EP1709764A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zur kommunikationssicherheit innerhalb von kommunikationsnetzen - Google Patents

Schaltungsanordnung und verfahren zur kommunikationssicherheit innerhalb von kommunikationsnetzen

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Publication number
EP1709764A1
EP1709764A1 EP05707876A EP05707876A EP1709764A1 EP 1709764 A1 EP1709764 A1 EP 1709764A1 EP 05707876 A EP05707876 A EP 05707876A EP 05707876 A EP05707876 A EP 05707876A EP 1709764 A1 EP1709764 A1 EP 1709764A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network
peer
certificate
communication
stored
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05707876A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Uwe Busser
Gerald Volkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1709764A1 publication Critical patent/EP1709764A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H04L9/3263—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials involving certificates, e.g. public key certificate [PKC] or attribute certificate [AC]; Public key infrastructure [PKI] arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • H04L63/0823—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities using certificates
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
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    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/30—Definitions, standards or architectural aspects of layered protocol stacks
    • H04L69/32—Architecture of open systems interconnection [OSI] 7-layer type protocol stacks, e.g. the interfaces between the data link level and the physical level
    • H04L69/322—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions
    • H04L69/329—Intralayer communication protocols among peer entities or protocol data unit [PDU] definitions in the application layer [OSI layer 7]
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    • H04L67/104—Peer-to-peer [P2P] networks
    • H04L67/1087—Peer-to-peer [P2P] networks using cross-functional networking aspects
    • H04L67/1091—Interfacing with client-server systems or between P2P systems

Definitions

  • Communication security is becoming increasingly important in modern communication networks. Important aspects of communication security are the authenticity of the participants and the confidentiality of messages. Authorization may also be required to participate in communication within networks. This communication security is usually achieved with pre-administered shared secrets such as shared secrets. Furthermore, communication security can also be guaranteed with digital signatures / certificates. Every network subscriber authorized for secure communication receives their own digital certificate from a trustworthy central entity. These certificates bind a public key to the identity of its owner. These certificates can be checked with “the public key of the central instance, which is contained in the so-called root certificate of the central instance, which must be distributed to all network participants in an unadulterated manner.
  • a network subscriber can now use his secret private key to generate a signed message, the authenticity of which can be checked by any recipient using the public key from the certificate of the network subscriber.
  • the recipient of the network subscriber receives the certificate either from the network subscriber himself or from a central server. For the confidential transmission of messages, they are encrypted with the public key from the recipient's certificate, so that only the recipient can decrypt the message.
  • Security functions such as authentication, authorization and encryption / decryption are also used in a peer-to-peer network, hereinafter abbreviated to P2P network.
  • P2P network peer-to-peer network
  • the invention has for its object to provide a circuit arrangement and an associated method for securing the communication of network participants.
  • the invention has the advantage that an authenticity check can also be carried out when the network subscriber is operating offline.
  • the invention has the advantage that an authorization check can be carried out using the certificate of the network subscriber even when the network subscriber is operating offline.
  • the invention has the advantage that confidential information can also be stored in an offline mode of the network subscriber in the P2P network.
  • the invention has the advantage that servers for the provision of created and stored certificates ten are not required during operation.
  • FIG. 1 shows a P2P network within an IP network
  • FIG. 2 shows an allocation of a certificate for a new network subscriber and its distribution in the P2P network
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the authentication of the message from a network subscriber
  • Figure 4 shows a structure of circuit modules within a
  • Figure 5 is a flow diagram of a certificate distribution
  • Figure 6 is a flowchart of an authenticity check and Figure 7 is a flowchart of an encrypted deposit.
  • a digital certificate is stored as a resource in the P2P network. This has the advantage that data can be made available to the other network participants even if the network participant or the network participant cannot be reached offline or for other reasons in the operating mode. Furthermore, it is also possible to encrypt data intended for network units and thus protect them in the P2P network.
  • Figure 1 shows a P2P network within a network designated IP.
  • the data transfer to the transport layer takes place via common protocols, for example the Internet protocol.
  • the layer of is located as an additional layer P2P protocol, which assigns identification ID to other subscribers and data recorders, regulates storage, extraction and replication of data records, etc.
  • P2P protocol assigns identification ID to other subscribers and data recorders, regulates storage, extraction and replication of data records, etc.
  • the elements called peer A, peer B, ..., peer N of the P2P network are, for example independent computers that are connected to each other, for example, both via IP protocol and via P2P protocol.
  • the technology of a P2P network required here is, for example, from a thesis by Thomas Friese on the
  • a server or certificate server for example of a service provider, can also be arranged within the IP network.
  • a network element denoted by Peer X should, for example, have access to network subscribers of a network denoted P2P.
  • the network subscriber Peer X which can be a computer, for example, requests or applies for a certificate ZX from a provider FIRM.
