🥇Експеримент: Как да замаскираме използването на Tor за заобикаляне на блокировки

Цензурата в интернет става все по-важен проблем в целия свят. Това води до усилване на "гонката на въоръжението" – държавни органи и частни корпорации в различни страни се опитват да блокират различно съдържание и се борят със средствата за заобикаляне на такива ограничения, а разработчици и изследователи се стремят да създадат ефективни инструменти за борба с цензурата.

Учени от университетите Carnegie Mellon, Станфордския университет и SRI International проведоха експеримент, в който разработиха специален сервис за маскиране на използването на Tor – един от най-популярните инструменти за заобикаляне на блокировки. Представяме ви разказ за извършената работа от изследователите.

Tor срещу блокировки

Tor осигурява анонимност на потребителите чрез използване на специални релей – тоест междинни сървъри между потребителя и желания от него сайт. Обикновено между потребителя и сайта се разполагат няколко релей, всеки от които може да декриптира само малък обем данни в препратения пакет – достатъчен точно за да узнае следващата точка в веригата и да го изпрати там. В крайна сметка, дори ако в веригата се добави релей, контролиран от злонамерени лица или цензори, те няма да успеят да разберат нито адресата, нито пункта на дестинацията на трафика.

Като инструмент за борба с цензурата, Tor работи ефективно, но цензорите все пак имат възможност напълно да го блокират. Иран и Китай провеждаха успешни кампании за блокиране. Те успяха да идентифицират Tor-трафика чрез сканиране на TLS handshakes и други отличителни характеристики на Tor.

Впоследствие разработчиците успяха да адаптират системата за заобикаляне на блокировки. Цензорите отговориха с блокировки на HTTPS-съединения към множество сайтове, включително Tor. Разработчиците на проекта създадоха програма obfsproxy, която допълнително шифрова трафика. Това състезание продължава постоянно.

Начални данни от експеримента

Изследователите решиха да разработят инструмент, който да позволява маскиране на използването на Tor, за да стане неговото приложение възможно дори в региони, където системата е напълно блокирана.

Като начални предположения учените изложиха следните:
Цензорът контролира изолиран вътрешен сегмент на мрежата, който е свързан с външния неконтролиран интернет.
Органите, занимаващи се с блокиране, контролират цялата мрежова инфраструктура в цензурирания сегмент на мрежата, но не и софтуера на компютрите на крайните потребители.
Цензорът се стреми да предотврати достъпа на потребителите до нежелателни материали, както той ги възприема, предполагается, че всички такива материали са разположени на сървъри извън контролираната мрежа.
Рутерите на периметъра на този сегмент анализират незашифрованите данни на всички пакети, за да блокират нежелателното съдържание и да предотвратят проникването на съответните пакети вътре в периметъра.
Всички Tor-релея са разположени извън периметъра.

Как работи

За маскиране на използването на Tor, изследователите създадоха инструмента StegoTorus. Неговата основна задача е да подобри възможностите на Tor да устои на автоматизирания анализ на протокола. Инструментът се намира между клиента и първото реле в веригата, използва собствен протокол за шифроване и модули за стенганография, за да затрудни идентификацията на Tor-трафика.

На първия етап в работата влиза модул, наречен chopper – той преобразува трафика в последователност от блокове с различна дължина, които се изпращат по-нататък не по ред.

Данните се шифроват с помощта на AES в режим GCM. Заглавката на блока съдържа 32-битов номер на последователността, две полета за дължина (d и p) – те обозначават обема на данните, специално поле F и 56-битово поле за проверка, стойността на което трябва да бъде нулева. Минималната дължина на блока е 32 байта, а максималната 217+32 байта. Дължината се контролира от модулите за стенганография.

При установяване на връзката първите няколко байта информация са handshake-съобщение, с помощта на което сървърът разбира дали има работа с вече съществуваща или нова връзка. Ако връзката принадлежи на нова референция, сървърът отговаря чрез handshake и всеки от участниците в обмена извежда сесийни ключове от него. Освен това в системата е реализиран механизъм за рекеинг (rekeying) – той е подобен на извеждането на сесийни ключове, но вместо handshake-съобщения се използват блокове. Този механизъм променя номера на последователността, но не засяга ID на референцията.

След като и двата участника в обмена на данни изпратят и получат блока fin, връзката се затваря. За да се защитят от атаки с повторение или забавяне на доставката на блокове, и двата участника трябва да помнят ID за определен период след затварянето.

Вграден модул за стеганография скрива Tor-трафика в p2p-протокола – по аналогия с работата на Skype при защитени VoIP комуникации. Модулът за HTTP-стеганография симулира незашифрован HTTP-трафик. Системата мимикрира реален потребител с обикновен браузър.

Устойчивост на атаки

За да провери колко ефективно повишава предложената методология производителността на Tor, изследователите разработиха атаки от два типа.

Първата от тях се състои в открояване на Tor-потоките от TCP-потоките въз основа на основни характеристики на протокола Tor – именно този метод беше използван за блокиране от китайските власти. Втората атака е свързана с изследване на вече известни Tor-поточни данни с цел извличане на информация за посещаваните от потребителя сайтове.

Изследователите потвърдиха ефективността на атаката от първи тип срещу "ваниловия Tor" – за целта те събираха следи от посещения на сайтове от топ-10 на Alexa.com двадесет пъти през обикновен Tor, obfsproxy и StegoTorus с модула за HTTP-стеганография. За референция за сравнение беше използван датасет CAIDA с данни за порт 80 – почти сигурно всичките тези са HTTP-соединения.

Експериментът показа, че е достатъчно лесно да се изчисли обикновен Tor. Протоколът Tor е твърде специфичен и притежава редица характеристики, които е лесно да се изчислят – например, при неговото използване TCP-соединенията траят 20–30 секунди. Инструментът Obfsproxy също почти не прикрива тези очевидни моменти. StegoTorus, от своя страна, генерира трафик, който е много по-близо до референцията CAIDA.

В случай на атака за изчисляване на посещаваните сайтове, изследователите сравняваха вероятността такова разкриване на данни да настъпи за "ваниловия Tor" и тяхното решение StegoTorus. За оценка беше използвана скалата AUC (Area Under Curve). Според резултатите от анализа се оказа, че при обикновен Tor без допълнителна защита вероятността за разкриване на данните за посещаваните сайтове е значително по-висока.

Заключение

Историята на конфликта между властите на страните, които въвеждат цензура в интернет, и разработчиците на системи за заобикаляне на блокировките показва, че ефективни могат да бъдат само комплексни мерки за защита. Използването само на един инструмент не може да гарантира достъп до необходимите данни и че информацията за заобикаляне на блокировките няма да стане известна на цензорите.

Ето защо, при използването на каквито и да било инструменти за осигуряване на поверителност и достъп до съдържание, е важно да не забравяте, че идеални решения няма, и да комбинирате различни методи, когато е възможно, за постигане на максимална ефективност.

Полезни линкове и материали от Infatica:

Източник: habr.com