बेनामी नेटवर्क और टाइमिंग अटैक्स: एक परिचय

परिचय | तोर | टार्ज़न और मॉर्फ़िक्स | कम लागत का हमला | टार्ज़न और मॉर्फ्मिक्स पर कम लागत का हमला | सुरक्षित प्रणाली के निर्माण के सिद्धांत (निष्कर्ष)



मैं आपका ध्यान लेख के एक हिस्से को सूचना सुरक्षा के क्षेत्र में मान्यता प्राप्त शोधकर्ताओं द्वारा प्रस्तुत करता हूं, जिसे हम (" रूस में ओपनपीजीपी " के प्रतिभागियों) वर्तमान में अनुवाद कर रहे हैं। लेखकों में विली सुसिलो (सह-निदेशक, कंप्यूटर और सूचना सुरक्षा अनुसंधान केंद्र ) हैं।



"अटैचमेंट" लेख के नीचे " टाइमिंग हमलों का विरोध करने वाले कम विलंब के साथ अज्ञात सिस्टम के सिद्धांत " उन सभी को संबोधित किया जाता है जो नेटवर्क गुमनामी में रुचि रखते हैं। एक सुलभ भाषा में लेखक इस समय सबसे लोकप्रिय अज्ञात नेटवर्क " टॉर " पर जोर देने के साथ उन पर बेनामी और संभावित हमलों की मूल बातें प्रकट करते हैं।

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परिचय

बेनामी संचार प्रणालियों को पहली बार चाउम (चाउम 1981) के संस्थापक कार्य में पेश किया गया था। लब्बोलुआब यह है कि मिक्स नोड्स (मिक्सिंग नोड्स) नामक ट्रांसफर नोड्स की एक श्रृंखला के माध्यम से संदेश भेजकर गुमनामी हासिल की जाती है। प्रत्येक मिक्स नोड दो मुख्य कार्य करता है। पहला है संदेशों की बिटकॉइन अनलिंक करने की सुविधा देना, दूसरा है संदेश के प्रवाह को मिलाना।



हमलावर को नोड से बाहर निकलने पर इसकी सामग्री द्वारा निगरानी किए गए संदेश की पहचान करने से रोकने के लिए, आने वाले सभी संदेश समान आकार में कम हो जाते हैं (छोटे संदेश यादृच्छिक डेटा के साथ पूरक होते हैं) और एन्क्रिप्ट किए जाते हैं। यह "बिटवाइज़ अविद्या को सुनिश्चित करने के लिए है।"



संदेश प्रवाह को मिलाते हुए उपयोग किया जाता है ताकि हमलावर समय के साथ संदेश को नोड में प्रवेश करने के समय के साथ मेल नहीं खा सके, और इस तरह समझे कि कौन सा आउटगोइंग संदेश वांछित से मेल खाता है। नोड थोड़ी देर के लिए आने वाले संदेशों को जमा करता है, उन्हें फेरबदल करता है, और उन्हें यादृच्छिक रूप से भेजता है।



इंटरनेट के माध्यम से अनाम संचार प्रणाली को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

• उच्च-विलंबता प्रणाली
• कम विलंबता प्रणाली

उदाहरण के लिए, ई-मेल (ई-मेल) बड़ी देरी के साथ एक प्रणाली है, क्योंकि संदेश वितरण में लंबा समय लग सकता है। यदि रीयल-टाइम इंटरैक्शन (या इसके करीब) की आवश्यकता है, तो कम विलंबता वाले सिस्टम का उपयोग किया जाना चाहिए। एसएसएच और इंस्टेंट मैसेंजर कम विलंबता प्रणाली के उदाहरण हैं। चाउ के विचारों के कार्यान्वयन के माध्यम से दोनों श्रेणियों के सिस्टम में संदेशों की ट्रेसबिलिटी प्राप्त की जाती है: प्रेषक और रिसीवर के बीच ट्रांसमिशन नोड्स की एक श्रृंखला, और एन्क्रिप्शन जो संदेश डेटा छुपाता है। श्रृंखला में प्रत्येक नोड केवल अपने पूर्ववर्ती को जानता है, जिससे वह संदेश प्राप्त करता है, और उसका उत्तराधिकारी, जिसे वह संदेश प्रेषित करेगा।