  • the provider FIRM sends the applicant Peer X the assigned certificate, which is also stored in the certificate server CA.
  • This certificate ZX created by the certificate server for the network subscriber Peer X consists, for example, of various categories such as the name of the provider, the company or the trust center that issues the certificate, a serial number of the certificate, a public key of Peer X, a validity period, a name, who the key (Peer X) belongs and a signature that is generated by the provider or trust center.
  • this certificate ZX is sent to the new network subscriber Peer X of the P2P network.
  • the certificate server CA which looks at the P2P network as a whole, also sends the certificate ZX to the P2P network.
  • the certificate server CA sends the certificate ZX to peer A.
  • peer A can assume a gateway function.
  • the certificate ZX is then stored as a resource within the P2P network, for example in the peer M.
  • the information of the digital certificate is also available to the network subscribers of the P2P network if the network unit Peer X is not accessible in offline mode or for other reasons.
  • the validity period of this resource corresponds to the validity period of the certificate. It is thus possible to access a public key, which is stored in the certificate, in order to check the authenticity of the information stored and signed in a network unit in the P2P network.
  • the authorization of the certificate user results from the possession of a valid certificate, which was issued by the provider FIRM.
  • FIG. 3 schematically shows how the network subscriber Peer C receives a message from network subscriber Peer X, the authenticity of which is to be checked by Peer C.
  • Peer C requires the ZX certificate from Peer X.
  • This certificate ZX extracts Peer C from the P2P network and loads it into its memory:
  • Peer C determines the identification ID of the ZX certificate, using the method defined in the P2P algorithm used, and searches then with the im P2P algorithm used method according to a peer, the identification of which matches the ID of the certificate as closely as possible, and in whose memory the certificate ZX was therefore stored. After the certificate ZX has been found in the resource of the network subscriber Peer M, the certificate ZX is sent to the searching network subscriber Peer C.
  • the latter now first checks the validity of the ZX certificate using the public key QCA from the root certificate ZCA; he then checks the authenticity of the message using the public key QX, which is contained in the certificate ZX. If the authenticity is confirmed, the message is processed; otherwise it will be ignored.
  • FIG. 1 The structure of a network subscriber is shown schematically in FIG.
  • a network module NWM a network module NWM, a first memory module SMPA, SMCA, SMA, .. and a second memory module SMX, SMY, ..., a crypto module KRM and a processor P connected to these modules are included in the illustration .
  • the network module NWM with network card and associated software etc. regulates communication with all external devices, eg between peers in the P2P network and on the Internet protocol-based IP level.
  • a private key PA from peer A is stored in the memory module SMPA; this must be kept secret by peer A.
  • SMA memory module there is a certificate from Peer A with a public key QA and in the memory module SMCA there is a certificate from Server CA with a public key QCA.
  • the crypto module KRW which is designed for software and / or hardware, has functions such as: Generation of a digital signature using the private key PA. Authenticity check of the digital signature of any peer X using its public key QX, which is included in the certificate kat of X is included. Validity check of a digital certificate via the authenticity check of its digital signature, created by the server CA using its public key QCA, which is contained in the (root) certificate of CA. Encryption of a confidential message to Peer X using the public key QX from Peer X's certificate. Decryption of a confidential message from Peer X to Peer A using the private key PA from Peer A.
  • FIG. 5 shows a program flow of a certificate distribution as shown schematically in FIG.
  • a preliminary remark should be made that all network participants in the P2P network have a self-signed certificate of the certificate generation server CA firmly integrated.
  • Each network subscriber thus has a public key QCA of the certificate product server CA.
  • All peers A, B, ... N also have an identification ID, this identification ID is, for example, the network address in the P2P network mentioned.
  • the certificate generation server CA has generated the certificate ZX for the network subscriber Peer X of the P2P network, i.e. signed with the server's private key PCA. This certificate binds a public key QX to its identity X.
  • the certificate is then distributed according to the following procedural steps:
  • the server sends a certificate to a specific peer.
  • this is peer A in the P2P network.
  • the signature of the certificate ZX can be checked in peer A using the public key QCA known to it. If the signature is found to be invalid, the certificate is not forwarded but deleted. It is also possible that the certificate server itself is such a network participant in the P2P network.
  • the identification ID which determines on which peers a resource is stored in the P2P network
  • the Certificates ZX determined according to a method common in P2P networks, which depends on the P2P algorithm / protocol used.
  • P2P algorithms / protocols see for example Petar Maymounkov, David Mazieres, New York University, Kademia: A Peer to Peer Information System Based on XOR Metric, 2001 or Stoica, Morris, Karger, Kaashoek, Balakrishnan, MIT Laboratory for Computer Science: Chord: A Scalable Peer-to-peer Lookup Service for Internet Applications, August 2001.
