過濾網(wǎng)關(guān)技術(shù)在電子郵件的安全問題中的應(yīng)用

一、概述

科技高速發(fā)展的今天，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入社會(huì)的每一個(gè)角落，在各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，電子郵件的應(yīng)用最為引人注目。目前的電子郵件系統(tǒng)已經(jīng)為人們提供了一種可以通過網(wǎng)絡(luò)傳送郵件的新的通信手段，電子郵件以其快捷、方便、可靠、信息量大而倍受人們青睞，同時(shí)對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的人來說電子郵件更是一種最常用、最方便的實(shí)用網(wǎng)絡(luò)工具。

時(shí)至今日，大量的企業(yè)機(jī)構(gòu)在全球化、信息化的潮流中走上了網(wǎng)絡(luò)化的道路，他們利用電子郵件技術(shù)，解決了企業(yè)業(yè)務(wù)在空間上和時(shí)間上的局限性，電子郵件系統(tǒng)更成為企業(yè)內(nèi)部交流和對(duì)外聯(lián)系的基礎(chǔ)信息平臺(tái)。

然而電子郵件最初只是為了滿足在一個(gè)較小范圍內(nèi)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和個(gè)人通訊的需要，所以設(shè)計(jì)的目標(biāo)著眼于傳輸?shù)目旖莺褪褂玫姆奖悖]有也不可能關(guān)注安全方面的問題。隨著基于電子郵件的企業(yè)業(yè)務(wù)廣泛展開，郵件安全隱患逐漸浮出水面。

二、電子郵件存在的安全問題

郵件的安全問題主要包括兩大類：一類是電子郵件系統(tǒng)的安全性問題，主要指可以針對(duì)企業(yè)電子郵件系統(tǒng)缺陷發(fā)起的直接攻擊，如outlook在設(shè)計(jì)時(shí)的安全缺陷可以直接被黑客利用來進(jìn)行攻擊。另一類涉及傳統(tǒng)郵件協(xié)議的安全缺陷，主要指?jìng)鹘y(tǒng)電子郵件協(xié)議本身所固有的安全缺陷。目前由IETF（The Internet Engineering Task Force）維護(hù)的電子郵件協(xié)議非常之多，但是總體來說可以分為兩類。［１］一類是定義有關(guān)電子郵件傳輸方面的協(xié)議，如SMTP（Simple Mail Transfer protocol）、POP（post office protocol）和IMAP（Internet Message Access protocol）等；另一類是定義有關(guān)電子郵件格式方面的協(xié)議，如RFC 822和MIME等。這兩方面的協(xié)議都存在著侵害企業(yè)信息安全的不利因素。

三、郵件安全的研究意義

郵件的安全性的加強(qiáng)可以從電子郵件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)入手，一方面，加強(qiáng)郵件在傳輸中的安全性，如對(duì)郵件加入加密算法、數(shù)字簽名，保證郵件在傳輸途中不被非法篡改。另一方面，加強(qiáng)對(duì)郵件內(nèi)容的安全技術(shù)操作，通過對(duì)往來郵件的過濾、監(jiān)控，以保證郵件內(nèi)容和來源符合要求。所以隨著企業(yè)安全信息平臺(tái)的發(fā)展，帶有安全防護(hù)功能的電子郵件網(wǎng)關(guān)作為企業(yè)電子郵件系統(tǒng)的重要組成部分，受到越來越多的重視。它可以對(duì)往來的電子郵件進(jìn)行加密、解密、數(shù)字簽名等操作，以保證電子郵件保密性、完整性和郵件消息來源方面證明的需要。通過在企業(yè)的Internet入口處放置帶有安全防護(hù)功能的電子郵件網(wǎng)關(guān)可以很好地起到保護(hù)企業(yè)郵件安全的目的，對(duì)于它的研究是十分必要的。

