DE602004009825T2

DE602004009825T2 - System zur verbesserung der übertragungssicherheit der emails in dem internet-netzwerk

Info

Publication number: DE602004009825T2
Application number: DE602004009825T
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Collet; Francois Xavier Drouet; Gerard Marmigere; Joaquin Picon
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2024-11-11
Also published as: CN1875599B; WO2005053262A1; CN1875599A; US20070143406A1; ATE377319T1; EP1687952A1; DE602004009825D1; JP2007512743A; EP1687952B1; US8171083B2

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Sicherheit bei der Übertragung von E-Mails über ein ungesichertes Datenübertragungsnetzwerk und insbesondere ein System zur Verbesserung der Übertragungssicherheit der E-Mails im Internet-Netzwerk.
STAND DER TECHNIK
Die Verwendung von E-Mails ist heute weit verbreitet. Wenn der Absender eine E-Mail an einen Empfänger sendet, so erfolgt der Vorgang direkt, und sofern kein Problem zwischen dem Server des Absenders und dem Server des Empfängers auftritt, wird die E-Mail auf dem Weg der gesendeten Nachricht ohne jede Kontrolle hinsichtlich der Netzwerkinfrastruktur in das Postfach des Empfängers zugestellt.
In den meisten Ländern gibt es besondere rechtliche Schutzbestimmungen, die verhindern, dass Behörden oder einzelne Personen Briefpost öffnen und lesen. Leider haben nur wenige Länder dieselben Schutzbestimmungen für die elektronische Post geschaffen, was Einzelpersonen, Firmen und Behörden einen rechtlichen Freiraum lässt, um E-Mails zu lesen. Somit können die E-Mails an jedem der Router entlang des Weges, den die E-Mail zum Erreichen ihrer Zieladresse über das Internet nimmt, gelesen werden. Aufgrund der Zunahme von gewerblichen und privaten Verträgen, die per elektronische Post zustande kommen, ist es jedoch äußerst wichtig, dass der Datenschutz bei solchem Schriftverkehr gewährleistet werden kann.
Um Übergriffe auf E-Mails zu verhindern, ist die Verwendung von symmetrischen oder asymmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen zur Sicherung des E-Mail-Schriftverkehrs über das Internet weit verbreitet. So gibt es bei der Chiffrierung mit einem Schlüssel einen privaten Schlüssel, der nur dem Besitzer bekannt ist und dazu verwendet wird, die Daten zu signieren, während ein öffentlicher Schlüssel, der vielen Personen bekannt sein kann, verwendet wird, um die Nachricht zu entschlüsseln. Um die Sicherheit zu verbessern, weisen solche Schlüssel mindestens 40 Bit auf, werden aber zunehmend länger. Beispielsweise schreibt der symmetrische Algorithmus Data Encryption Standard (Datenverschlüsselungsstandard) in einigen Ländern 