  • the peer A calculates this ID of the certificate in such a way that it emerges from a unique identification by the peer X, so that the certificate is only known when this identification is known in the P2P network can be found and extracted.
  • Peer looks for peer M within the P2P network, whose identification ID best matches the ID of the certificate. The match relates to a metric of the P2P network system.
  • Peer A sends the ZX certificate to Peer M.
  • the signature of the certificate can also be checked using the public key QCA. If this is ok, he saves the certificate, otherwise the certificate is deleted.
  • the Peer X certificate is available as a resource in the P2P network as described above, i.e. it can be searched and extracted by any peer A, B, ... N who needs it in the P2P network.
  • the invention thus has the advantage that the ZX certificate is still available even when the server and Peer X are not available.
  • a flowchart of an authenticity check is shown schematically in FIG.
  • All peers in the P2P network have firmly integrated self-signed certificates of the certificate generation server CA.
  • Each peer A, B, ... N thus has a public key QCA of the certificate generation server CA.
  • All peers A, B, ..., N have an identification ID that serves as the network address in the P2P network.
  • the certificate for Peer X is a resource in the P2P network.
  • a data record such as a data file, service request or message ..., signed by the peer X with its private key PX and sent to peer C or in the P2P network in another computer Peer M, ..., Peer N, are filed.
  • Peer C receives this data record from Peer X or from a third computer Peer M.
  • Peer C determines e.g. from a unique identification of Peer X the identification ID of the certificate of Peer X.
  • Peer C uses this ID to search for a network subscriber on which the certificate is stored and receives Peer M as the destination.
  • the computer Peer C causes Peer M to send it the certificate.
  • Peer C now checks the validity of the ZX certificate and then checks the authenticity of the data record received from Peer X. If the certificate and authenticity are ok.
  • Peer C processes the data record that was sent by Peer X. This also enables access control of the P2P network: only participants who have received a certificate from the certificate generation server CA are authorized to generate data records for processing by other participants.
  • each peer A, B, ..N can now check the authenticity of data records in the network in the P2P network. The check can still be carried out even if the server and the Peer X subscriber are not available.
  • the sequence of an encrypted deposit is shown schematically in FIG.
  • the subsequent process of an encrypted deposit is similar to the authenticity check described above.
  • peer C Based on peer C, an encrypted message to peer X is to be stored in the network.
  • the computer peer C determines e.g. from a unique identification of Peer X the ID of the certificate of Peer X.
  • the computer Peer C searches with this ID for a peer on which the certificate is stored and receives Peer M as the destination.
  • the computer Peer C causes Peer M to send it the certificate.
  • Peer C checks the validity of the Peer X certificate.
  • the message is encrypted with the public key QX from the Peer X certificate.
  • the peer C can now store the encrypted message in the P2P network.
  • Peer X When Peer X receives the encrypted message, only Peer X can decrypt the Peer C message addressed to it with its private key PX.
  • each peer A, B, .. Peer N can send or store encrypted messages to other participants in the P2P network.
  • This sending or storing of messages to other participants in the P2P network can take place independently of a server or the accessibility of the target peer.

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Abstract

Bei dieser Schaltungsanordnung und dem dazugehörigen Verfahren zur Authentisierung eines Netzteilnehmers wird ein digitales Zertifikat als Ressource im P2P-Netzwerk abgespeichert. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass Daten auch dann den weiteren Netzteilnehmern zur Verfügung gestellt werden können, wenn die oder der Netzteilnehmer im Betriebsmodus Offline oder aus anderen Gründen nicht erreichbar ist. Des weiteren ist es auch möglich, für Netzeinheiten bestimmte Daten verschlüsselt und somit geschützt im P2P-Netzwerk abzulegen.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zur KommunikationsSicherheit innerhalb von Kommunikationsnetzen
In modernen Kommunikationsnetzen gewinnt die Kommunikations- sicherheit zunehmend an Bedeutung. Dabei sind wichtige Aspekte der Kommunikationssicherheit die Authentizität der Teilnehmer und die Vertraulichkeit von Nachrichten. Zur Teilnahme an einer Kommunikation innerhalb von Netzwerken kann außerdem eine Autorisierung erforderlich sein. Diese Kommunikationssicherheit wird üblicherweise mit voradministrierten, gemeinsamen Geheimnissen wie beispielsweise shared secrets verwirklicht. Des weiteren kann auch mit digitalen Signatu- ren/Zertifikaten die Kommunikationssicherheit gewährleistet werden. Dabei erhält jeder zur sicheren Kommunikation autorisierte Netzteilnehmer ein eigenes digitales Zertifikat von einer vertrauenswürdigen zentralen Instanz. Diese Zertifikate binden einen öffentlichen Schlüssel an die Identität seines Eigentümers. Diese Zertifikate können überprüft werden mit „dem öffentlichen Schlüssel der zentralen Instanz, der im sogenannten Root-Zertifikat der zentralen Instanz enthalten ist, welches unverfälscht an alle Netzwerkteilnehmer verteilt werden muss. Ein Netzteilnehmer kann nun mit seinem geheimen privaten Schlüssel eine signierte Nachricht erzeugen, deren Authentizität von jedem Empfänger mittels des öffentlichen Schlüssel aus dem Zertifikat des Netzteilnehmers geprüft werden kann. Das Zertifikat eines Netzteilnehmers erhält der Empfänger entweder von Netzteilnehmer selbst oder von einem zentralen Server. Zur vertraulichen Übermittlung von Nachrichten werden diese mit dem öffentlichen Schlüssel aus dem Zertifikat des Empfängers verschlüsselt, so dass nur dieser die Nachricht wieder entschlüsseln kann. In einem Peer-to-Peer Netzwerk, nachfolgend mit P2P Netzwerk abgekürzt, finden Sicherheitsfunktionen wie Authentisierung, Autorisierung und Ver-/Entschlüsselung ebenso Anwendung. Wer- den danach Informationen aus dem Zertifikat eines Netzteilnehmers benötigt, so kann das Zertifikat von dieser Netzeinheit selbst oder falls vorhanden von einer externen Speichereinheit angefordert werden.