目前絕大多數(shù)的郵件網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品在基本特性上都是相同的，但這些郵件網(wǎng)關(guān)的本身存在著幾個(gè)缺陷。首先它并沒有對(duì)郵件內(nèi)容的本身采取措施，郵件內(nèi)容的泄密無法制止。如由國內(nèi)春笛公司開發(fā)的Jindi-Mail v3.0，這個(gè)郵件系統(tǒng)是基于J2EE構(gòu)建的，完全基于瀏覽器的操作和管理界面，具有多域分層管理、病毒郵件過濾、黑白名單、郵件廣播、系統(tǒng)監(jiān)控報(bào)警等諸多功能。該系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，管理輕松、維護(hù)簡(jiǎn)便。但是這個(gè)系統(tǒng)的垃圾郵件過濾功能不強(qiáng)，不能動(dòng)態(tài)設(shè)定過濾內(nèi)容，對(duì)郵件內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)過濾和特定處理。其次沒有考慮郵件系統(tǒng)的分布式部署，不能負(fù)載較大規(guī)模的郵件通信。所以目前開發(fā)具有動(dòng)態(tài)內(nèi)容過濾和能夠分布式部署的郵件網(wǎng)關(guān)已經(jīng)成為熱點(diǎn)。

四、過濾網(wǎng)關(guān)解決方案

帶有郵件過濾功能的郵件網(wǎng)關(guān)可以大大提高郵件的安全性。通過郵件過濾網(wǎng)關(guān)，企業(yè)除了可以實(shí)現(xiàn)對(duì)往來郵件的分發(fā)、歸并、列表等基本功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)郵件消息內(nèi)容的過濾。郵件網(wǎng)關(guān)可以被安置在企業(yè)Internet接入點(diǎn)，或者在要害部門的Intranet接入點(diǎn)，對(duì)企業(yè)來往的郵件進(jìn)行內(nèi)容過濾。在實(shí)現(xiàn)上它主要利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽技術(shù)和內(nèi)容過濾技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)郵件內(nèi)容安全的實(shí)時(shí)防護(hù)。

郵件網(wǎng)關(guān)作為一個(gè)郵件的掃描過濾系統(tǒng)，涉及了許多方面的內(nèi)容，要求的技術(shù)也比較多。它包括：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽技術(shù)、數(shù)據(jù)包的重組技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、加密解密技術(shù)、關(guān)鍵字匹配技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)。本文所設(shè)計(jì)的郵件網(wǎng)關(guān)只涉及基于文本郵件的過濾。該郵件網(wǎng)關(guān)體系結(jié)構(gòu)分為四層（郵件接收層、郵件數(shù)據(jù)傳輸層、郵件解析層、郵件存儲(chǔ)層），這樣在過濾層次結(jié)構(gòu)模型上給基于圖像、聲音的郵件的處理預(yù)留了空間，便于軟件的擴(kuò)展。另外為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)各軟件模塊的分布式部署，在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上采用了servlet技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)各個(gè)層次的工作機(jī)理和各個(gè)層次之間的通信機(jī)制，從而使軟件模塊的部署具有了靈活性，提高了整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載能力。

五、郵件過濾網(wǎng)關(guān)的體系結(jié)構(gòu)

1.郵件過濾網(wǎng)關(guān)的地位

電子郵件過濾網(wǎng)關(guān)是電子郵件系統(tǒng)的重要組成部分，它只有位于電子郵件系統(tǒng)與Internet的入口處才能對(duì)往來的郵件信息進(jìn)行有效過濾和安全操作。其在電子郵件系統(tǒng)中的地位關(guān)系如圖1所示：

