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

Цензура в интернетa става все по-важен проблем в целия свят. Това води до засилване на "оръжийната надпревара" – държавните органи и частни корпорации в различни страни се стремят да блокират различно съдържание и се борят със средства за заобикаляне на тези ограничения, докато разработчици и изследователи работят по създаването на ефективни инструменти за борба с цензурата.

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

Tor срещу блокировки

Tor осигурява анонимност на потребителите чрез използване на специални реле – тоест междинни сървъри между потребителя и необходимия сайт. Обикновено между потребителя и сайта се намират няколко реле, всяко от които може да декодира само малко количество данни в предавания пакет – достатъчно, за да разбере следващата точка в веригата и да го изпрати там. В резултат дори ако в цепочката се добавят реле, контролирани от злонамерени лица или цензори, те няма да успеят да разберат нито адресата, нито местоназначението на трафика.

Като инструмент за борба с цензурата, Tor работи ефективно, обаче цензорите все пак имат възможността да го блокират напълно. Иран и Китай провеждали успешни кампании по блокировка. Те успявали да идентифицират Tor трафика, сканирайки TLS handshakes и други отличителни характеристики на Tor.

Впоследствие разработчиците успели да адаптират системата за заобикаляне на блокировките. Цензорите отговорили с блокировки на HTTPS връзки до множество сайтове, включително и Tor. Разработчиците на проекта създали програма obfsproxy, която допълнително шифрова трафика. Това състезание продължава постоянно.

Начални данни от експеримента

Изследователите решили да разработят инструмент, който да позволява маскиране на използването на Tor, за да направят неговото използване възможно дори в региони, където системата е напълно блокирана.

Като изходни предположения учените издигнали следните:
Цензорът контролира изолиран вътрешен сегмент на мрежата, който се свързва с външния, непроверен интернет.
Органите, които извършват блокировки, контролират цялата мрежова инфраструктура вътре в цензурирания сегмент на мрежата, но не софтуера на компютрите на крайните потребители.
Цензорът се стреми да предотврати достъпа на потребителите до нежелани материали от неговата гледна точка, като се предполага, 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 нежеланото съдържание и да предотвратят навлизането на съответните пакети вътре в периметъра.
Всички Tor релеета са разположени извън периметъра.

Как работи това

За да маскират използването на Tor, изследователите създадоха инструмента StegoTorus. Неговата основна задача е да подобри възможностите на Tor за съпротива на автоматизирания анализ на протокола. Инструментът се разполага между клиента и първото реле в мрежата, използва собствен протокол за шифроване и модули за стеганография, за да затрудни идентификацията на Tor трафика.

На първия етап започва работа модул, наречен chopper – той преобразува трафика в последователност от блокове с различна дължина, които се изпращат по-нататък в случай на неправилен ред.

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

При установяване на връзка първите няколко байта информация са съобщение handshake, с помощта на което сървърът разбира дали има работа с вече съществуваща или нова връзка. Ако връзката принадлежи на нова сесия, сървърът отговаря с handshake, а всеки от участниците в обмена извлича от него сесийни ключове. Освен това в системата е реализиран механизъм за повторно генериране на ключове (rekeying) – той е подобен на извличането на сесийния ключ, но вместо съобщения handshake се използват блокове. Този механизъм променя номера на последователността, но не променя ID на сесията.

След като и двамата участници в обмена на данни изпратят и получат блока fin, връзката се затваря. За защита от replay атаки или забавяне на доставката на блоковете, и двамата участници трябва да помнят ID в течение на време след затварянето.

Вграден модул за стеганография скрива Tor трафика в p2p протокол – подобно на 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 се провери колко ефективен е предложенният метод за работа с Tor, изследователите разработиха атаки от два типа.

Първата от тях се състои в извличане на Tor потоци от TCP потоци на базата на основни характеристики на протокола Tor – именно този метод е използван за блокиране на системата от властите в Китай. Втората атака се състои в изучаване на вече известни Tor потоци за извличане на информация за това, какви сайтове е посещавал потребителят.

Изследователите потвърдиха ефективността на атаката от първия тип срещу „ваниловия Tor“ – за целта те събираха следи от посещения на сайтове от топ 10 на Alexa.com двадесет пъти чрез обикновен Tor, obfsproxy и StegoTorus с модул за HTTP стеганография. Като референтен за сравнение беше използван набор от данни CAIDA с информация по порт 80 – почти сигурно всичко това са HTTP връзки.

Експериментът показа, че изчисляването на обикновения Tor е достатъчно лесно. Протоколът Tor е твърде специфичен и има редица характеристики, които лесно могат да се изчислят – например, при неговата употреба TCP връзките продължават 20-30 секунди. Инструментът Obfsproxy също почти не крие тези явни моменти. StegoTorus, от своя страна, генерира трафик, който е много по-близък до референта CAIDA.

В случай на атака с изчисление на посещаваните сайтове, изследователите сравняваха вероятността от такова разкриване на данни при „ваниловия Tor“ и тяхното решение StegoTorus. За оценка беше използвана скала AUC (Area Under Curve). Според резултатите от анализа, в случай на обикновен Tor без допълнителна защита вероятността за разкриване на данни за посещаваните сайтове е значително по-висока.

Заключение

История на конфликта между властите на страните, които въвеждат интернет цензура, и разработчиците на системи за заобикаляне на блокировки показва, че ефективни могат да бъдат само комплексни мерки за защита. Използването само на един инструмент не може да гарантира достъп до необходимата информация и не може да предотврати разкрития за методите за заобикаляне на блокировките на цензорите.

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

Полезни връзки и материали от Infatica:

Източник: habr.com