56-Bit-Schlüssel und in anderen Ländern wie den USA 128-Bit-Schlüssel vor. Daher besteht kein Zweifel, dass eine solche stetige Zunahme der Schlüssellänge keine Lösung für das Sicherheitsproblem darstellt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Demzufolge besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein System bereitzustellen und ein Verfahren zu erzielen, die an jede Art von über das Internet-Netzwerk übertragene E-Mail angepasst werden können, ohne komplizierte Algorithmen und/oder immer längere Chiffrierschlüssel verwenden zu müssen.
Die Erfindung betrifft daher ein System zur Verbesserung der Sicherheit der E-Mails, die von einem Absender über ein Datenübertragungsnetzwerk wie das Internet an einen Empfänger übertragen werden, wobei ein zum Absender gehörender Nachrichtenübertragungsagent (Message Transfer Agent, MTA) dafür verantwortlich ist, eine vom Absender versendete ursprüngliche E-Mail über das Netzwerk zu übertragen. Der zum Absender gehörende MTA umfasst Nachrichtenteilermittel, die dafür eingerichtet sind, die ursprüngliche E-Mail nach einem vorgegebenen Algorithmus in eine Vielzahl von Chunks zu unterteilen, sowie eine vorgegebene Liste von weiterleitenden (Relay-) MTAs, an die die Vielzahl von Chunks weitergeleitet wird. Das System umfasst einen Chunkzusammensetzer zum Empfangen der Vielzahl von Chunks von den Relay-MTAs und zum Wiederzusammensetzen der Chunks unter Verwendung des vorgegebenen Algorithmus, um die E-Mail wieder aufzubauen, bevor sie zum Empfänger gesendet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung der Erfindung verständlicher, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem eine E-Mail in drei Chunks unterteilt wird und drei verschiedene Pfade durch das Internet benutzt werden, und
2 eine Darstellung, die die ursprüngliche E-Mail in fünf Chunks unterteilt darstellt, die auf drei verschiedene E-Mails verteilt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 wird in dem erfindungsgemäßen System angenommen, dass ein Absender 10 eine E-Mail über das öffentliche Datenübertragungsnetzwerk, das heißt über das Internet, welches in der Figur innerhalb der gestrichelten Linie dargestellt ist, an einen Empfänger 12 senden möchte.
Die vom Absender 10 gesendete E-Mail NRT kann mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers 12 verschlüsselt werden, obschon dies nicht zwingend notwendig ist. Die vorzugsweise verschlüsselte E-Mail NRT wird dann zwecks Übertragung zum dazugehörigen Nachrichtenübertragungsagenten (MTA) 14 geleitet, nachdem eine Mail-Kopfzeile solcherart hinzugefügt wurde, dass die weiterzuleitende E-Mail VOLLSTÄND. NRT wie folgt lautet:

