DE19923590C2 - Verfahren zur vertrauenswürdigen Nachrichtenübermittlung - Google Patents

Description

Im Rechtsverkehr müssen für eine zuverlässige Beweisführung die Unversehrtheit und die Urheberschaft eines archivierten Dokumentes gesichert sein, bei einem übermittelten Dokument zusätzlich die Entgegennahme. Diese Forderungen sind dann erfüllt, wenn eine schriftliche Willenserklärung bezw. der Empfang eigenhändig unterschrieben wurde. Mit den modernen technischen Verfahren können eigenhändige Unterschriften so täuschend nachgemacht werden, daß es auch für Gutachter praktisch unmöglich ist, echte von unechten Unterschriften zu unterscheiden. Bei der Abgabe, Übermittlung und Archivierung rechtsverbindlicher Willenserklärungen in elektronischer Form wird angestrebt, eine vergleichbare Rechtssicherheit wie bei der Schriftform zu schaffen. Dies soll mit der digitalen Signatur geschehen, die der Verfasser mit einem geheimen Schlüssel aus einem auch Message Digest genannten Hashwert des Textes erzeugt und der Prüfer mit dem zugehörigen öffentlichen Schlüssel verifiziert. Wegen der großen Risiken des Rechtsverkehrs über elektronische Medien bedarf es umfangreicher Rahmenbedingungen, um die Unversehrtheit, die Urheberschaft und möglichst auch den Empfang elektronischer Dokumente mit der digitalen Signatur zu beweisen.

Zu einer vertrauenswürdigen Nachrichtenübermittlung gehört weiterhin, daß kein Dritter Kenntnis vom Inhalt der Nachricht erlangen darf. Diese Forderung wird durch eine Verschlüsselung der Nachricht erfüllt. Eine symmetrische Verschlüsselung, bei welcher der Absender und der Empfänger der Nachricht je einen identischen Schlüssel besitzen, garantiert neben der Vertraulichkeit aus sich heraus die Unversehrtheit, die Urheberschaft und den Erhalt der übermittelten Nachricht, solange kein Dritter den verwendeten Schlüssel erfährt. Der Hauptnachteil der symmetrischen Verschlüsselung liegt darin, daß eine Nachrichtenübermittlung zwischen vielen (n) Kommunikationspartnern sehr umständlich wird, weil jeder Partner zahlreiche, nämlich n(n - 1)/2 Schlüssel, besitzen muß. Dieser Nachteil läßt sich nach GARFINKEL, Simon: PGP-Pretty Good Privacy, O'Reilly & Associates Inc., Cambridge 1995, S. 46-48, durch Einrichtung eines Schlüssel­ verteilzentrums beseitigen, das für jede Nachrichtenübermittlung zwischen zwei beliebigen Partnern einen ad-hoc-Schlüssel erzeugt und den beiden Partnern in verschlüsselter Form zusendet. Das Schlüsselverteilzentrum besitzt den permanenten Schlüssel aller Partner und verschlüsselt den ad-hoc-Schlüssel mit den permanenten Schlüsseln der beiden Partner, die miteinander kommunizieren wollen. Wegen mangelnder Sicherheit hat man letzteres Verfahren, das in den USA längere Zeit verwendet wurde, zugunsten der asymmetrischen Verschlüsselung aufgegeben, bei der jeder von n Kommunikationspartnern zwei private Schlüssel (einen zum Entschlüsseln, den anderen zum Signieren) sowie die beiden öffentlichen Schlüssel aller Beteiligten, also insgesamt 2(n + 1) Schlüssel, besitzt. Nachteile des asymmetrischen Verfahrens sind die Unsicherheit einiger der bisher verwendeten Hashfunktionen und ein aufwendiges Schlüsselmanagement. Jeder öffentliche Schlüssel muß nämlich von vertrauenswürdigen Instanzen beglaubigt und zusammen mit einem entsprechenden Zertifikat eingesetzt werden. Das Schlüsselmanagement wird besonders dann umständlich, wenn Schlüsselpaare aus dem Verkehr gezogen werden müssen.