बड़े विलंब के साथ सिस्टम एकल संदेश भेजने में विशेषज्ञ हैं, और कनेक्शन बनाए रखने में छोटी देरी के साथ सिस्टम। इसका मतलब है कि बड़े विलंब के साथ सिस्टम में, प्रत्येक संदेश के लिए एक नया पथ बनाया जाता है, एक नया संदेश एक नया पथ होता है। और कम विलंबता वाले सिस्टम में, पूरे पैकेट स्ट्रीम को आगे बढ़ाने के लिए कुछ समय के लिए एक पथ का उपयोग किया गया है।



कम विलंबता वाले सिस्टम के बीच एक और महत्वपूर्ण अंतर है। संदेश वितरण समय के लिए कठोर आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, संदेशों के संचय और मिश्रण के चरण को छोड़ना आवश्यक है। इसलिए, ऐसे सिस्टम ट्रैफ़िक विश्लेषण हमलों के लिए अधिक संवेदनशील होते हैं और, विशेष रूप से, समय पर हमले होते हैं। नेटवर्क से गुजरने के लिए पैकेट में लगने वाले समय की गणना करने के लिए सरल समय के हमलों में कमी आ सकती है। अधिक जटिल समय के हमलों में पीड़ित द्वारा उपयोग किए जाने वाले कनेक्शन की विशिष्ट विशेषताओं का विश्लेषण शामिल हो सकता है - ट्रैफ़िक पैटर्न ^{1 की} पहचान करना।



टाइमिंग हमलों ने इस तथ्य का फायदा उठाया कि सभी मेजबान विभिन्न देरी का परिचय देते हैं। देरी के समय को जानने के बाद, कोई भी नोड में प्रवेश करने वाले प्रवाह और इससे निकलने वाले प्रवाह के बीच संबंध के बारे में अनुमान लगा सकता है। दूसरे शब्दों में, अनुमान करें कि आउटबाउंड स्ट्रीम मॉनिटर किए गए इनबाउंड स्ट्रीम से मेल खाती है। एक हमलावर कुछ समय के लिए नोड्स के बीच कनेक्शनों का निरीक्षण कर सकता है, और फिर, सभी नोड्स के ट्रैफिक पैटर्न की तुलना करते हुए, समान पैटर्न वाले नोड्स की पहचान करें - इन नोड्स के एक चेन बनने की संभावना है। सांख्यिकीय विधियों का उपयोग करके, हमलावर स्ट्रीम के प्रेषक और रिसीवर के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकता है, और यहां तक ​​कि स्ट्रीम के पूरे पथ को भी प्रकट कर सकता है। इस हमले से बचाने के लिए, सभी प्रवाह की अस्थायी विशेषताओं को अविभाज्य बनाना आवश्यक है। हालांकि, इसके लिए महत्वपूर्ण संख्या में मिश्रण संचालन ² और बड़ी मात्रा में कवर ट्रैफ़िक ^{3 की आवश्यकता होगी} , इसलिए, देरी का समय बढ़ जाएगा। गुमनामी और देरी के बीच सही संतुलन खोजना कोई आसान काम नहीं है।



उपरोक्त हमले का सफलतापूर्वक संचालन करने के लिए, आपको एक वैश्विक पर्यवेक्षक की आवश्यकता है जो नेटवर्क से गुजरने वाले सभी प्रवाह का निरीक्षण कर सके। ऐसा माना जाता है कि लो लेटेंसी एनोनिजिंग नेटवर्क जैसे टॉर एक कमजोर खतरे वाले मॉडल का सफलतापूर्वक विरोध कर सकते हैं जिसमें वैश्विक पर्यवेक्षक शामिल नहीं है। इस कमजोर मॉडल में, हमलावर केवल कनेक्शन का हिस्सा देख सकता है। अगर हम बड़े सार्वजनिक नेटवर्क, जैसे कि इंटरनेट के बारे में बात करते हैं, तो यह धारणा, एक वैश्विक पर्यवेक्षक की अनुपस्थिति को मानते हुए, पर भरोसा किया जा सकता है।