2.郵件過濾網(wǎng)關(guān)的層次模型

數(shù)據(jù)流經(jīng)過電子郵件網(wǎng)關(guān)處理后才能被內(nèi)部網(wǎng)利用。為了分解郵件的過濾過程，明確各個(gè)模塊的工作流程與作用，郵件過濾網(wǎng)關(guān)按照過濾流程劃分為若干個(gè)郵件處理層次：郵件接收層、郵件數(shù)據(jù)傳輸層、郵件解析層、郵件存儲(chǔ)層。為了使網(wǎng)關(guān)的工作負(fù)載更加合理，利用分布式的思想分開部署各個(gè)層次功能模塊在不同機(jī)器上。通過各個(gè)層次模塊在不同機(jī)器上分開部署，可以使用戶根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活的選擇，更好地平衡了負(fù)載，系統(tǒng)的各個(gè)部分的可移植大大加強(qiáng)，有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。本系統(tǒng)中使網(wǎng)關(guān)的郵件接收層和共享的郵件數(shù)據(jù)傳輸層在一臺(tái)物理機(jī)器上，而共享的郵件數(shù)據(jù)傳輸層和郵件解析層、郵件存儲(chǔ)層在另一臺(tái)機(jī)器上部署。采用這種部署方式是建立在系統(tǒng)各層利用基于servlet技術(shù)和http協(xié)議實(shí)現(xiàn)RPC（遠(yuǎn)程過程調(diào)用），各個(gè)層次之間的參數(shù)和數(shù)據(jù)交換得以正常交互的基礎(chǔ)上。需要指出的是，由于servlet技術(shù)的使用，各層軟件模塊的部署變得很容易。只需把代碼放入要部署的機(jī)器中的httpServlet/WEB-INF和classes目錄中編譯，打包處理（jar命令）后，再重啟容器、運(yùn)行即可。

網(wǎng)關(guān)的過濾層次結(jié)構(gòu)及工作流程如下圖2所示。下面對(duì)網(wǎng)關(guān)過濾工作流層及各層作概述說明。

（1）一次郵件會(huì)話的郵件數(shù)據(jù)包。

（2）原始的未解碼郵件數(shù)據(jù)（包括郵件消息、郵件的題頭等）。

（3）解碼后的需要傳送到郵件解析層的郵件數(shù)據(jù)。

（4）來自郵件解析層的的郵件解析所需數(shù)據(jù)（如密鑰等）。

（5）由郵件解析層向郵件存儲(chǔ)層傳遞的過濾過的郵件數(shù)據(jù)。

（6）郵件解析結(jié)果引發(fā)的控制操作。

（7）放行的內(nèi)部向外發(fā)送的郵件消息。

（8）存儲(chǔ)的郵件消息。

（9）需要備案的郵件數(shù)據(jù)。

六、郵件過濾網(wǎng)關(guān)的各層次模型的功能

1.郵件接收層

郵件協(xié)議（如SMTP、POP3和IMAP4）都是建立在TCP連接基礎(chǔ)上的，交互數(shù)據(jù)是利用服務(wù)器的固定一個(gè)端口號(hào)（如SMTP使用25；POP3使用110；IMAP4使用143）來進(jìn)行的。利用對(duì)特定端口網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的監(jiān)聽就可以實(shí)現(xiàn)郵件數(shù)據(jù)的截獲。針對(duì)SMTP協(xié)議來說，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中郵件的發(fā)送都是利用SMTP協(xié)議，所以郵件接收層通過特定25號(hào)端口監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包，接收一次完整郵件會(huì)話的郵件數(shù)據(jù)包，組合成ASCII編碼文本的原始郵件消息存儲(chǔ)在一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)。注意在25號(hào)端口接收的原始郵件消息可能來自兩個(gè)方面。一個(gè)是外部的Internet上轉(zhuǎn)發(fā)過來要進(jìn)入企業(yè)信箱的郵件，一個(gè)是企業(yè)內(nèi)部人員發(fā)送的需要經(jīng)郵件網(wǎng)關(guān)過濾后轉(zhuǎn)發(fā)的郵件消息。網(wǎng)關(guān)不論其來源，一律先接收過濾（有數(shù)量限制），再處理。在接收郵件消息的同時(shí)，提取郵件消息的各種信息（包括郵件的發(fā)處、收信處、題頭內(nèi)容、郵件的字節(jié)數(shù)、發(fā)送標(biāo)志等）。其次，郵件接收層根據(jù)郵件解析層過濾后的控制機(jī)制傳送回來的結(jié)果，決定對(duì)郵件的操作，如內(nèi)部對(duì)外郵件過濾合格后接收層轉(zhuǎn)發(fā)放行，過濾不合格郵件的接收層進(jìn)行刪除操作等。

