基于網(wǎng)格的電子投票系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

網(wǎng)格是利用互聯(lián)網(wǎng)把地理上廣泛分布的各種資源(計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、軟件資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源等)連成一個(gè)邏輯整體，就像一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣，為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)，虛擬組織最終實(shí)現(xiàn)在這個(gè)虛擬環(huán)境下的資源共享和協(xié)同工作，徹底消除資源“孤島”，最充分地實(shí)現(xiàn)信息共享。

本文借助成熟的JSP、網(wǎng)格和CA等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格環(huán)境中的學(xué)生電子投票系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過學(xué)生對(duì)教師授課效果的投票來評(píng)價(jià)教師的教學(xué)質(zhì)量，以及教師受學(xué)生歡迎的程度。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中遇到了如何實(shí)現(xiàn)禁止重復(fù)投票、怎樣處理投票結(jié)果、如何解決安全性等問題。通過解決這些問題，總結(jié)出使用Cookies可以解決禁止重復(fù)投票，在同一個(gè)服務(wù)器中的JSP文件要共享一個(gè)Application對(duì)象等經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)網(wǎng)格環(huán)境中JSP開發(fā)有較高的參考價(jià)值。該系統(tǒng)將用戶在線填寫的投票數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在后臺(tái)MySql投票庫中，通過實(shí)時(shí)地讀取數(shù)據(jù)，以可視化的結(jié)果實(shí)時(shí)展示給用戶。它與傳統(tǒng)投票方式相比，具有高效率和低成本的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出投票結(jié)果。但是大部分網(wǎng)上投票系統(tǒng)一直都沒有解決投票的有效性和安全性問題。因此，本文給出了網(wǎng)格中該系統(tǒng)的安全性解決方案。

1 網(wǎng)格技術(shù)

網(wǎng)格技術(shù)[1]利用互聯(lián)網(wǎng)，把分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)組織成一個(gè)虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其中每一臺(tái)參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的一張網(wǎng)格，從而實(shí)現(xiàn)即插即用的效果。簡單地講，它是把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)整合成一臺(tái)巨大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種資源的全面共享。網(wǎng)格具有如下特點(diǎn)[2]：

(1)異構(gòu)性。網(wǎng)格環(huán)境由分布在廣域網(wǎng)上不同管理域的各種不同類型的計(jì)算資源組成，并且每類資源有各自不同的屬性。

(2)分布與共享。分布是網(wǎng)格硬件在物理上的特征，而共享是在網(wǎng)格軟件支持下實(shí)現(xiàn)的邏輯特征。

(3)自相似性。網(wǎng)格的局部和整體之間存在著一定的相似性。局部在許多方面具有全局的某些特征，而全局的特征在局部中也有一定的體現(xiàn)。

(4)動(dòng)態(tài)多樣性。不僅網(wǎng)格環(huán)境下的一些資源本身具有動(dòng)態(tài)性，而在整個(gè)網(wǎng)格環(huán)境下，隨著計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源不斷加入和撤銷、故障等原因，網(wǎng)格系統(tǒng)下的局部環(huán)境也在動(dòng)態(tài)地改變著。在網(wǎng)格的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須考慮到新資源能夠很自然地加入到網(wǎng)格中，與原來的資源融合在一起，共同發(fā)揮作用。

(5)自治性與管理的多重性。網(wǎng)格環(huán)境下的局部資源既屬于個(gè)人或機(jī)構(gòu)，由個(gè)人對(duì)資源作相應(yīng)的管理和維護(hù)，又要在網(wǎng)格系統(tǒng)作整體部署時(shí)，由網(wǎng)格管理員根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)情況統(tǒng)一調(diào)度網(wǎng)格環(huán)境下的資源。

2 數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)JDBC

Java中連接數(shù)據(jù)庫的技術(shù)之一是JDBC，它是一種用于執(zhí)行SQL語句的Java API，可以為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一訪問，它由一組用Java語言編寫的類和接口組成。JDBC為工具/數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API，據(jù)此可以構(gòu)建更高級(jí)的工具和接口，使數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員能夠用純Java API編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序。

通常在使用基于數(shù)據(jù)庫的Web應(yīng)用時(shí)，JDBC工作步驟為：(1)與數(shù)據(jù)庫建立連接；(2)進(jìn)行SQL語句操作，取出數(shù)據(jù)；(3)斷開數(shù)據(jù)庫連接。

Connection con=DriverManager.getConnection(“url”)；
Statement stmt=con.createStatement()；
ResultSet rs=stmt.executeQuery(“SELECT a，b，c FROM Table1”)；
while (rs.next()) {
int x=rs.getInt(“a”)；
String s=rs.getString(“b”)；
float f=rs.getFloat(“c”)；}