हाल ही में, मर्डोक और डेनज़िस ने वैश्विक पर्यवेक्षक का उपयोग किए बिना कम विलंबता प्रणालियों पर एक सफल हमले का एक उदाहरण दिखाया है। यह हमला 2004 में डेनज़िस द्वारा प्रस्तावित यातायात विश्लेषण पर आधारित है। उनके हमले में, टो द्वारा प्रदान की गई गुमनामी को एक हमलावर द्वारा समझौता किया जा सकता है जो केवल नेटवर्क का हिस्सा देखता है या एक टोर नोड का मालिक है। हमला काम करता है क्योंकि टोर डेवलपर्स ने मिक्सिंग ऑपरेशन को हटा दिया था, जो पहले संस्करण में था, और अब आने वाली थ्रेड कतार को राउंड रॉबिन फैशन ⁴ मोड में संसाधित किया गया है। एक हमलावर द्वारा नियंत्रित एक टोर नोड अन्य नेटवर्क नोड्स के साथ संबंध बनाता है और इस प्रकार अप्रत्यक्ष रूप से किसी भी समय उनके माध्यम से गुजरने वाले यातायात की मात्रा का अनुमान लगा सकता है। अनुमान इन कनेक्शनों पर भेजे गए और प्राप्त किए गए प्रवाह की देरी के अंतर पर आधारित हैं।



इस तथ्य के आधार पर कि

• प्रत्येक टॉर नोड से गुजरने वाले ट्रैफ़िक की मात्रा, या दूसरे शब्दों में, टॉर नोड पर लोड, इस नोड के साथ स्थापित सभी कनेक्शनों के भार का योग है
• और हमलावर समय पर प्रत्येक क्षण में सभी नोड्स के लिए इन कुल भार का अनुमान लगाने में सक्षम था
  
  एक हमलावर प्रवाह रास्तों के बारे में बहुत अच्छा अनुमान लगा सकता है।

लेखक ध्यान दें कि उनका हमला कम विलंबता वाले सभी अनाम नेटवर्क पर लागू है। यह हाई-प्रोफाइल स्टेटमेंट खतरे के मॉडल की असंगति पर संकेत देता है जिसका उपयोग कम विलंबता के साथ कई अनाम सिस्टम बनाने के लिए किया जाता है।

हमारा योगदान

हमने कम विलंबता वाले अन्य अनाम नेटवर्क पर मर्डोक और डेनज़िस 2005 हमले का परीक्षण किया। टार्ज़न (फ्रीडमैन एंड मॉरिस 2002) और मॉर्फमिक्स (रेनहार्ड एंड प्लैटनर 2002) टॉर की तरह काम नहीं करते हैं। विशेष रूप से, वे सहकर्मी से सहकर्मी वास्तुकला का पालन करते हैं, और टोर समर्पित सर्वर का उपयोग करते हैं। इसके अलावा, टार्ज़न कुछ मिक्सिंग ऑपरेशन और कवरिंग ट्रैफ़िक का उपयोग करता है जो टोर के पास नहीं है। और मॉर्फमिक्स में, मध्यवर्ती नोड्स, टोर के विपरीत, प्रेषित धारा के लिए स्वतंत्र रूप से पथ के एक हिस्से का चयन कर सकते हैं, जहां धारा आरंभ करने वाला ग्राहक पूरे रास्ते को स्वयं निर्धारित करता है।