Aus der Druckschrift EP 869 652 A2, insbesondere aus Fig. 23 mit zugehöriger Beschreibung Seite 16, Zeilen 5-24 und Patentanspruch 37, ist ein ähnliches Verfahren zur vertrauenswürdigen Nachrichtenübermittlung über ein Schlüsselverwaltungszentrum 1036 von einem Absender 1032 zu einem Empfänger 1034 bekannt. Bei diesem Verfahren verschlüsselt der Absender mit einem geheimen Schlüssel ein Dokument. Dann fordert er vom Schlüsselverwaltungszentrum den öffentlichen Schlüssel des Empfängers an und verschlüsselt mit diesem seinen geheimen Schlüssel. Dann sendet er das verschlüsselte Dokument und den verschlüsselten geheimen Schlüssel an das Schlüsselverwaltungszentrum zur Weiterleitung an den Empfänger.

Aus der Druckschrift EP 878 753 A2 ist insbesondere in Spalte 14, Zeile 3 bis Spalte 16, Zeile 8 in Verbindung mit der dortigen Fig. 4 ein weiteres und auf Verschlüsselung mit symmetrischen Geheimschlüssel (Spalte 14, Zeile 30) beruhendes Verfahren zur vertrauenswürdigen Nachrichtenübermittlung von einem Absender A zu einem Empfänger U1 beschrieben, das ebenfalls über ein Schlüsselverwaltungszentrum abläuft. Letzteres liefert dem Absender und dem Empfänger der Nachricht einen symmetrischen Schlüssel in verschlüsselter Form, wobei die Verschlüsselung des symmetrischen Schlüssels mit dem asymmetrischen öffentlichen Schlüssel des Absenders (Spalte 14, Zeilen 43 ff) und des Empfängers (Spalte 15, Zeilen 31 ff) erfolgt.

Beide Verfahren (Druckschriften EP 869 652 A2 und EP 878 753 A2) beruhen auf dem bekannten symmetrischen Verschlüsselungsverfahren, bei dem Absender und Empfänger den gleichen Schlüssel verwenden. Es ist bekannt, dass es ohne umständliche Zusatzmaßnahmen, die in den letztgenannten beiden Druckschriften beschrieben sind, nicht möglich ist, den eigentlichen Verfasser (Absender oder Empfänger) der Nachricht zu identifizieren oder bei einer betrügerischen Weitergabe des symmetrischen Schlüssels an Dritte, anzugeben, wer den Schlüssel verraten hat (Absender oder Empfänger).

Die Erfindung hat die Aufgabe, die beschriebenen Unzulänglichkeiten der bisherigen Verfahren zur Nachrichtenübermittlung abzustellen. Sie löst diese Aufgabe durch das im Hauptanspruch 1) beschriebene Verfahren zur vertrauenswürdigen Nachrichtenübermittlung in Verbindung mit dem in Anspruch 2) spezifizierten Schlüsselverwaltungszentrum SVZ. Es handelt sich hierbei um ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren, bei dem Absender und Empfänger unterschiedliche Schlüssel besitzen.

Es bezeichnen:

• - T einen beliebigen Teilnehmer am Verfahren;
• - A denjenigen Teilnehmer, der die Nachricht verfaßt und absendet;
• - E denjenigen Teilnehmer, der die Nachricht empfängt;
• - K die Kennung eines Teilnehmers, also eine Bezeichnung, aus der seine Identität eindeutig hervorgeht, wie z. B. eine Identnummer, eine Adresse, ein Tarnname;
• - KA, KE und KT die Kennungen von A, E und T;
• - N die Originalnachricht;
• - Nkr die verschlüsselte oder Kryptonachricht;
• - S einen Schlüssel für den zur symmetrischen Verschlüsselung verwendeten Algorithmus;
• - SA, SE und ST die Schlüssel von A, E und T;
• - KT-ST die Schlüsseldatenbank des SVZ.

Die Abb. 1 stellt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Alle für eine symmetrische Verschlüsselung an sich geeignete Algorithmen kommen infrage.

Das SVZ hat drei operative Schnittstellen oder Interfaces: die erste für die Eingabe oder Entfernung eines mit der Kennung KT versehenen Schlüssels ST eines beliebigen Teilnehmers T in die Datenbank KT-ST nach dessen persönlicher Authentisierung; die zweite für die Eingabe einer mit der Kennung KA versehenen Nachricht zur Bearbeitung und die dritte zur Ausgabe der mit der Kennung KE versehenen Nachricht. Innerhalb des SVZ laufen im wesentlichen folgende Schritte ab: Eingabe von KA in die Datenbank KT- ST und Ausgabe von SA; Entschlüsselung von Nkr(N, KE); Eingabe von KE in KT-ST und Ausgabe von SE; Verschlüsselung von N und KA zu Nkr(N, KA); Ausgabe der mit KE versehenen Kryptonachricht Nkr(N, KA).

