Database and
Distributed Systems
Group
Fachbereich
Informatik
Technische
Universität
Darmstadt
64283 Darmstadt
Diplomarbeit
MozPETs - PeMaR
Entwicklung eines Gateways zum anonymen
E-Mailversand über Remailer-Netzwerke
und Anbindung von Mozilla Mail
eingereicht von
Benjamin Stritter
21. April 2006
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
I
Abbildungsverzeichnis
V
Listings
VII
Einleitung
1
Motivation
3
1
Kommunikation, Vertraulichkeit und Anonymität
5
1.1
Vertraulicher Informationsaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.2
Verschiedene Arten der Anonymität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3
Anwendbarkeit des intuitiven Modells auf vernetzte Systeme . . . . . . . .
8
2
Anonymität in vernetzten Systemen
9
2.1
Definition von Anonymität in Netzwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.1.1
Szenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.1.2
Anonymität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
2.1.2.1
Unverkettbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2.1.2.2
Unbeobachtbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2.1.3
Pseudonymität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
2.2
Verschiedene Kommunikationsszenarien und Angriffe . . . . . . . . . . . .
13
2.2.1
Direkte Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
2.2.2
Verbindung über Proxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2.2.3
Verbindung über Mix Kaskade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.2.4
Weitere Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
3
Kommunikation per E-Mail
19
3.1
Historische Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3.2
Funktion von SMTP
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3.3
Angriffe auf SMTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
3.4
Absicherung der Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
3.4.1
SSL/TLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
3.4.2
PGP und S/MIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
3.5
Fazit bezüglich der Anonymität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
II
INHALTSVERZEICHNIS
4
Anonymisierung von E-Mail-Kommunikation
27
4.1
Anwendungsmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
4.2
Technologien zur Anonymisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
4.2.1
Pseudonymisierung durch Proxy-Server . . . . . . . . . . . . . . .
28
4.2.2
Remailer-Netzwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
4.2.2.1
Cypherpunk- oder Typ-I-Remailer
. . . . . . . . . . . .
29
4.2.2.2
Mixmaster- oder Typ-II-Remailer . . . . . . . . . . . . .
31
4.2.2.3
Typ-III-Remailer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
4.2.2.4
Anforderungen in der Praxis
. . . . . . . . . . . . . . .
34
4.2.2.5
Remailer-Netzwerke und Anonymität . . . . . . . . . . .
34
4.3
Antworten auf anonyme Mails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
4.3.1
Newsgroups . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
4.3.2
Reply-Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
4.3.3
Nymalias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
4.3.4
Single Use Reply Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
4.4
Evaluierung aktueller Remailer Clients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
4.4.1
Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
4.4.2
Mixmaster
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
4.4.3
Mixminion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
4.4.4
Private Idaho und Jack B. Nymble . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
4.4.5
Webfrontends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.4.6
Zuverlässigkeit der Remailer-Netze . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.4.6.1
Praktische Tests zur Laufzeitermittlung . . . . . . . . . .
41
4.4.6.2
Bewertung der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
4.4.7
Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
5
Aufgabenstellung und Implementierungskonzepte
47
5.1
Das MozPETs Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
5.2
Mozilla als Entwicklungsplattform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
5.3
Aufgabenbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
5.4
Auswahl eines Remailer-Clients zur Nutzung in Mozilla
. . . . . . . . . .
50
5.5
Alternativen zur Integration der Anonymisierungsfunktion . . . . . . . . .
51
5.5.1
Patch der SMTP Komponente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
5.5.2
Mozilla Extension
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
5.5.3
Erweiterung von Enigmail um die zusätzliche Funktion . . . . . . .
54
5.5.4
Benutzung eines externen E-Mailgateways
. . . . . . . . . . . . .
54
6
PeMaR
57
6.1
Idee und Anwendungsgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
6.2
Spezifikation des Funktionsumfangs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
6.2.1
Anforderungen aus Anwendersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
6.2.2
Funktionsumfang von PeMaR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
6.2.2.1
Einsatz von PeMaR auf Clientsystemen . . . . . . . . . .
61
6.2.2.2
Einsatz von PeMaR im Netzwerk . . . . . . . . . . . . .
62
6.2.2.3
Prozessablauf beim Mailversand mit PeMaR . . . . . . .
62
6.3
Konzeptentwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
6.3.1
Anonymisierung und Versand von E-Mails . . . . . . . . . . . . .
63
6.3.2
Mailempfang mit PeMaR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
6.3.3
Antworten auf anonyme E-Mails . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
INHALTSVERZEICHNIS
III
6.3.4
PeMaR-Header . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
6.3.5
Protokollschritte bei der Verwendung von PeMaR . . . . . . . . . .