An: empfänger@ziel.domäne
Von: Absender
Betreff: sichere Mail
VERSCHLÜSSELTER TEXT

14

Der MTA 14 des Absenders umfasst zwei entscheidende erfindungsgemäße Mittel: einen Nachrichtenteiler 16 und eine Liste 18 von Relay-MTAs. Der Nachrichtenteiler 16 ist für die Unterteilung der empfangenen E-Mail VOLLSTÄND. NRT in eine Vielzahl von Chunks verantwortlich und soll jeden Chunk mit seiner Mail-Kopfzeile verschlüsseln, indem der öffentliche Schlüssel eines bestimmten Postfachs mit der Adresse hochsicher@ziel.dom verwendet wird. Jede neue E-Mail NRT-CHUNK lautet wie folgt:

An: empfänger@ziel.domäne
Von: Absender
Betreff: sichere Mail
Chunk: n
Chunkanzahl: N

Jedem verschlüsselten Chunk wird dieselbe MAIL-KOPFZEILE hinzugefügt, bevor es über das Internet-Netzwerk gesendet wird. Diese MAIL-KOPFZEILE lautet wie folgt:

An: hochsicher@ziel.domäne
Von: Vertraulich
Betreff: xxx

Unter Verwendung seiner Liste 18 von Relay-MTAs leitet der MTA 14 des Absenders jeden verschlüsselten Chunk mit seiner Kopfzeile an einen jeweils anderen Relay-MTA weiter. So ist in dem in 1 dargestellten Beispiel die E-Mail in drei E-Mails unterteilt, die an die Relay-MTAs 20, 22 und 24 weitergeleitet werden. Somit gewährleistet das Versenden einer Vielzahl von Chunks an jeweils eine Vielzahl von MTAs einen unterschiedlichen Pfad für jeden Chunk, während die Chunks im nicht gesicherten öffentlichen Netzwerk unterwegs sind. Es muss angemerkt werden, dass eine solche Unterteilung in Chunks von der Sicherheitsstufe abhängen kann, die der Absender benötigt.
Da alle E-Mail-Chunks dieselbe Zieladresse hochsicher@ziel.domäne aufweisen, werden sie von einem einzigen zustellenden MTA 26 empfangen, der zu dieser Adresse gehört.
Dann sendet der zustellende MTA die empfangenen E-Mail-Chunks an das Postfach, das der Adresse hochsicher@ziel.domäne entspricht, bei der es sich um einen Chunkzusammensetzer 28 handelt. Unter Verwendung seines privaten Schlüssels entschlüsselt der Chunkzusammensetzer 28 jede empfangene E-Mail und kann die Vielzahl der empfangenen Chunks unter Verwendung desselben Algorithmus, der auch vom Nachrichtenteiler zum Unterteilen der ursprünglichen E-Mail in eine Vielzahl von Chunks verwendet wurde, wieder zusammensetzen, wobei die in der Kopfzeile enthaltene Chunknummer n verwendet wird, um die Chunks in der richtigen Reihenfolge zu verknüpfen, selbst wenn sie in einer anderen Reihenfolge empfangen wurden.
Schließlich wird die ursprüngliche E-Mail VOLLSTÄND. NRT, die durch das Wiederzusammensetzen der Chunks im Chunkzusammensetzer 28 erhalten wurde, durch den zustellenden MTA 26 an das Postfach des Empfängers 12 weitergeleitet.
Der Verschlüsselungsalgorithmus, der zum Unterteilen der ursprünglichen E-Mail in eine Vielzahl von Chunks verwendet wird, kann eine beliebige Art von Algorithmus sein. Wie jedoch bereits erwähnt, ist es entscheidend, dass der Chunkzusammensetzer denselben Algorithmus zum Zusammensetzen der E-Mail verwendet wie den, den der Nachrichtenteiler zum Aufteilen der E-Mail in Chunks verwendet hat.
Zum Beispiel kann angenommen werden, dass jeder Chunk aus der gleichen Anzahl von n Bytes besteht. Unter der Annahme, dass m Relay-MTAs vorhanden sind, kann die ursprüngliche E-Mail auf folgende Weise unterteilt werden:
Bytes 1 bis n in Chunk Nr. 1 für den ersten Relay-MTA
Bytes n + 1 bis 2n in Chunk Nr. 2 für den zweiten Relay-MTA
Bytes 2n + 1 bis 3n in Chunk Nr. 3 für den dritten Relay-MTA
---------
Bytes mn + 1 bis (m + 1)n in Chunk Nr. m + 1 für den m-ten Relay-MTA
Bytes (m + 1)n + 1 bis (m + 2)n in Chunk Nr. m + 2 für den ersten Relay-MTA
Bytes (m + 2)n + 1 bis (m + 3)n in Chunk Nr. m + 3 für den zweiten Relay-MTA
---------
Gemäß einer weiteren sichereren Ausführungsart kann die ursprüngliche E-Mail auf Schriftzeichenebene unterteilt werden.
Ein möglicher Algorithmus besteht darin, nacheinander jedes Schriftzeichen in einen Chunk zu überführen, dessen Nummer durch die folgende Formel definiert ist, die mit X Chunks verwendet wird: Chunk Nr. = 1 + <fortlaufende Nummer des Schriftzeichens> Modulo X
Unter der Annahme, dass die Nachricht „NACHRICHT TEILEN" lautet und dass die Schriftzeichen auf fünf Chunks verteilt werden, gestalten sich die Chunks wie folgt:

