🥇Studie: Erstellung eines blockierungsresistenten Proxy-Dienstes mithilfe der Spieltheorie

Vor einigen Jahren führte eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern aus den Universitäten Massachusetts, Pennsylvania und München in Deutschland eine Studie zur Effektivität traditioneller Proxys als Mittel gegen Zensur durch. führte Als Ergebnis schlugen die Forscher eine neue Methode vor, um Blockaden zu umgehen, die auf Spieltheorie basiert. Wir haben eine angepasste Übersetzung der wichtigsten Punkte dieser Arbeit vorbereitet.

Einführung

Der Ansatz beliebter Tools zum Umgehen von Blockaden, wie Tor, basiert auf der privaten und selektiven Verteilung von IP-Adressen von Proxys an Benutzer in blockierten Regionen. Dadurch müssen die Benutzer unbemerkt von den Organisationen oder Stellen bleiben, die die Blockaden auferlegen. Bei Tor werden solche Proxy-Zuteiler als Brücken bezeichnet.

Das Hauptproblem bei diesen Diensten ist die Insider-Attacke. Agenten, die für die Blockierungen verantwortlich sind, können selbst Proxys nutzen, um deren Adressen zu ermitteln und sie zu blockieren. Um die Wahrscheinlichkeit der Identifizierung von Proxys zu minimieren, verwenden Tools zum Umgehen von Blockaden verschiedene Mechanismen zur Adresszuweisung.

Dabei wird ein Ansatz der sogenannten ad-hoc-Heuristik verwendet, der umgangen werden kann. Um dieses Problem zu lösen, beschlossen Wissenschaftler, den Kampf zwischen Behörden, die Blockierungen verhängen, und Diensten, die diese umgehen, als Spiel zu betrachten. Mit Hilfe von Spieltheorie entwickelten sie optimale Verhaltensstrategien für beide Seiten – insbesondere ermöglichte dies die Erarbeitung eines Mechanismus zur Verteilung von Proxys.

Wie traditionelle Umgehungssysteme von Blockaden funktionieren

Umgehungswerkzeuge wie Tor, Lantern und Psiphon verwenden eine Reihe von Proxys außerhalb des eingeschränkten Gebiets, um den Datenverkehr von Nutzern aus diesen Regionen umzuleiten und zu blockierten Ressourcen zu liefern.

Wenn Zensoren die IP-Adresse eines solchen Proxys erfahren – beispielsweise nachdem sie ihn selbst genutzt haben – kann diese leicht auf eine schwarze Liste gesetzt und blockiert werden. Daher werden in der Realität die IP-Adressen solcher Proxys niemals offengelegt, und die Zuordnung von Nutzern zu einem bestimmten Proxy erfolgt über verschiedene Mechanismen. Beispielsweise gibt es im Tor-Netzwerk ein System von Brücken.

Das Hauptziel besteht darin, den Nutzern Zugang zu gesperrten Inhalten zu ermöglichen und die Wahrscheinlichkeit der Offenlegung der Proxy-Adresse zu minimieren.

Diese Aufgabe in der Praxis zu lösen, ist alles andere als einfach – es ist äußerst schwierig, gewöhnliche Nutzer von Zensoren zu unterscheiden, die sich vor ihnen verbergen. Heuristische Mechanismen werden verwendet, um Informationen zu verbergen. Zum Beispiel beschränkt Tor die Anzahl der für Clients verfügbaren Bridge-IP-Adressen auf drei pro Anfrage.

Das hat die Behörden in China jedoch nicht davon abgehalten, alle Tor-Bridges in kurzer Zeit zu identifizieren. Weitere Einschränkungen würden erhebliche Auswirkungen auf die Benutzerfreundlichkeit der Umgehungssysteme haben, was bedeutet, dass einige Nutzer möglicherweise keinen Zugang zu Proxys erhalten.

Wie die Spieltheorie dieses Problem löst

Die in der Arbeit beschriebene Methode basiert auf dem sogenannten "College Admissions Game". Darüber hinaus wird angenommen, dass die zensierenden Internetagenten in Echtzeit miteinander kommunizieren können und komplexe Taktiken anwenden – beispielsweise Proxys nicht sofort zu blockieren oder dies je nach den Bedingungen sofort zu tun.

Wie die Aufnahme an einem College funktioniert

Angenommen, wir haben n Studierende und m Colleges. Jeder Studierende erstellt eine Liste von Präferenzen für Bildungseinrichtungen, die auf bestimmten Kriterien basiert (d.h. nur Colleges, bei denen er Bewerbungen eingereicht hat, werden gewichtet). Andererseits bewerten auch die Colleges die Bewerber anhand ihrer eigenen Präferenzen.

Zunächst schließt das College diejenigen aus, die die Auswahlkriterien nicht erfüllen – sie werden nicht aufgenommen, selbst wenn weniger Bewerber vorhanden sind. Danach erfolgt die Auswahl der Eingeladenen durch einen Algorithmus, der die relevanten Parameter berücksichtigt.

