Experiment zur Simulation eines vollständigen Tor-Netzwerks.

Forscher der Universität Waterloo und des US Navy Research Laboratory haben die Ergebnisse ihrer Entwicklung eines Tor-Netzwerksimulators vorgestellt, der hinsichtlich der Anzahl von Knoten und Benutzern mit dem Hauptnetzwerk Tor vergleichbar ist und Experimente unter nahezu realen Bedingungen ermöglicht. Das im Rahmen des Experiments erstellte Toolset und die Methodologie zur Modellierung des Netzwerks erlaubten es, auf einem Computer mit 4 TB RAM ein Netzwerk aus 6489 Tor-Knoten zu simulieren, zu dem gleichzeitig 792.000 virtuelle Benutzer verbunden waren.

Es wird angemerkt, dass dies die erste umfassende Simulation des Tor-Netzwerks ist, deren Knotenanzahl der realen Netzwerkstruktur entspricht (das aktive Tor-Netzwerk umfasst etwa 6000 Knoten und 2 Millionen verbundene Benutzer). Eine vollständige Simulation des Tor-Netzwerks ist von Interesse, um Engpässe zu identifizieren, das Verhalten bei Angriffen zu modellieren, neue Optimierungsmethoden unter realen Bedingungen zu testen und Konzepte zur Gewährleistung der Sicherheit zu überprüfen.

Mit einem vollwertigen Simulator können die Entwickler von Tor von der Praxis der Durchführung von Experimenten im Hauptnetzwerk oder auf einzelnen Arbeitsknoten absehen, die zusätzliche Risiken für die Vertraulichkeit der Benutzer mit sich bringen und nicht ausschließen, dass Ausfälle auftreten. Beispielsweise wird in den kommenden Monaten die Einführung eines neuen Protokolls zur Überlastkontrolle in Tor erwartet, und die Simulation wird es ermöglichen, dessen Funktionsweise umfassend zu untersuchen, bevor es im realen Netzwerk bereitgestellt wird.

Neben der Ausschaltung der Auswirkungen von Experimenten auf die Vertraulichkeit und Zuverlässigkeit des Hauptnetzwerks Tor wird das Vorhandensein separater Testnetzwerke die Möglichkeit bieten, neuen Code schnell während des Entwicklungsprozesses zu testen und zu debuggen, Änderungen sofort für alle Knoten und Benutzer ohne die Notwendigkeit abzuwarten, dass lange Zwischenbereitstellungen abgeschlossen sind, effizienter Prototypen zu erstellen und neue Ideen zu erproben.

Es wird an der Verbesserung der Werkzeuge gearbeitet, die laut den Entwicklern den Ressourcenverbrauch um das Zehnfache reduzieren und es ermöglichen werden, mit der gleichen Hardware Netzwerke zu simulieren, die über das tatsächliche Netzwerk hinausgehen. Dies könnte erforderlich sein, um mögliche Probleme mit der Skalierung von Tor zu identifizieren. Während der Arbeit wurden auch mehrere neue Methoden zur Netzwerkmusterung entwickelt, die es ermöglichen, Veränderungen im Netzwerkzustand über die Zeit vorherzusagen und Hintergrundverkehrsgeneratoren zu nutzen, um die Aktivität der Nutzer zu simulieren.

Die Forscher haben auch die Beziehung zwischen der Größe des simulierten Netzwerks und der Genauigkeit der Projektion der Experimentergebnisse auf das reale Netzwerk untersucht. Bei der Entwicklung von Tor erfolgt die Vorprüfung der vorgenommenen Änderungen und Optimierungen in kleinen Testnetzwerken, die deutlich weniger Knoten und Nutzer enthalten als das reale Netzwerk. Es wurde festgestellt, dass statistische Fehler in Prognosen, die bei kleinen Simulationen erhalten werden, durch mehrfache Wiederholungen unabhängiger Experimente mit unterschiedlichen Datensätzen ausgeglichen werden können, wobei gilt: Je größer das simulierte Netzwerk, desto weniger Wiederholungen sind erforderlich, um statistisch signifikante Schlussfolgerungen zu ziehen.

Für die Modellierung und Simulation des Tor-Netzwerks entwickeln Forscher mehrere Open-Source-Projekte, die unter der BSD-Lizenz veröffentlicht werden:

• Shadow – ein universeller Netzwerksimulator, der es ermöglicht, den Code echter Netzwerkapplikationen auszuführen, um das Verhalten verteilter Systeme mit Tausenden von Netzwerkprozessen nachzubilden. Zur Simulation von Systemen basierend auf echten, unveränderten Anwendungen wird in Shadow die Technik der Emulation von Systemaufrufen angewendet. Die Netzwerkinteraktion der Anwendungen in der simulierten Umgebung erfolgt über die Bereitstellung VPN und Nutzung von Simulatoren typischer Netzwerkprotokolle (TCP, UDP). Es wird eine anpassbare Modellierung der Eigenschaften des virtuellen Netzwerks, wie Paketverlust und Lieferverzögerungen, unterstützt. Neben Experimenten mit Tor wurde ein Versuch unternommen, ein Plugin für Shadow zur Simulation des Bitcoin-Netzwerks zu entwickeln, aber dieses Projekt fand keine weitere Entwicklung.
• Tornettools – ein Werkzeug zur Erstellung realistischer Tor-Netzwerkmodelle, die in einer Shadow-Umgebung betrieben und für die Simulation, Ansammlung und Visualisierung von Ergebnissen genutzt werden können. Für die Netzwerkgenerierung können Metriken verwendet werden, die die Funktionsweise des echten Tor-Netzwerks widerspiegeln.
• TGen – ein Traffic-Generator basierend auf benutzerspezifizierten Parametern (Größe, Verzögerungen, Anzahl der Streams usw.). Verkehrsmuster können sowohl auf speziellen Skripten im GraphML-Format als auch mithilfe von probabilistischen Markov-Modellen zur Verteilung von TCP-Streams und -Paketen definiert werden.
• OnionTrace – ein Werkzeug zur Überwachung der Leistung und Ereignisse im simulierten Tor-Netzwerk sowie zur Aufnahme und Wiedergabe von Informationen über die Bildung von Tor-Knotenketten und deren Traffic-Bindung.

Quelle: opennet.ru