3 基于MVC模式的在線投票系統(tǒng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)上投票系統(tǒng)逐漸成為人們生活中的必不可少的一部分，如2008年奧運(yùn)投票系統(tǒng)、網(wǎng)上流行的娛樂投票系統(tǒng)等。各種各樣的投票系統(tǒng)日益發(fā)展，充分調(diào)動(dòng)了人們參與活動(dòng)的積極性。

3.1 MVC(Model-View-Controller)模式

使用MVC模式(如圖1)設(shè)計(jì)Web應(yīng)用程序非常有效。其結(jié)合了JSP和Servlet兩種技術(shù)，Servlet可充當(dāng)Controller的角色，JSP可以充當(dāng)View層的角色，即采用JSP顯示頁面內(nèi)容，但它并不處理任何的業(yè)務(wù)邏輯，而采用Servlet進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以生成動(dòng)態(tài)內(nèi)容[3]。

MVC模式具有更清晰的頁面表現(xiàn)、清楚的開發(fā)者角色劃分，可以充分利用開發(fā)小組中的界面設(shè)計(jì)人員。同時(shí)，增加了代碼的重用率，使軟件的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、靈活性和封裝性大大提高。

3.2 系統(tǒng)流程圖

基于網(wǎng)格的電子投票系統(tǒng)，設(shè)計(jì)非常直觀，用戶很容易看出投票的情況，并且只有合法用戶才能進(jìn)行有效投票。該系統(tǒng)分為多個(gè)功能模塊，主要有以下功能：用戶登錄、校驗(yàn)、增加新投票項(xiàng)目、修改投票項(xiàng)目、刪除投票項(xiàng)目、投票、查看投票結(jié)果、退出系統(tǒng)。本投票系統(tǒng)還具有防止重復(fù)投票的功能。系統(tǒng)流程圖如圖2。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特色

(1)JDBC連接數(shù)據(jù)庫技術(shù)

在網(wǎng)格中實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，如何操作數(shù)據(jù)庫是不可避免要遇到的問題，目前有多種數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)，如CGI技術(shù)、WebAPI技術(shù)、RAD技術(shù)和JDBC技術(shù)等。通過分析，JDBC為所有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供一種標(biāo)準(zhǔn)接口，可以為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一訪問，簡單容易掌握，速度快。所以，選擇了通過JDBC連接數(shù)據(jù)庫和訪問數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行查詢和提取數(shù)據(jù)等操作，部分代碼如下：

public JDBCConnect ( ) {
try {Class.forName(url)； //加載數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序
conn=DriverManager.getConnection(url)；} //建立連接
catch (Exception e) {
System.out.println (“JDBCConnect():”+e.getMessage())；}}

(2)禁止重復(fù)投票

系統(tǒng)主要應(yīng)用JSP的內(nèi)置對(duì)象Application，與Session對(duì)象相比，Application對(duì)象的含義更加廣泛。在使用Session對(duì)象時(shí)，各個(gè)客戶端共享一個(gè)Session對(duì)象；而使用Application對(duì)象時(shí)，在同一個(gè)服務(wù)器中的JSP文件共享一個(gè)Application對(duì)象，除此之外，可以使用Application對(duì)象的getServerInfo()方法來獲取JSP的版本信息和名稱。

應(yīng)用Cookie技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)IP地址每周只能投一次票的功能。通過request.getRemoteHost()方法取得客戶端的IP地址后，將其存放在Cookie對(duì)象中，并且通過cookie.setMaxAge(60*60*24*7)的方法設(shè)置存儲(chǔ)時(shí)間。通過Cookie[4]技術(shù)，可以防止在某一段時(shí)間內(nèi)某個(gè)投票者重復(fù)使用同一IP地址重復(fù)投票。這種投票技術(shù)的特點(diǎn)是對(duì)重復(fù)投票得到了有效控制，而且可以記錄投票者的IP地址，并可間接確定用戶身份，因此該技術(shù)在網(wǎng)上被廣泛使用。

注意，此系統(tǒng)禁止重復(fù)投票，一個(gè)IP地址每周只能投一次票，投票時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄該主機(jī)IP地址，當(dāng)學(xué)生代表在本周第二次投票時(shí)，系統(tǒng)給出相關(guān)提示信息。

