Studie: Erstellung eines zensurresistenten Proxy-Services mithilfe der Spieltheorie

Vor einigen Jahren führte eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern der Universitäten Massachusetts, Pennsylvania und München in Deutschland eine Studie zur Wirksamkeit traditioneller Proxys als Instrument zur Bekämpfung von Zensur durch. Infolgedessen schlugen die Wissenschaftler eine neue Methode zur Umgehung von Blockaden vor, die auf der Spieltheorie basiert. Wir haben eine angepasste Übersetzung der Hauptpunkte dieser Arbeit vorbereitet.

Einführung

Der Ansatz beliebter Zensurumgehungswerkzeuge wie Tor basiert auf der privaten und selektiven Verteilung von Proxy-IP-Adressen an Kunden aus blockierten Regionen. Infolgedessen müssen die Kunden unentdeckt bleiben von Organisationen oder Behörden, die Blockaden auferlegen. Im Fall von Tor werden solche Proxy-Distributor als Brücken bezeichnet.

Das Hauptproblem bei solchen Diensten ist die Insider-Attacke. Agenten, die für die Blockaden verantwortlich sind, können selbst Proxys nutzen, um deren Adressen zu erfahren und sie zu blockieren. Um die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung von Proxys zu minimieren, verwenden Zensurumgehungswerkzeuge verschiedene Mechanismen zur Adresszuweisung.

Dabei wird der Ansatz der sogenannten ad-hoc-Heuristik verwendet, der umgangen werden kann. Um dieses Problem zu lösen, beschlossen die Wissenschaftler, den Kampf zwischen den Blockierungsdiensten und den Zensurumgehungsdiensten als Spiel darzustellen. Mithilfe der Spieltheorie entwickelten sie optimale Verhaltensstrategien für jede Seite – insbesondere ermöglichte dies die Entwicklung eines Mechanismus zur Proxy-Verteilung.

Wie traditionelle Zensurumgehungssysteme funktionieren

Zensurumgehungswerkzeuge wie Tor, Lantern und Psiphon verwenden eine Reihe von Proxys außerhalb der Regionen mit Einschränkungen, die genutzt werden, um den Datenverkehr von Nutzern aus diesen Regionen umzuleiten und ihn zu blockierten Ressourcen zu liefern.

Wenn Zensoren die IP-Adresse eines solchen Proxys erfahren – beispielsweise nachdem sie ihn selbst genutzt haben – kann sie leicht auf eine schwarze Liste gesetzt und blockiert werden. Daher werden in der Realität die IP-Adressen solcher Proxys niemals offengelegt, und die Zuweisung an Nutzer eines bestimmten Proxys erfolgt durch verschiedene Mechanismen. Zum Beispiel gibt es in Tor ein Brückensystem.

Das Hauptziel besteht darin, den Benutzern den Zugang zu blockierten Ressourcen zu ermöglichen und die Wahrscheinlichkeit einer Offenlegung der Proxy-Adresse zu minimieren.

Diese Aufgabe praktisch zu lösen, ist nicht so einfach – es ist sehr schwierig, normale Benutzer mit Zensoren zu unterscheiden, die sich vor ihnen verbergen. Heuristische Mechanismen werden verwendet, um Informationen zu verbergen. Zum Beispiel beschränkt Tor die Anzahl der IP-Adressen von Brücken, die für Kunden in einem einzigen Antrag verfügbar sind, auf drei.

Das hat die chinesischen Behörden jedoch nicht davon abgehalten, alle Tor-Brücken in kurzer Zeit zu identifizieren. Zusätzliche Einschränkungen würden sich erheblich auf die Benutzerfreundlichkeit des Systems zum Umgehen von Sperren auswirken, was bedeutet, dass einige Benutzer möglicherweise keinen Zugang zu Proxy-Servern haben.

Wie die Spieltheorie dieses Problem löst

Die in der Arbeit beschriebene Methode basiert auf dem sogenannten „Zulassungs-Spiel für Hochschulen“ (college admissions game). Außerdem wird angenommen, dass zensierende Internet-Agenten in Echtzeit miteinander kommunizieren und komplizierte Taktiken verwenden können – beispielsweise, indem sie Proxy-Server nicht sofort blockieren oder dies sofort abhängig von verschiedenen Bedingungen tun.

Wie die Zulassung zu Hochschulen funktioniert

Angenommen, wir haben n Studierende und m Hochschulen. Jeder Student erstellt eine Präferenzliste für Bildungseinrichtungen basierend auf bestimmten Kriterien (das heißt, es werden nur die Hochschulen berücksichtigt, bei denen Bewerbungen eingereicht wurden). Auf der anderen Seite bewerten auch die Hochschulen die Studenten, die Bewerbungen eingereicht haben, basierend auf ihren eigenen Präferenzen.

Zunächst filtert die Hochschule diejenigen heraus, die die Auswahlkriterien nicht erfüllen – diese werden selbst im Falle eines quantitativen Mangels nicht angenommen. Dann werden die angenommenen Bewerber nach einem Algorithmus ausgewählt, der die erforderlichen Parameter berücksichtigt.