Die bisher beschriebene Authentisierung von Daten oder Nachrichten einer Netzeinheit in einem P2P Netzwerk bringt jedoch den Nachteil mit sich, das ein Zertifikatsserver für die Teilnehmer des P2P Netzwerks zur Verfügung stehen muss und/oder die Netzteilnehmer ständig im Online-Betrieb sich befinden müssen. Darüber hinaus können auch keine vertraulichen Nachrichten für Netzteilnehmer allgemein noch für bestimmte Netzteilnehmer hinterlegt werden, wenn oben genannte Netz- und Netzteilnehmerbedingungen vorliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein dazugehöriges Verfahren zur Absicherung der Kommunikation von Netzteilnehmern anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Authentizitätsprüfung auch bei einem Offline-Betrieb des Netzteil- nehmers durchgeführt werden kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Autori- sierungsprüfung über das Zertifikat des Netzteilnehmers auch bei einem Offline-Betrieb des Netzteilnehmers durchge- führt werden kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine vertrauliche Informationshinterlegung auch in einem Offline-Betrieb des Netzteilnehmers im P2P Netzwerk durchgeführt werden kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass Server zur Bereitstellung von erstellten und abgespeicherten Zertifika- ten im laufenden Betrieb nicht erforderlich sind.
Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus den nachfolgenden näheren Erläuterungen zu den Figuren eines Ausfüh- rungsbeispiels ersichtlich.
Es zeigen:
Figur 1 ein P2P-Netzwerk innerhalb eines IP-Netzwerkes,
Figur 2 eine Zuteilung eines Zertifikates für einen neuen Netzteilnehmer und deren Verteilung im P2P-Netzwerk,
Figur 3 eine schematische Darstellung der Authentisierung der Nachricht eines Netzteilnehmers,
Figur 4 einen Aufbau von Schaltungsmodulen innerhalb eines
Peers, Figur 5 ein Ablaufdiagramm einer Zertifikatsverteilung,
Figur 6 ein Ablaufdiagramm einer Authentizitätsprüfung und Figur 7 ein Ablaufdiagramm einer verschlüsselten Hinterlegung.
Anhand einer Schaltungsanordnung und dem dazugehörigen Verfahren zur Authentisierung eines Netzteilnehmers wird ein digitales Zertifikat als Ressource im P2P-Netzwerk abgespeichert. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass Daten auch dann den weiteren Netzteilnehmern zur Verfügung gestellt werden können, wenn die oder der Netzteilnehmer im Betriebsmodus Offline oder aus anderen Gründen nicht erreichbar ist. Des weiteren ist es auch möglich, für Netzeinheiten bestimmte Daten verschlüsselt und somit geschützt im P2P-Netzwerk abzule- gen.
Figur 1 zeigt ein P2P-Netzwerk innerhalb eines mit IP bezeichneten Netzwerkes.
Der Datentransfer bis zur Transportschicht findet über ge- bräuchliche Protokolle, beispielsweise das Internetprotokoll, statt. Zwischen dieser Transportschicht und der Anwendungsschicht befindet sich als zusätzliche Schicht die Schicht des P2P Protokolls, welche die Zuordnung von Identifikation ID zu anderen Teilnehmern und Datensätzern vornimmt, das Abspeichern, Extrahieren sowie die Replikation von Datensätzen regelt etc. Die mit Peer bezeichneten Elemente Peer A, Peer B, ... , Peer N des P2P Netzwerkes sind beispielsweise selbständige Rechner, die untereinander beispielsweise sowohl über IP-Protokoll als auch über P2P Protokoll miteinander verbunden sind. Die hier vorausgesetzte Technologie eines P2P Netzwerkes ist bei- spielsweise aus einer Diplomarbeit von Thomas Friese an der
Philipps-Universität Marburg zum Thema - Selbstorganisiertende Peer-to-Peer Netzwerke vom März 2002 bekannt. Innerhalb des IP-Netzes kann ebenso ein Server bzw. Zertifikatsserver beispielsweise eines Diensteanbieters angeordnet sein.