實(shí)現(xiàn)投票的關(guān)鍵代碼如下：

(1)使用JSP的內(nèi)置對(duì)象Application
% String id=request.getParameter(“id”)；
if (id==null) {response.sendRedirect(“index.jsp”)；}else {
String sql=“update tb_voteOneTime set number=number+
1 where id=′”+id+“′”；
connection.executeUpdate(sql)；
connection.closeConnection()；
application.setAttribute(“id”，id)；
response.sendRedirect(“show.jsp”)；}%>
(2)應(yīng)用Cookie實(shí)現(xiàn)一個(gè)IP地址每周只能投一次票的功能
jsp:useBean id=“connection” scope=“request” class=
“com.dao.JDBConnection”/>
%@page import=“java.util.Date”%>
%String IP=request.getRemoteHost()；
Cookie [] cookies=request.getCookies()；
boolean flag=true；
for (int i=0；icookies.length；i++) {
　　if (IP.equals(cookies[i].getValue())) {flag=false；}}
if (flag){String id=request.getParameter(“id”)；
String sqlVote=“update tb_VoteIP set number=number
+1 where id=′”+id+“′”；
connection.executeUpdate(sqlVote)；
connection.closeConnection()；
Cookie cookie=new Cookie(“IP”，IP)；
cookie.setMaxAge(60*60*24*7)；
response.addCookie(cookie)；
response.sendRedirect(“show.jsp”)；
} else{out.print(“script language=′JavaScript′>
alert(′一個(gè)IP地址每周只能投一次票′)；
window.location.href=′index.jsp′；/script>”)；}%>

3.4 安全性解決方案

一個(gè)安全實(shí)用的電子投票系統(tǒng)應(yīng)該滿足如下標(biāo)準(zhǔn)[5]：

(1)民主性。只有合法的投票者才能投票，且只能在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)投票。

(2)準(zhǔn)確性。投票不能被中間機(jī)構(gòu)或他人篡改、復(fù)制或刪除時(shí)不被發(fā)現(xiàn)；無效的選票可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)從而不會(huì)被計(jì)入最終的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

(3)秘密性。選票的投出是匿名的，任何機(jī)構(gòu)或個(gè)人不能確定投票者的投票內(nèi)容，也不能確定選票的投票者。

(4)可證實(shí)性。投票者可以確定其投票被正確計(jì)算在最終結(jié)果中。任何參與者或其他觀察監(jiān)督者都可以核實(shí)最終結(jié)果的正確性。

(5)公平性。最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果公布前，任何參與者都無法得知中間的選票統(tǒng)計(jì)信息，因?yàn)橹虚g的選票統(tǒng)計(jì)信息可能會(huì)影響投票者的投票意向。

(6)簡單性。投票者無需特別的設(shè)備和技術(shù)就可簡單快速地完成投票；投票者無需到特別的地點(diǎn)進(jìn)行投票；投票活動(dòng)的組織進(jìn)行應(yīng)該簡單且效率高。

本系統(tǒng)采用CA認(rèn)證技術(shù)有效解決了投票過程的安全性問題。CA(Certificate Authority)[6]認(rèn)證中心是指用于證明某一主體的身份以及合法性的權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)，由社會(huì)公認(rèn)的具有法律效力的權(quán)威機(jī)構(gòu)組成，或由某單位的權(quán)威部門組成。由CA中心給用戶簽發(fā)認(rèn)證證書，證書中包含用戶身份名稱和驗(yàn)證密碼等信息。投票中心存放投票數(shù)據(jù)，記錄投票結(jié)果。

如果雙方主體都有證書，而且都信任彼此的認(rèn)證中心CA，則雙方可相互明確彼此的身份，其采用的認(rèn)證協(xié)議是SSL協(xié)議。在相互認(rèn)證可以進(jìn)行之前，雙方首先要相信彼此的認(rèn)證中心。實(shí)現(xiàn)過程中，要求雙方都有彼此認(rèn)證中心自身的證書，認(rèn)證中心自身的證書中包含認(rèn)證中心的公鑰。這樣才能確保雙方由認(rèn)證中心簽署的證書具有合法性。

本文在網(wǎng)格環(huán)境中，設(shè)計(jì)開發(fā)出了安全有效的電子投票系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)流程圖，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性的跨Web服務(wù)器動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的創(chuàng)建。以JSP實(shí)現(xiàn)頁面顯示，JavaBean編寫數(shù)據(jù)庫連接，Servlet控制整個(gè)系統(tǒng)的流程，從而實(shí)現(xiàn)用戶界面和數(shù)據(jù)庫之間良好的交互，有效提高了系統(tǒng)的效率和性能?；贑A認(rèn)證技術(shù)較好地解決了安全性問題，保證了投票者的合法性、公正性、真實(shí)性和有效性。