Chunk 1 NITN

Chunk 2 ACE

Chunk 3 CHI

Chunk 4 HTL

Chunk 5 RE
Dann können die Chunks willkürlich auf die verschiedenen E-Mails verteilt werden, die an die Relay-MTAs weitergeleitet werden.
Somit kann unter der Annahme, dass wie in 1 beschrieben drei Relay-MTAs vorhanden sind, die ursprüngliche E-Mail in fünf Chunks unterteilt werden, wie in 2 dargestellt. In einem solchen Fall sind Chunk Nr. 1 und Chunk Nr. 4 in der E-Mail enthalten, die an Relay-MTA 20 weitergeleitet wird, Chunk Nr. 2 und Chunk Nr. 5 sind in der E-Mail enthalten, die an Relay-MTA 22 weitergeleitet wird, und Chunk Nr. 3 wird an Relay-MTA 24 weitergeleitet. Es muss angemerkt werden, dass jedem Chunk in jeder E-Mail die Chunknummer vorangestellt wird, damit der Chunkzusammensetzer 28 die ursprüngliche E-Mail wieder korrekt zusammensetzen kann, selbst wenn die Teil-E-Mails nicht in der richtigen Reihenfolge empfangen werden.

Claims

System zur Verbesserung der Sicherheit der E-Mails, die von einem Absender (10) über ein Datenübertragungsnetzwerk wie das Internet an einen Empfänger (12) übertragen werden, wobei ein zum Absender gehörender Nachrichtenübertragungsagent (Message Transfer Agent, MTA) (14) dafür verantwortlich ist, eine vom Absender versendete ursprüngliche E-Mail über das Netzwerk zu übertragen, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass der zum Absender gehörende MTA Nachrichtenteilermittel (16) umfasst, die dafür eingerichtet sind, die ursprüngliche E-Mail nach einem vorgegebenen Algorithmus in eine Vielzahl von Chunks zu unterteilen, sowie eine vorgegebene Liste von weiterleitenden (Relay-) MTAs (20, 22, 24), an die die Vielzahl von Chunks weitergeleitet wird, und dass das System einen Chunkzusammensetzer (28) zum Empfangen der Vielzahl von Chunks von den Relay-MTAs und zum Wiederzusammensetzen der Chunks unter Verwendung des vorgegebenen Algorithmus umfasst, um die E-Mail wieder aufzubauen, bevor sie zum Empfänger gesendet wird.
System nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Chunks als ein E-Mail-Chunk mit einer Zieladresse übertragen wird, bei der es sich um die Adresse des Chunkzusammensetzers (28) handelt.
System nach Anspruch 2, wobei jeder der Vielzahl von Chunks unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels des Chunkzusammensetzers (28) verschlüsselt wird, bevor er über das Netzwerk übertragen wird.
Verfahren zur Verbesserung der Sicherheit der E-Mails, die von einem Absender (10) über ein Datenübertragungsnetzwerk wie das Internet zu einem Empfänger (12) übertragen werden, wobei ein zum Absender gehörender Nachrichtenübertragungsagent MTA (14) dafür verantwortlich ist, eine vom Absender versendete ursprüngliche E-Mail zu übertragen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus dem Verwenden eines Algorithmus zum Unterteilen der ursprünglichen E-Mail in eine Vielzahl von Chunks, aus dem Versenden dieser Chunks als E-Mails an verschiedene Relay-MTAs (20, 22, 24), die in einer vorgegebenen Liste von Relay-MTAs festgelegt sind, und aus dem Wiederzusammensetzen der Chunks durch einen Chunkzusammensetzer besteht, um die ursprüngliche E-Mail unter Verwendung des vorgegebenen Algorithmus wieder aufzubauen, bevor sie zum Empfänger gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei jeder Chunk in einem E-Mail-Chunk mit einer Zieladresse über das Netzwerk übertragen wird, bei der es sich um die Adresse des Chunkzusammensetzers handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei jeder Chunk vor der Übertragung unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels des Chunkzusammensetzers verschlüsselt wird, wobei der verschlüsselte E-Mail-Chunk bei seinem Empfang durch den Chunkzusammensetzer mit dessen privatem Schlüssel entschlüsselt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Text der ursprünglichen E-Mail unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels des Empfängers verschlüsselt wird, bevor die E-Mail in eine Vielzahl von Chunks unterteilt wird.