Der Gegenstand der Erfindungen wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung verdeutlicht. Ein mit Peer X bezeichnetes Netzelement soll dabei beispielsweise Zugang zu Netzteilneh- mern eines mit P2P bezeichneten Netzwerkes erhalten.
In Figur 2 wird schematisch der Zugang des Netzteilnehmers Peer X zum P2P Netzwerk erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt wird vom Netzteilnehmer Peer X, der beispielswei- se ein Rechner sein kann, ein Zertifikat ZX von einem Anbieter FIRM angefordert bzw. beantragt. Der Anbieter FIRM sendet dem Antragsteller Peer X das zugeteilte und ebenfalls im Zertifikatsserver CA hinterlegte Zertifikat. Dieses vom Zertifikatserver angelegte Zertifikat ZX für den Netzteilnehmer Peer X besteht beispielsweise aus verschiedenen Rubriken wie Name des Anbieters, der Firma oder des Trustcenters der das Zertifikat vergibt, einer Seriennummer des Zertifikates, einen öffentlichen Schlüssel von Peer X, einem Gültigkeitszeitraum, einem Namen, wem der Schlüssel (Peer X) gehört und eine Sig- natur, die von dem Anbieter oder Trustcenter erzeugt wird.
Mit der Signatur wird sichergestellt, dass die in dem Zertifikat hinterlegten Daten nur von dem Trustcenter bzw. der Firma oder dem Anbieter vergeben wurden. Dieses Zertifikat ZX wird in einem zweiten Schritt an den neuen Netzteilnehmer Peer X des P2P-Netzwerkes gesendet. Ebenso wird vom Zertifikatsserver CA, der das P2P-Netzwerk als Ganzes betrachtet, das Zertifikat ZX auch an das P2P-Netzwerk gesendet. Beispielsweise sendet der Zertifikatsserver CA das Zertifikat ZX dazu an den Peer A. Das Peer A kann hierbei eine Gatewayfunktion übernehmen. Das Zertifikat ZX wird dann innerhalb des P2P Netzwerkes als Ressource beispielsweise im Peer M abge- speichert.
Mit der Abspeicherung des digitalen Zertifikats als Ressource im P2P-Netzwerk stehen die Informationen des digitalen Zertifikates auch dann den Netzteilnehmern des P2P Netzwerkes zur Verfügung, wenn die Netzeinheit Peer X im Betriebsmodus Offline oder aus anderen Gründen nicht erreichbar ist. Die Gültigkeitsdauer dieser Ressource entspricht dabei der Gültigkeitsdauer des Zertifikates. Somit ist es möglich, auf einen öffentlichen Schlüssel, der im Zertifikat hinterlegt ist, zuzugreifen, um die in einer Netzeinheit im P2P Netzwerk hinterlegte und signierte Informationen auf deren Authentizität hin zu überprüfen. Die Autorisierung des Zertifikatsverwenders ergibt sich aus dem Besitz eines gültigen Zertifikates, welches vom Anbieter FIRM ausgegeben wurde. Des weiteren ist es auch möglich, für einen Netzteilnehmer bestimmte Information verschlüsselt und somit geschützt im P2P-Netz abzulegen. Damit könnte beispielsweise eine vertrauliche Anruferbeant- worterfunktion realisiert werden.
In Figur 3 ist schematisch wiedergegeben, wie der Netzteilnehmer Peer C eine Nachricht von Netzteilnehmer Peer X erhält, deren Authentizität von Peer C geprüft werden soll. Dazu benötigt Peer C das Zertifikat ZX von Peer X. Dieses Zertifikat ZX extrahiert Peer C aus dem P2P Netzwerk und lad es in seinen Speicher: Dazu bestimmt Peer C die Identifikation ID des Zertifikats ZX, nach der im verwendeten P2P Algorithmus festgelegten Methode, und sucht anschließend mit der im verwendeten P2P Algorithmus festgelegten Methode nach einem Peer, dessen Identifikation mit der ID des Zertifikates möglichst gut übereinstimmt, und in dessen Speicher das Zertifikat ZX daher abgelegt wurde. Nachdem das Zertifikat ZX in der Ressource des Netzteilnehmers Peer M gefunden wurde, wird das Zertifikat ZX an den suchenden Netzteilnehmer Peer C gesendet. Dieser überprüft nun zuerst die Gültigkeit des Zertifikates ZX mittels des öffentlichen Schl sseis QCA aus dem Rootzertifikat ZCA; anschlie- ßend prüft er die Authentizität der Nachricht mittels des öffentlichen Schlüssels QX, welcher im Zertifikat ZX enthalten ist. Ist die Authentizität bestätigt, wird die Nachricht bearbeitet; ansonsten wird sie ignoriert.
