试分析

4.1 测试准备

根据测试要求及系统的功能，采用本地、联机的方式对系统进行性能测试。具体测试准备如下：系统总运行服务器为Dell Server PER720，内存24GB，外接硬盘48GB，满足系统运行需要；操作系统为主流嵌入式系统RTOS，能够支持多种类型的数据库与服务器；Web 服务器为Apache Tomcat 6.0；印章控件为WebOffce.exe、loadweboffice.js，且在运行前均处于非激活模式；其他设备包括Auto USB KEY、OpenSSL 0.9.8e、VS2010、Eclipse。

4.2 测试说明

对系统的测试采用单一规则测试方案，具体如表1 所示。

表1 测试方案说明

系统在理论上实现了OFD 文档版式的签章功能，为确保OFD 文件的真实性与完整性，在系统测试中，采用OCSP 的实时在线验证功能，当系统接收到并发请求后，进入盖章环节，同时发送操作日志到签章服务器，完成整个签章与验章流程。

4.3 测试结果

为直观地体现设计的签章系统的整体优势，同时采用基于PKI 的电子签章系统（系统1）、基于环签名的电子签章系统（系统2）与设计的系统做对比测试，统计3 种系统在表1 测试方案不同测试方式下的吞吐量，比较不同电子签章系统的处理速度。对比结果如图3 所示。

图3 不同系统吞吐量对比结果

从图3 可以看出，在签章文件大小方面，设计的系统吞吐量均远大于其他两种系统，可见设计的系统处理速度较快。系统1 与系统2 的核心技术主要面对单用户签章，在印章管理和计算量上存在较大问题，故处理速度相对较慢。因此，通过比较分析可知，设计的系统可以快速处理签章文件，能够稳定高效地运行。

5 结语

本研究针对传统电子签章系统的缺陷及ODF 版式文件，设计了一种电子签章系统，并通过系统调试实现了基本功能，相较于传统系统，其处理效率有了极大的提高。然而该系统还存在诸多不足，在未来的发展中，可通过改进水印嵌入及数字签名算法的方式，进一步提高系统的稳定性能。