Es können «unstabile Zulassungen» existieren – beispielsweise, wenn zwei Studierende 1 und 2 an die Colleges a bzw. b angenommen werden, aber der zweite Studierende lieber an der Hochschule a studieren würde. Im hier beschriebenen Experiment wurden nur stabile Beziehungen zwischen den Objekten berücksichtigt.

Der Algorithmus der verzögerten Annahme

Wie bereits erwähnt, gibt es eine bestimmte Anzahl von Studierenden, die von der Hochschule unter keinen Umständen angenommen werden. Daher geht der Algorithmus der verzögerten Aufnahme davon aus, dass diese Studierenden nicht berechtigt sind, sich an dieser Hochschule zu bewerben. In diesem Fall versuchen alle Studierenden, sich bei den Hochschulen zu bewerben, die ihnen am besten gefallen.

Die Bildungseinrichtung, die Platz für q Studierende bietet, nimmt die q Personen mit den höchsten Bewertungen gemäß ihren Kriterien auf die Warteliste oder alle, wenn die Anzahl der Bewerber geringer ist als die verfügbaren Plätze. Allen anderen wird abgesagt, und diese Studierenden bewerben sich bei der nächsten Hochschule auf ihrer Präferenzliste. Diese Hochschule wählt ebenfalls q Studierende mit den höchsten Bewertungen aus denjenigen aus, die sich gleichzeitig beworben haben und diejenigen, die an der ersten Hochschule nicht angenommen wurden. Auch hier schaffen es wieder einige Personen nicht.

Das Verfahren endet, wenn jeder Studierende auf einer Warteliste einer Hochschule steht oder in allen Bildungseinrichtungen, bei denen er sich beworben hat, abgelehnt wurde. Am Ende nehmen die Hochschulen alle aus ihren Wartelisten endgültig auf.

Was hat das mit Proxys zu tun?

Ähnlich wie bei Studenten und Hochschulen weisen Wissenschaftler jedem Kunden einen bestimmten Proxy zu. Daraus entstand ein Spiel namens Proxy-Zuweisungsspiel. Die Kunden, einschließlich potenzieller Zensuragenten, fungieren als Studenten, die die Adresse des Proxys erfahren möchten, der als Hochschule dient – mit einer vorab bekannten maximalen Kapazität.

In dem beschriebenen Modell gibt es n Benutzer (Kunden) A =
{a1, a2, …, an}, die Zugang zu Proxys anfordern, um Sperren zu umgehen. Damit ist ai die Identifikation des „jeweiligen“ Kunden. Unter diesen n Benutzern sind m Zensuragenten, bezeichnet als J = {j1, j2, …, jm}, während die anderen normale Benutzer sind. Alle m Agenten werden von einer zentralen Behörde kontrolliert und erhalten Anweisungen von dieser.

Es wird auch angenommen, dass es eine Menge von Proxys P = {p1, p2, …, pl} gibt. Nach jeder Anfrage erhält der Kunde von der Verteilungseinheit Informationen (IP-Adresse) über k Proxys. Die Zeit wird in Intervalle unterteilt, die als Stufen bezeichnet werden, und mit t gekennzeichnet (das Spiel beginnt bei t=0).

Jeder Kunde verwendet eine Bewertungsfunktion zur Einschätzung der Proxys. Wissenschaftler haben eine Funktion verwendet. , um die Punktzahl zu kennzeichnen, die der Benutzer ai dem Proxy px in der Phase t zugewiesen hat. Ähnlich verwendet jeder Proxy eine Funktion zur Bewertung der Kunden. Das heißt, – die Punktzahl, die der Proxy px dem Kunden ai in der Phase t zugewiesen hat.

Es ist wichtig zu beachten, dass das gesamte Spiel virtuell ist, das heißt, dass im Namen der Proxys und der Kunden tatsächlich der „Distributor“ agiert. Dafür muss er nicht den Typ des Kunden oder deren Vorlieben bezüglich Proxys kennen. In jeder Phase findet ein Spiel statt, und es wird ein Algorithmus für verzögertes Entscheiden verwendet.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die Methode unter Verwendung der Spieltheorie eine höhere Effizienz im Vergleich zu bekannten Systemen zur Umgehung von Sperren erreicht hat.

Studie: Schaffung eines gegen Blockaden resilienten Proxy-Dienstes mittels Spieltheorie

Vergleich mit dem VPN-Dienst rBridge

Dabei haben die Wissenschaftler mehrere wichtige Punkte herausgearbeitet, die die Qualität solcher Systeme beeinflussen können:

Unabhängig von der Strategie der Zensoren muss das System zur Umgehung von Sperren kontinuierlich mit neuen Proxys erweitert werden, andernfalls wird die Effizienz sinken.
Wenn die Zensoren über erhebliche Ressourcen verfügen, können sie die Effizienz der Sperren erhöhen, indem sie geografisch verteilte Agenten hinzufügen, um nach Proxys zu suchen.
Die Geschwindigkeit, mit der neue Proxys hinzugefügt werden, ist entscheidend für die Effektivität des Systems zur Umgehung von Blockaden.