In Figur 4 ist schematisch der Aufbau eines Netzteilnehmers
Peer A beschrieben. Für das Verständnis der Erfindung sind in die Darstellung ein Netzwerkmodul NWM, ein erstes Speichermodul SMPA, SMCA, SMA, .. und ein zweites Speichermodul SMX, SMY, ... , ein Kryptomodul KRM sowie ein mit diesen Modulen in Verbindung stehender Prozessor P aufgenommen. Das Netzwerkmodul NWM mit Netzwerkkarte und dazugehöriger Software etc. regelt die Kommunikation mit allen externen Geraten, z.B. zwischen Peers im P2P-Netzwerk sowie auf der Internetprotokoll- basierten IP-Ebene. In dem Speichermodul SMPA ist ein priva- ter Schlüssel PA von Peer A abgespeichert; dieser muss vom Peer A geheim gehalten werden. Im Speichermodul SMA ist das Zertifikat von Peer A mit öffentlichem Schlüssel QA sowie im Speichermodul SMCA ist ein Zertifikat von Server CA mit öffentlichem Schlüssel QCA. Diese ersten 3 Datensatze sind in jedem Peer immer vorhanden. In einem zweites Speichermodul sind Zertifikate von anderen Peers X,Y, ... abgelegt; diese werden bei Bedarf aus dem P2P-Netzwerk geholt. Das Kryptomodul KRW, das Software- und/oder Hardwaremaßig ausgebildet ist, verfugt dabei über Funktionen wie: Erzeugung einer digi- talen Signatur mit Hilfe des privaten Schlusseis PA. Authen- tizitatsprufung der digitalen Signatur von beliebigem Peer X mittels dessen öffentlichen Schlüssel QX, welcher im Zertifi- kat von X enthalten ist. Gültigkeitsprüfung eines digitalen Zertifikates über die Authentizitätsprüfung seiner digitalen Signatur, erstellt vom Server CA mittels dessen öffentlichen Schlüssel QCA, welcher im (Root-) Zertifikat von CA enthalten ist. Verschlüsselung einer vertraulichen Nachricht an Peer X mittels des öffentlichen Schlüssels QX aus dem Zertifikat von Peer X. Entschlüsselung einer vertraulichen Nachricht von Peer X an Peer A mittels des privaten Schlüssels PA von Peer A.
In Figur 5 ist ein Programmablauf einer Zertifikatsverteilung wie in Fig.2 schematisch dargestellt wiedergegeben. Zur Zertifikatsverteilung sei in einer Vorbemerkung angegeben, dass alle Netzteilnehmer im P2P-Netzwerk ein selbstsigniertes Zer- tifikat des Zertifikatserzeugungsservers CA fest integriert haben. Damit hat jeder Netzteilnehmer einen öffentlichen Schlüssel QCA des Zertifikatserzeugnisservers CA. Alle Peers A, B, ...N haben weiterhin eine Identifikation ID, diese Identifikation ID ist beispielsweise die Netzwerk-Adresse in dem genannten P2P-Netzwerk. Der Zertifikatserzeugungsserver CA hat das Zertifikat ZX für den Netzteilnehmer Peer X des P2P Netzwerkes erzeugt, d.h. mit seinem privaten Schlüssel PCA des Servers signiert. Dieses Zertifikat bindet einen öffentlichen Schlüssel QX an dessen Identität X.
Eine Zertifikatsverteilung erfolgt danach nach folgenden Verfahrensschritten: Der Server sendet ein Zertifikat an einen bestimmten Peer. Im vorliegenden Beispiel ist dieser der Peer A im P2P Netzwerk. Im Peer A kann die Signatur des Zertifi- kats ZX mittels des ihm bekannten öffentlichen Schlüssels QCA geprüft werden. Falls die Signatur als ungültig festgestellt wird, wird das Zertifikat nicht weitergeleitet, sondern gelöscht. Auch ist es möglich, dass der Zertifikats-Server selbst ein solcher Netzteilnehmer im P2P-Netzwerk ist.