2.郵件數(shù)據(jù)傳輸層

郵件的數(shù)據(jù)傳輸層主要有以下幾個(gè)模塊。第一個(gè)模塊的作用是根據(jù)MIME的編碼方式解碼郵件接收層所截收的郵件數(shù)據(jù)（題頭，發(fā)信人，收信人），并把這些解碼后的郵件數(shù)據(jù)和接收該郵件消息中得到的關(guān)于郵件長度、發(fā)送標(biāo)志、數(shù)字簽名等信息一起傳遞到郵件解析層使用。另一個(gè)模塊的作用如果郵件是加密的，根據(jù)郵件題頭信息和數(shù)據(jù)庫密鑰信息解碼郵件內(nèi)容，便于郵件解析層使用數(shù)據(jù)庫中的過濾關(guān)鍵字對(duì)原始郵件消息進(jìn)行內(nèi)容過濾。之所以使用這個(gè)模塊，主要是考慮到加密郵件技術(shù)已經(jīng)成為保護(hù)郵件的重要手段。該層要有多種編碼的編碼、解碼和處理多種格式文檔的能力；必須具有良好的擴(kuò)展能力，具有識(shí)別多種算法的加密、解密的能力。

3.郵件解析層

郵件解析層主要是和郵件的數(shù)據(jù)傳輸層配合，對(duì)郵件按照規(guī)則庫里的要求進(jìn)行各種過濾，主要是題頭過濾、內(nèi)容過濾。考慮到附件為圖像的郵件，該層還應(yīng)具有對(duì)圖像的過濾的能力。對(duì)文檔的內(nèi)容過濾主要通過關(guān)鍵字匹配技術(shù)，對(duì)圖像的過濾主要是通過數(shù)字水印匹配技術(shù)。

該郵件解析層所依賴的規(guī)則庫主要是由規(guī)則表和郵件信息表組成。規(guī)則表包括禁收郵件信息表（管理員制定的一系列的“黑名單”，存儲(chǔ)過濾郵件的關(guān)鍵字）和用戶過濾規(guī)則表。郵件信息表是針對(duì)每個(gè)用戶所制定的關(guān)于郵件信息數(shù)據(jù)的一系列的表，包括每封郵件的具體信息，主要是為了方便用戶、管理員關(guān)于郵件信息數(shù)據(jù)的查詢和備案。

郵件解析層按照過濾的結(jié)果分別啟動(dòng)不同的動(dòng)作控制信號(hào)并通過郵件控制機(jī)制回傳。如刪除郵件接收層的臨時(shí)郵件；轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)部向外發(fā)送的郵件；放行接收郵件層接收的臨時(shí)郵件，并發(fā)送至郵件存儲(chǔ)層；不合格郵件發(fā)送到管理員郵箱備案。

4.郵件存儲(chǔ)層

郵件存儲(chǔ)層主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能模塊。一是為用戶提供過濾后的郵件的查詢等信件收取服務(wù)功能，二是接收來自郵件分析層過濾后的郵件信息，并按照用戶的郵箱進(jìn)行分別存儲(chǔ)。

5.監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊主要在后臺(tái)運(yùn)行，提供用戶對(duì)網(wǎng)關(guān)的配置和維護(hù)界面，對(duì)網(wǎng)關(guān)運(yùn)行情況和可疑郵件進(jìn)行備案，并提供查詢和統(tǒng)計(jì)監(jiān)控模塊的具體功能如下：

系統(tǒng)安全：系統(tǒng)安全控制用戶對(duì)管理功能的訪問，從而杜絕對(duì)系統(tǒng)的非法管理。對(duì)系統(tǒng)安全的管理包括用戶及其權(quán)限的管理、用戶的登錄及注銷等。