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus drei Phasen: zunächst wird die Kennung KE des Empfängers zusammen mit der Nachricht N in verschlüsselter Form Nkr(N, KE) an das SVZ gesendet, so daß also auf dem Transfer vom Absender zum SVZ zwar der Absender durch KA identifizierbar ist, nicht jedoch der Empfänger. Danach erfolgt im SVZ eine geheime Umverschlüsselung und Umadressierung. Schließlich wird die Kennung KA des Absenders zusammen mit der Nachricht N in verschlüsselter Form Nkr(N, KA) an den Empfänger gesendet, so daß also auf diesem zweiten Transfer der Empfänger durch KE identifizierbar ist, während der Absender erst nach der Entschlüsselung der Kryptonachricht dem Empfänger bekannt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird folgenden Grundforderungen gerecht:

• - Nur der Absender und der Empfänger sind in der Lage, die Nachricht zu verstehen (Vertraulichkeit - confidentiality);
• - Nur der Absender kann frei über den Schlüssel SA verfügen und nur der Empfänger frei über den Schlüssel SE. Deshalb ist sowohl die Urheberschaft als auch der Empfang einer übermittelten Nachricht nicht abstreitbar (data origin authentication + non-repudiation);
• - Wenn die entschlüsselte Nachricht einen Sinn ergibt, kann der Empfänger sicher sein, daß sie unversehrt ist (data integrity).

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet folgende Vorteile:

• 1. Es ist anwendbar für verschiedene Arten der Nachrichtenübermittlung, z. B. online- und offline-Betrieb.
• 2. Jeder Teilnehmer benötigt nur einen einzigen und einzigartigen Schlüssel.
• 3. Ein kompliziertes Schlüssel- und Zertifikat-Management entfällt
• 4. Das SVZ kann vollautomatisch, das heißt, ohne Personal betrieben werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur vertrauenswürdigen Nachrichtenübermittlung von einem Absender A zu einem Empfänger E über ein Schlüsselverwaltungszentrum SVZ auf der Grundlage eines symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmus, bei dem folgende Schritte ablaufen:

• - A versieht seine Nachricht N mit der Kennung KE von E und verschlüsselt N und KE gemeinsam oder getrennt mit seinem Schlüssel SA zu der Kryptonachricht
• - A versieht Nkr(N, KE) mit seiner Kennung KA und versendet Nkr(N, KE) plus KA an das SVZ;
• - SVZ entnimmt aus einer Datenbank, in der Duplikate der Schlüssel ST aller am Verfahren beteiligten Teilnehmer T zusammen mit der Kennung KT des jeweiligen Teilnehmers enthalten sind, nach Maßgabe von KA den Schlüssel SA und entschlüsselt mit ihm Nkr(N, KE) zu N und zu KE;
• - SVZ versieht N mit KA, entnimmt aus der Datenbank nach Maßgabe von KE den Schlüssel SE und verschlüsselt mit ihm N und KA gemeinsam oder getrennt zu der Kryptonachricht Nkr(N, KA);
• - SVZ versieht Nkr(N, KA) mit KE und versendet Nkr(N, KA) plus KE an E;
• - E entschlüsselt Nkr(N, KA) mit seinem Schlüssel SE zu der Originalnachricht N und zu KA.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SVZ in folgender Weise funktioniert:
Das SVZ ist eine autonome und von außen her unangreifbare Einheit (tamper resistant module);
Schlüssel ST können nur nach persönlicher Authentisierung eines Teilnehmers T zusammen mit seiner Kennung KT in die Datenbank eingebracht werden;
In der Datenbank aufbewahrte Schlüssel ST sind nicht ausspähbar und können nur nach Eingabe einer Kennung KT aktiviert werden;
Die Daten der im SVZ nacheinander ablaufenden Funktionsschritte sind nicht ausspähbar und werden nach Ende oder bei einem Fehler der Operationen gelöscht;
Das SVZ untersteht der Aufsicht einer zuverlässigen Institution, die selbst keine Möglichkeit hat, den automatischen Ablauf der SVZ-Funktionen zu beeinflussen.