In Peer A wird die Identifikation ID, die bestimmt auf welchen Peers eine Ressource im P2P Netzwerk abgelegt wird, des Zertifikates ZX nach einer in P2P Netzwerken üblichen Methode festgelegt, die vom verwendeten P2P Algorithmus/Protokoll abhängt. Zu P2P Algorithmen/Protokollen siehe beispielsweise Petar Maymounkov, David Mazieres, New York University, Kadem- lia: A Peer to Peer Information System Based on XOR Metric, 2001 oder Stoica, Morris, Karger, Kaashoek, Balakrishnan, MIT Laboratory for Computer Science: Chord: A Scalable Peer-to- peer Lookup Service for Internet Applications, August 2001. Beispielsweise berechnet der Peer A diese ID des Zertifikates derart, dass sie aus einer eindeutigen Kennzeichnung vom Peer X hervorgeht, so dass das Zertifikat allein unter Kenntnis dieser Kennzeichnung im P2P Netz gefunden und extrahiert werden kann.
Peer, A sucht sich innerhalb des P2P-Netzwerkes den Peer M, dessen Identifikation ID mit der ID des Zertifikates am besten übereinstimmt. Die Übereinstimmung bezieht sich auf eine Metrik des P2P-Netzwerksystems .
Der Peer A sendet das Zertifikat ZX an Peer M.
Im Rechner Peer M kann die Signatur des Zertifikates mittels des öffentlichen Schlüssels QCA auch überprüft werden. Ist diese o.k., speichert er das Zertifikat ab, ansonsten wird das Zertifikat gelöscht.
Das Zertifikat von Peer X ist im P2P-Netzwerk wie oben beschrieben als Ressource verfügbar, d.h. es kann von jedem Peer A,B, ...N, der es benötigt, im P2P-Netzwerk gesucht und extrahiert werden. Die Erfindung bringt somit den Vorteil mit sich, dass das Zertifikat ZX auch dann noch verfügbar ist, wenn der Server und Peer X nicht verfügbar sind.
In Figur 6 ist schematisch ein Ablaufdiagramm einer Authentizitätsprüfung wiedergegeben. Zur Authentizitätsprüfung sei angemerkt, dass alle Peers im P2P-Netzwerk selbstsignierte Zertifikate des Zertifikatserzeugungsservers CA fest integriert haben. Damit hat jeder Peer A,B, ... N, einen öffentlichen Schlüssel QCA des Zertifikatserzeugungsservers CA. Alle Peers A,B, ...,N, haben eine Identifikation ID, die als Netzwerkadresse im P2P-Netzwerk dient. Das Zertifikat für Peer X liegt als Ressource im P2P-Netz. So kann beispielsweise ein Datensatz wie beispielsweise ein Datenfile, Serviceanfrage oder Nachricht..., von dem Peer X mit seinem privaten Schlüs- sei PX signiert und an Peer C gesendet oder im P2P-Netzwerk in einem anderen Rechner Peer M, ... , Peer N, abgelegt werden. Der Peer C erhält diesen Datensatz vom Peer X oder von einem dritten Rechner Peer M.
Peer C benötigt jetzt zur Authentizitätsprüfung, also zur
Prüfung, dass der Datensatz also wirklich von Peer X stammt, dessen Zertifikat ZX.
Peer C bestimmt z.B. aus einer eindeutigen Kennzeichnung von Peer X die Identifikation ID des Zertifikates von Peer X.
In einem nachfolgenden Verfahrenabschnitt sucht Peer C mit dieser ID einen Netzteilnehmer, auf dem das Zertifikat gespeichert ist, und erhält Peer M als Ziel.
Der Rechner Peer C veranlasst Peer M, ihm das Zertifikat zu schicken. In Peer C wird nun die Gültigkeit des Zertifikates ZX überprüft und anschließend die Authentizität des von Peer X erhaltenen Datensatzes geprüft. Falls das Zertifikat und die Authentizität o.k. sind, bearbeitet Peer C den Datensatz, der von Peer X gesendet wurde. Damit ist auch eine Zugangskontrolle des P2P Netzes möglich: Nur Teilnehmer , die ein Zertifikat, vom Zertifikatserzeugungsserver CA erhalten haben, sind autorisiert, Datensätze zur Bearbeitung durch ande- re Teilnehmer zu erzeugen.
Aufgrund der Hinterlegung des Zertifikates in den Ressourcen des P2P-Netzes kann jeder Peer A,B, ..N, nun die Authentizität von Datensätzen im Netz im P2P-Netzwerk überprüfen. Die Überprüfung kann auch dann noch abgewickelt werden, wenn der Server und der Netzteilnehmer Peer X nicht verfügbar sind.
