Forscher der Universität Waterloo und des US Navy Research Laboratory haben Ergebnisse zur Entwicklung eines Tor-Netzwerk-Simulators präsentiert, der in Bezug auf die Anzahl der Knoten und Benutzer mit dem Hauptnetzwerk Tor vergleichbar ist und es ermöglicht, Experimente unter nahezu realen Bedingungen durchzuführen. Die während des Experiments entwickelte Werkzeug- und Methodologie zur Netzwerkmodellierung erlaubten es, auf einem Computer mit 4 TB RAM den Betrieb eines Netzwerks von 6489 Tor-Knoten zu simulieren, das gleichzeitig mit 792.000 virtuellen Benutzern verbunden ist.
Es wird festgestellt, dass dies die erste umfassende Simulation eines Tor-Netzwerks ist, dessen Knotenanzahl dem echten Netzwerk entspricht (das aktive Tor-Netzwerk zählt etwa 6.000 Knoten und 2 Millionen verbundene Benutzer). Eine vollständige Simulation des Tor-Netzwerks ist von Interesse, um Engpässe zu identifizieren, das Verhalten unter Angriffen zu modellieren, neue Optimierungsmethoden unter realen Bedingungen zu testen und Konzepte im Zusammenhang mit Sicherheitszusagen zu überprüfen.
Mit einem vollwertigen Simulator können die Tor-Entwickler darauf verzichten, Experimente im Hauptnetz oder an einzelnen Arbeitsknoten durchzuführen, die zusätzliche Risiken für die Vertraulichkeit der Nutzer darstellen und Ausfälle nicht ausschließen. In den kommenden Monaten wird beispielsweise die Einführung eines neuen Überlastungssteuerungsprotokolls in Tor erwartet, und die Simulation wird eine umfassende Untersuchung seiner Funktionsweise vor der Bereitstellung im realen Netzwerk ermöglichen.
Neben dem Ausschluss der Auswirkungen von Experimenten auf die Vertraulichkeit und die Zuverlässigkeit des Hauptnetzes bietet das Vorhandensein separater Testnetzwerke die Möglichkeit, neuen Code während des Entwicklungsprozesses schnell zu testen und zu debuggen sowie sofortige Änderungen für alle Knoten und Benutzer ohne das Warten auf den Abschluss langwieriger Zwischenimplementierungen zu integrieren, was eine zügigere Erstellung und Erprobung von Prototypen mit der Umsetzung neuer Ideen ermöglicht.
Es wird an der Verbesserung der Werkzeuge gearbeitet, die, so die Entwickler, den Ressourcenverbrauch um das Zehnfache reduzieren und es ermöglichen, mit derselben Hardware Netzwerke zu simulieren, die die reale Netzwerkleistung übertreffen. Dies könnte erforderlich sein, um mögliche Probleme mit der Skalierung von Tor zu identifizieren. Im Zuge der Arbeiten wurden auch mehrere neue Methoden zur Netzsimulation entwickelt, die es ermöglichen, die Veränderungen im Netzwerkzustand im Zeitverlauf vorherzusagen und Hintergrundverkehrs-Generatoren zu verwenden, um die Benutzeraktivität zu simulieren.
Forscher haben auch den Zusammenhang zwischen der Größe des simulierten Netzwerks und der Zuverlässigkeit der Ergebnisse für die reale Netzwerkprojektion untersucht. Bei der Entwicklung von Tor erfolgt eine Vorprüfung der Änderungen und Optimierungen in kleinen Testnetzwerken, die deutlich weniger Knoten und Nutzer enthalten als das reale Netzwerk. Es wurde festgestellt, dass statistische Fehler in den Prognosen, die bei kleinen Simulationen erzielt wurden, durch wiederholte Durchführungen unabhängiger Experimente mit unterschiedlichen Datensätzen ausgeglichen werden können, wobei zu beachten ist, dass bei größeren simulierten Netzwerken weniger Wiederholungen erforderlich sind, um statistisch signifikante Schlussfolgerungen zu erhalten.
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 die Funktionsweise verteilter Systeme mit Tausenden von Netzwerkprozessen nachzustellen. Zur Simulation von Systemen auf Basis realer, unveränderter Anwendungen verwendet Shadow die Technik der Systemaufrufemulation. Die Netzwerkinteraktion der Anwendungen in der simulierten Umgebung erfolgt durch die Implementierung VPN und Nutzung von Simulationsmodulen typischer Netzwerkprotokolle (TCP, UDP). Es wird anpassbare Modellierung der Eigenschaften des virtuellen Netzwerks unterstützt, wie z.B. Paketverlust und Lieferverzögerungen. Neben Experimenten mit Tor wurde der Versuch unternommen, ein Plugin für Shadow zu entwickeln, um das Bitcoin-Netzwerk zu simulieren, jedoch wurde dieses Projekt nicht weiterverfolgt.
- Tornettools – ein Werkzeug zur Generierung realistischer Modelle des Tor-Netzwerks, die in der Shadow-Umgebung ausgeführt werden können, sowie zur Ausführung und Konfiguration des Simulationsprozesses, zur Erfassung und Visualisierung der Ergebnisse. Als Vorlagen zur Generierung des Netzwerks können Metriken verwendet werden, die die Funktionsweise des realen Tor-Netzwerks widerspiegeln.
- TGen — ein Benutzerparameter-basierter Traffic-Stream-Generator (Größe, Latenz, Anzahl der Streams usw.). Die Verkehrsschemata können sowohl auf speziellen Skripten im GraphML-Format als auch durch probabilistische Markov-Modelle zur Verteilung von TCP-Streams und -Paketen basieren.
- OnionTrace — ein Werkzeug zur Überwachung der Leistung und Ereignisse in einem simulierten Tor-Netzwerk sowie zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen über die Bildung von Tor-Knotenketten und die damit verbundenen Traffic-Streams.
Quelle: opennet.ru