系統(tǒng)控制使得用戶能在后臺(tái)控制郵件過濾網(wǎng)關(guān)的過濾行為，包括郵件解析層當(dāng)前的各項(xiàng)參數(shù)和控制應(yīng)用已更新的安全策略等。通過對(duì)安全策略的管理，用戶可以控制郵件的分析處理過程。其中系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)和過濾規(guī)則的設(shè)定（包括網(wǎng)關(guān)的配置參數(shù)、過濾規(guī)則、關(guān)鍵字等）由系統(tǒng)提供的控制界面給定，由管理員輸入和選擇確定。

郵件管理主要包括郵件日志的管理、截留郵件的查詢和查看、統(tǒng)計(jì)報(bào)表的生成等。

七、郵件過濾網(wǎng)關(guān)的工作機(jī)制

由于MIME標(biāo)準(zhǔn)的采用，電子郵件可以攜帶多種格式的信息，包括文檔、圖片和其他的一些多媒體信息。由于目前郵件主要攜帶的是文本和圖像信息，所以要求網(wǎng)關(guān)的郵件解析層必須要對(duì)此類郵件進(jìn)行內(nèi)容過濾。

郵件的過濾機(jī)制如圖3所示：

03

從圖中我們可以看出郵件過濾的大致流程。郵件接收層在接收郵件數(shù)據(jù)包的時(shí)候，一方面組合出原始郵件消息，

一方面根據(jù)RFC822和MIME規(guī)范的定義對(duì)原始郵件進(jìn)行解析分解出郵件的信息，包括郵件的發(fā)送人、接收人、郵件長度、郵件的編碼方式、發(fā)送標(biāo)志、發(fā)送時(shí)間等。隨后由郵件數(shù)據(jù)傳輸層按照郵件的編碼方式對(duì)郵件的頭信息進(jìn)行解碼，并和其他無須解碼的郵件信息一起傳遞給郵件解析層進(jìn)行題頭過濾。如果題頭過濾通過且郵件體內(nèi)容為文檔，則郵件傳輸層將會(huì)根據(jù)題頭信息對(duì)郵件體內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的解碼。隨后，郵件解析層會(huì)把規(guī)則庫中的內(nèi)容過濾關(guān)鍵字調(diào)出，然后對(duì)照原始郵件信息進(jìn)行關(guān)鍵字匹配，即內(nèi)容過濾。如果郵件體包含圖形信息，則對(duì)于圖檔，郵件解析層將對(duì)其進(jìn)行數(shù)字水印的識(shí)別。如果郵件圖檔中存在數(shù)字水印，將水印的信息及數(shù)字水印類別標(biāo)識(shí)一起提交給郵件解析層進(jìn)行過濾。過濾的結(jié)果觸發(fā)相應(yīng)的處理動(dòng)作。本文的論述重點(diǎn)是郵件的文本信息的過濾。

八、小結(jié)

郵件在傳輸中存在著很多安全缺陷。利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽技術(shù)和內(nèi)容過濾技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)郵件內(nèi)容安全的實(shí)時(shí)防護(hù)是切實(shí)有效的。由于分層實(shí)現(xiàn)，這種網(wǎng)關(guān)具有很好的擴(kuò)充性。不僅在軟件功能上容易擴(kuò)充，而且由于Servlet技術(shù)的采用，它在部署上更加靈活，不僅可以在同一臺(tái)機(jī)器上部署，也可以在不同機(jī)器上部署。通過對(duì)它的擴(kuò)充比較容易實(shí)現(xiàn)一個(gè)帶有過濾功能的分步式郵件系統(tǒng)。

但是對(duì)電子郵件攜帶的圖像、聲音、視頻等多媒體信息指定過濾規(guī)則并進(jìn)行過濾，值得進(jìn)一步研究，提高對(duì)郵件文本的過濾效率也是一個(gè)重要的研究課題。在實(shí)際應(yīng)用中真正實(shí)現(xiàn)安全高效的傳輸電子郵件還需要進(jìn)一步加大力度，不斷完善各種加密和傳輸機(jī)制。

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