In Figur 7 ist schematisch der Ablauf einer verschlüsselten Hinterlegung wiedergegeben. Der nachfolgende Ablauf einer verschlüsselten Hinterlegung erfolgt ähnlich der wie zuvor beschriebenen Authentizitätsprüfung. Ausgehend von Peer C soll eine verschlüsselte Nachricht an Peer X im Netzwerk hinterlegt werden. Der Rechner Peer C bestimmt z.B. aus einer eindeutigen Kennzeichnung von Peer X die ID des Zertifikates von Peer X. Der Rechner Peer C sucht mit dieser ID einen Peer auf dem das Zertifikat gespeichert ist, und erhält Peer M als Ziel. Der Rechner Peer C veranlasst Peer M, ihm das Zertifikat zu schicken. Peer C überprüft die Gültigkeit des Zertifikates von Peer X. In Peer C wird die Nachricht mit dem öffentlichen Schlüssel QX aus dem Zertifikat von Peer X verschlüsselt. Der Peer C kann nun die verschlüsselte Nachricht im P2P-Netz hinterlegen.
Wenn Peer X die verschlüsselte Nachricht erhält, kann nur Peer X mit seinem privaten Schlüssel PX die an ihn gerichtete Nachricht von Peer C entschlüsseln.
Mit diesem Ablauf einer verschlüsselten Hinterlegung kann jeder Peer A,B, ..Peer N, verschlüsselte Nachrichten an andere Teilnehmer des P2P-Netzwerkes senden bzw. hinterlegen. Dieses Senden bzw. Hinterlegen von Nachrichten an andere Teilnehmer des P2P-Netzwerkes kann unabhängig von einem Server oder der Erreichbarkeit des Ziel-Peers erfolgen.
Verfahren zur sicheren Kommunikation von Geräten bzw. Netzteilnehmern in P2P-Netzen. In diesen Netzen werden Zertifika- tionsinformationen über Geräte und Anwender benötigt, um von diesen signierte Informationen auf deren Authentizität hin zu überprüfen, sowie um vertrauliche Informationen an sie ver- schlüsselt zu übertragen. Wer diese Zertifikationsinformationen benötigt, kann sie vom Netzteilnehmer selbst oder von externen Servern anfordern. Gemäß der Erfindung wird diese Information zusätzlich als Ressource im P2P-Netzwerk abgelegt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Informationen auch dann verfügbar sind, wenn das Gerät- der Anwender nicht erreichbar sind und kein Server zur Verfügung steht. Dies bringt ebenso den weiteren Vorteil mit sich, dass die Authentizitätsprüfung dauerhaft gewährleistet ist und außerdem In- formationen auch dann vertraulich hinterlegt werden, wenn Gerät und Anwender temporär nicht erreichbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Kommunikationssicherheit zwischen zu einem Peer-to-Peer Netzwerk gehörenden Netzteilnehmern, mit einem Netzwerkmodul zur Kommunikation mit den weiteren Netzteilnehmern und externen nicht zum Peer-to-Peer Netzwerk gehörenden Kommunikationseinrichtungen (Server) , einem Kryptomodul zur Abwicklung von kryptographisehen Aufga- ben, einem ersten Teilspeichermodule aufweisenden Speichermodul (SM1) in denen zu einem ersten Netzteilnehmer Zugehörigkeitsmerkmale (PA, ZA, ZCA) abgespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Speichermodul (SM2) vorgesehen ist, wobei das zweite Speichermodul (SM2) Teilspeichermodule (SMX,
SMY, ... ) zur Zwischenspeicherung von Zertifikaten (ZX, ZY, .. ) weiterer Netzteilnehmer (Peer X, Peer Y, ) aufweist und die Zertifikate dieser weiteren Netzteilnehmer jeweils von allen anderen Netzteilnehmern (Peer N, Peer M, .... ) angefor- dert werden können.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die externe Kommunikationseinrichtung derart ausgeprägt ist, dass digitale Zertifikate hergestellt und im zweiten Speichermodul (SM2) abgelegt werden können.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass diese im ersten Netzteilnehmer angeordnet ist.
4. Verfahren zur Kommunikationssicherheit zwischen zu einem Peer-to-Peer Netzwerk gehörenden Netzteilnehmern, mit einem Netzwerkmodul zur Kommunikation mit den weiteren Netzteilnehmern und externen nicht zum Peer-to-Peer Netzwerk ge- hörenden Kommunikationseinrichtungen (Server) , einem Kryptomodul zur Abwicklung von kryptographischen Aufgaben, einem ersten Teilspeichermodule aufweisenden Speichermodul (SMl) in denen zu einem ersten Netzteilnehmer Zugehörig- keitsmerkmale abgespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Speichermodul (SM2) in Teilspeichermodule (SMX, SMY, ... ) zur Zwischenspeicherung von Zertifikaten (ZX,
ZY, .. ) weitere.r Netzteilnehmer (Peer X, Peer Y, ) aufge- teilt wird und die Zertifikate dieser weiteren Netzteilnehmer von allen anderen Netzteilnehmern (Peer N, Peer M, .... ) angefordert werden können.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass digitale Zertifikate in der externen Kommunikationseinrichtung erstellt werden und im zweiten Speichermodul (SM2) abgelegt werden können.
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