Eksperimentet for simulasjon av et fullstendig Tor-nettverk

Forskere fra Universitetet i Waterloo og den amerikanske Marinelaboratoriet har presentert resultatene fra utviklingen av en simulator for Tor-nettverket, som har et antall noder og brukere sammenlignbart med det faktiske Tor-nettverket og som gjør det mulig å utføre eksperimenter som ligner på virkelige forhold. Utstyret og metoden for modellering av nettverket, utviklet under eksperimentet, gjorde det mulig å simulere driften av et nettverk bestående av 6489 Tor-noder på en datamaskin med 4 TB RAM, som samtidig ble koblet til 792 tusen virtuelle brukere.

Det bemerkes at dette er den første helskala simulasjonen av Tor-nettverket, der antallet noder tilsvarer det faktiske nettverket (det aktive Tor-nettverket har rundt 6000 noder og 2 millioner tilkoblede brukere). En fullskala simulasjon av Tor-nettverket er interessant for å avdekke flaskehalser, modellere atferd som et resultat av angrep, teste nye optimaliseringsmetoder i virkelige forhold og verifisere konsepter knyttet til sikkerhet.

Med en fullverdig simulator vil Tor-utviklerne kunne unngå praksisen med å utføre eksperimenter i det faktiske nettverket eller på enkeltstående Arbeidsnoder, som medfører ekstra risiko for å krenke brukernes konfidensialitet og ikke utelukker muligheten for driftsavbrudd. For eksempel er det ventet at det i de kommende månedene vil bli implementert støtte for en ny overbelastningskontrollprotokoll i Tor, og simuleringen vil gjøre det mulig å studere dens funksjon grundig før distribusjonen i det faktiske nettverket.

I tillegg til å eliminere innflytelsen fra eksperimenter på konfidensialitet og påliteligheten til det faktiske Tor-nettverket, vil tilstedeværelsen av separate testnettverk gi mulighet til raskt å teste og feilsøke ny kode under utvikling, implementere endringer for alle noder og brukere uten å måtte vente på at langvarige mellomliggende distribusjoner skal fullføres, og raskere lage og teste prototyper med implementering av nye ideer.

Det pågår arbeid med å forbedre verktøyene, som utviklerne hevder vil redusere ressursforbruket med 10 ganger og gjøre det mulig å simulere nettverksarbeid som overgår det virkelige nettverket med den samme maskinvaren, noe som kan være nødvendig for å identifisere potensielle problemer med skalerbarhet i Tor. I løpet av arbeidet er det også utviklet flere nye metoder for nettverksmodellering, som lar en forutsi endringen i nettverksstatus over tid og bruke bakgrunnstrafikkgeneratorer for å simulere brukeraktivitet.

Forskere har også undersøkt mønsteret mellom størrelsen på det simulerte nettverket og påliteligheten av å projisere eksperimentresultatene på det virkelige nettverket. I utviklingen av Tor gjennomføres en foreløpig sjekk av endringene og optimaliseringene i små testnettverk, som inneholder betydelig færre noder og brukere enn det virkelige nettverket. Det har vist seg at statistiske feil i anslagene fra små simuleringer kan kompenseres ved å gjenta uavhengige eksperimenter med forskjellige sett av inngangsdata, der det viser seg at jo større det simulerte nettverket er, jo færre gjentatte forsøk kreves for å oppnå statistisk signifikante konklusjoner.

For modellering og simulering av Tor-nettverket utvikles flere åpne prosjekter av forskerne, distribuert under BSD-lisens:

• Shadow – en universell nettverksimulator som lar en kjøre koden til ekte nettverksapplikasjoner for å gjenskape driften av distribuerte systemer med tusenvis av nettverksprosesser. For å simulere systemer basert på ekte, uendrede applikasjoner, brukes det teknikker for emulering av systemanrop i Shadow. Nettverksinteraksjonen mellom applikasjoner i det simulerte miljøet skjer gjennom distribusjon VPN og bruk av simulatorer for typiske nettverksprotokoller (TCP, UDP). Tilpasset modellering av egenskapene til det virtuelle nettverket, som pakktap og forsinkelser i levering, støttes. I tillegg til eksperimenter med Tor har det blitt gjort et forsøk på å utvikle et plugin for Shadow for simulering av Bitcoin-nettverket, men dette prosjektet fikk ingen videre utvikling.
• Tornettools — et verktøy for å generere realistiske modeller av Tor-nettverket, som kan kjøres i Shadow-miljøet, samt for å starte og tilpasse prosessen med simulering, innsamling og visualisering av resultater. Målinger som gjenspeiler driften til det virkelige Tor-nettverket kan brukes som maler for nettverksgenerering.
• TGen — en generator av trafikkstrømmer basert på parametere angitt av brukeren (størrelse, forsinkelser, antall strømmer, osv.). Trafikkmønstre kan spesifiseres både basert på spesielle skripter i GraphML-format og ved hjelp av sannsynlighetsmodeller for TCP-strømmer og pakker.
• OnionTrace — et verktøy for overvåking av ytelse og hendelser i det simulerte Tor-nettverket, så vel som for å registrere og gjenskape informasjon om dannelsen av Tor-nodenettverk og tilknytning av trafikkstrømmer.

Kilde: opennet.ru