67
6.3.6
Komponenten von PeMaR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
6.4
Implementierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
69
6.5
Voraussetzungen und Einschränkungen
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
6.6
Mögliche Weiterentwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
7
Einbindung von PeMaR in den MozPETs-Prototyp
73
7.1
Erweiterung eines Mailclients zur Anbindung an PeMaR . . . . . . . . . .
73
7.2
Anpassung der Mozilla Mail Komponente . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
7.2.1
Konfigurationsdialog für PeMaR . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
7.2.2
Erstellen und anonymes Versenden von E-Mails . . . . . . . . . . .
75
7.2.3
Empfangen und Dekodieren anonymer E-Mails . . . . . . . . . . .
77
7.2.4
Reply-Blocks extrahieren und an diese antworten . . . . . . . . . .
78
7.3
Einschränkungen und mögliche Weiterentwicklungen . . . . . . . . . . . .
79
8
Zusammenfassung und Ausblick
81
Literaturverzeichnis
83
Abbildungsverzeichnis
1.1
Sender-Empfänger-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.1
Szenario [HP05] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
2.2
Unverkettbarkeit in einem Szenario [Ser04] . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2.3
Sender Unbeobachtbarkeit in einem Szenario [Ser04] . . . . . . . . . . . .
12
2.4
Pseudonymität [HP05] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
2.5
Paketorientierte Datenübermittlung im Internet
. . . . . . . . . . . . . . .
14
2.6
Direkte Verbindung von A nach B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
2.7
Verbindung über Proxy-Server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2.8
Verbindung über Mix Kaskade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.1
Kommunikationswege bei E-Mails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
3.2
Schichteneinordung des SSL-Protokolls . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
3.3
Angriffe auf E-Mail-Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
4.1
Pseudonymisierung der Absenderadresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
4.2
Header einer Typ-II Nachricht [Hum06] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
4.3
Header einer Typ-III Nachricht [DDM03] . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
4.4
Grafisches Mixminion Frontend für Windows . . . . . . . . . . . . . . . .
39
4.5
Compose-Fenster von Private Idaho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
4.6
Empfangene Mixmaster-Nachrichten im Zeitverlauf . . . . . . . . . . . . .
42
4.7
Empfangene Mixminion-Nachrichten im Zeitverlauf
. . . . . . . . . . . .
43
5.1
Nachrichtenversand-Komponenten von Mozilla Mail . . . . . . . . . . . .
49
5.2
Beim Patchen der SMTP Komponente zu modifizierende Komponenten . .
51
5.3
Erweiterte SMTP-Konfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
5.4
Einbindung eines E-Mailgateways in das Mozilla Framework . . . . . . . .
55
6.1
PeMaR als Mailausgangsserver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
6.2
Einsatz von PeMaR im Netzwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
6.3
PeMaR auf einem Client-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
6.4
PeMaR Flowchart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
6.5
Informationsfluss bei der Mailbearbeitung durch PeMaR . . . . . . . . . .
64
6.6
Protokollschritte beim Einsatz von PeMaR . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
7.1
Konfiguration der Einstellungen für PeMaR . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
7.2
Erweiterung des Mozilla Mail GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
7.3
Erstellen einer anonymen E-Mail mit der PeMaR-Extension
. . . . . . . .
75
7.4
Von PeMaR dekodierte und anschließend mit PGP entschlüsselte E-Mail . .
77
VI
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
7.5
Von PeMaR dekodierte anonyme E-Mail mit Anhang . . . . . . . . . . . .
78
Listings
3.1
Aufbau einer E-Mail nach RFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
3.2
Protokollschritte beim Mailversand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
3.3
Mit PGP verschlüsselte E-Mail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
4.1
Ausgabe von Remailer-Listen über das Finger-Protokoll
. . . . . . . . . .
38
5.1
Patch der Mozilla SMTP Komponente zur Integration von Mixmaster
. . .
52
5.2
Überschreiben der Funktion GenericSendMessage von Mozilla Mail . . . .
53
5.3
Mozilla Mailheader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
6.1
Quelltext einer von PeMaR generierten Nachricht . . . . . . . . . . . . . .
65
6.2
Body einer Mixminion-Nachricht nach der Zustellung . . . . . . . . . . . .
66
6.3
Funktionen der Anonymizer Klasse von PeMaR . . . . . . . . . . . . . . .
69
7.1
Starten und Benutzung von PeMaR aus Mozilla Mail heraus . . . . . . . .
76
7.2
Erweiterung des Mailheaders im Netzwerk-Modus der PeMaR Extension
.
76
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