Es kann „instabile Zulassungen“ geben – zum Beispiel, wenn es zwei Studenten 1 und 2 gibt, die in die Hochschulen a und b angenommen wurden, wobei der zweite Student gerne an der Hochschule a studieren würde. In dem beschriebenen Experiment wurden nur stabile Verbindungen zwischen den Objekten berücksichtigt.

Der Algorithmus der verzögerten Annahme

Wie bereits erwähnt, gibt es eine bestimmte Anzahl von Studierenden, die vom College unter keinen Umständen akzeptiert werden. Der Algorithmus zur verzögerten Zulassung geht daher davon aus, dass diesen Studierenden nicht gestattet ist, Unterlagen an diese Hochschule einzureichen. In diesem Fall versuchen alle Studierenden, sich an den Colleges zu bewerben, die ihnen am besten gefallen.

Eine Bildungseinrichtung mit einer Kapazität von q Studierenden nimmt die q Personen mit den höchsten Bewertungen auf der Grundlage ihrer Kriterien in die Warteliste auf oder alle, wenn die Anzahl der Bewerber geringer ist als die Anzahl der verfügbaren Plätze. Den anderen wird abgesagt, und diese Studierenden bewerben sich bei der nächsten Hochschule auf ihrer Präferenzliste. Dieses College wählt ebenfalls q Studierende mit den höchsten Bewertungen aus denjenigen aus, die sich sofort beworben haben, und denjenigen, die im ersten College abgelehnt wurden. Auch hier fallen erneut einige Personen durch.

Das Verfahren endet, wenn jeder Studierende auf der Warteliste eines Colleges steht oder ihm von allen Bildungseinrichtungen, an denen er sich bewerben konnte, abgesagt wurde. Schließlich nehmen die Colleges alle von ihren Wartelisten endgültig auf.

Was hat das mit Proxy zu tun?

Analog zu den Studierenden und Colleges haben die Wissenschaftler jedem Klienten einen bestimmten Proxy zugewiesen. Es entstand ein Spiel namens Proxy Assignment Game. Die Klienten, einschließlich möglicher Zensuragenten, fungieren als Studierende, die die Adresse des Proxys erfahren möchten, die als Colleges agieren – sie haben eine vorher bekannte endliche Kapazität.

Im beschriebenen Modell gibt es n Nutzer (Klienten) A = {a1, a2, …, an}, die Zugriff auf einen Proxy anfordern, um Sperren zu umgehen. Somit ist ai die Kennung des „insgesamt“ Klienten. Unter diesen n Nutzern sind m Zensuragenten, bezeichnet als J = {j1, j2, …, jm}, die anderen sind gewöhnliche Nutzer. Alle m Agenten werden von einer zentralen Stelle kontrolliert und erhalten von ihr Anweisungen.
Es wird auch angenommen, dass es eine Menge von Proxys P = {p1, p2, …, pl} gibt. Nach jeder Anfrage erhält der Klient vom Verteilungsobjekt Informationen (IP-Adresse) über k Proxys. Die Zeit ist in Intervallen-Phasen unterteilt, die als t bezeichnet werden (das Spiel beginnt bei t=0).

Jeder Klient verwendet eine Scoring-Funktion zur Bewertung der Proxys. Die Wissenschaftler verwendeten die Funktion

Jeder Kunde verwendet eine Scoring-Funktion zur Bewertung der Proxys. Die Wissenschaftler verwendeten eine Funktion , um den Punkt zu markieren, den der Benutzer ai dem Proxy px in der Phase t zugewiesen hat. Ebenso verwendet jeder Proxy eine Funktion zur Bewertung der Kunden. Das heißt – der Punkt, den der Proxy px dem Kunden ai in der Phase t zugewiesen hat.

Es ist wichtig zu beachten, dass das gesamte Spiel virtuell ist, d.h. der "Distributor" spielt die Rolle des Proxy und der Kunden. Dafür muss er nicht den Typ des Kunden oder deren Vorlieben bezüglich der Proxys kennen. In jeder Phase findet ein Spiel statt, und es wird auch ein Algorithmus für die verzögerte Entscheidung 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 Blockierungen aufwies.

Vergleich mit dem VPN-Dienst rBridge

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

• Unabhängig von den Strategien der Zensoren sollte das System zur Umgehung von Blockierungen ständig mit neuen Proxys ergänzt werden, da sonst seine Effizienz sinkt.
• Wenn die Zensoren über erhebliche Ressourcen verfügen, können sie die Effizienz der Blockierung erhöhen, indem sie geografisch verteilte Agenten hinzufügen, um Proxys zu finden.
• Die Geschwindigkeit, mit der neue Proxys hinzugefügt werden, ist entscheidend für die Effizienz des Systems zur Umgehung von Blockierungen.

Nützliche Links und Materialien von Infatica:

• Die Geschichte des Kampfes gegen Zensur: wie die von Wissenschaftlern des MIT und Stanford entwickelte Methode des Flash-Proxys funktioniert
• Wie man erkennt, wenn Proxys lügen: Überprüfung der physischen Standorte von Netzwerkproxys durch einen Algorithmus für aktive Geolokalisierung
• Wie man sich im Internet tarnt: vergleich von Server- und Resident-Proxys

Quelle: habr.com