हमारा विश्लेषण दो दिशाओं में चला गया। सबसे पहले, हमने सिस्टम में होने वाली देरी पर ध्यान केंद्रित किया ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उनका उपयोग वास्तव में नोड्स से गुजरने वाले ट्रैफ़िक की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। फिर हमने विभिन्न आर्किटेक्चर के लिए हमले की दक्षता का विश्लेषण किया। अध्ययन के परिणामों ने हमें ऐसे हमलों को समझने में सक्षम कम विलंब वाले गुमनाम नेटवर्क बनाने के सिद्धांतों की पहचान करने की अनुमति दी।

दस्तावेज़ संरचना

दूसरे खंड में, हम तीन अज्ञात नेटवर्क - तोर, टार्ज़न और मॉर्फमिक्स ⁵ का विश्लेषण करेंगे और यह बताएंगे कि वे एक दूसरे से कैसे भिन्न हैं। धारा 3 में, हम मर्डोक और डेनज़िस (मर्डोक और डेनज़िस 2005) द्वारा वर्णित टोर पर हमले पर विचार करते हैं। ध्यान दें कि लेखकों का दावा है कि हमला कम विलंब के साथ सभी गुमनाम नेटवर्क को प्रभावित करता है। धारा 4 में, हम मॉर्फ्मिक्स के साथ इस दावे का खंडन करेंगे। 5 वें खंड में, हम छोटे विलंब के साथ सिस्टम के निर्माण के लिए कई नियम प्राप्त करते हैं। और अंत में, 6 वें खंड में, हम निष्कर्ष निकालते हैं।

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अनुवादक नोट



¹ यातायात पैटर्न



समय के हमलों के संदर्भ में, यह ग्राफ "ट्रैफ़िक वॉल्यूम बनाम समय" पर गतिविधि के "फट" का एक विशिष्ट रूप है, जो उपयोगकर्ताओं या नेटवर्क पर गतिविधि के प्रकार के बीच अंतर करना संभव बना सकता है।





² धाराओं को मिलाना



मिश्रण धाराओं (मिश्रण, मिश्रण) के लिए कई विकल्प हैं। उदाहरण के लिए, वर्तमान टोर में, मिश्रण के अभाव में, चित्र इस प्रकार है: n चेन ने सर्वर X में प्रवेश किया और वही नंबर बाहर आया। यह स्पष्ट नहीं है कि उपयोगकर्ता किस प्रकार का है, लेकिन परिकल्पना का निर्माण यातायात, फटने और अन्य अप्रत्यक्ष संकेतों की मात्रा के आधार पर किया जा सकता है।



मिश्रण करते समय (केवल सबसे सरल उदाहरण के रूप में), आप सर्वर X से सर्वर Y तक की सभी श्रृंखलाओं को एक बार फिर से एक आम एन्क्रिप्टेड चैनल में एन्क्रिप्ट और चेन कर सकते हैं और यह अस्पष्ट होगा: n दर्ज किया गया, और कितने सर्वर बाहर गए, यह दिखाई नहीं दे रहा है। व्यक्तिगत श्रृंखलाएं उपयोगकर्ताओं से सर्वर तक जाती हैं, और सर्वर के बीच एक सतत प्रवाह होता है।



चूंकि अलग-अलग चेन अभी भी टोर नेटवर्क से बाहर निकलने पर दिखाई देंगे, इसलिए यह बहुत प्रभावी नहीं है।





³ कवर ट्रैफ़िक



एक विशेष चिह्न के साथ संचारित नोड्स द्वारा उत्पन्न नकली ट्रैफ़िक, जिसके कारण अन्य नोड्स इसे वास्तविक ट्रैफ़िक से अलग कर सकते हैं





⁴ राउंड रॉबिन फैशन



एक सर्कल में सबसे सरल आरआर प्रत्येक स्ट्रीम से डेटा के एक पैकेट को संसाधित करता है (यह माना जाता है कि सभी प्रवाह की प्राथमिकता समान है)। इस प्रकार, सभी डेटा धाराओं की "समानता" हासिल की जाती है।





⁵ टार्ज़न और मॉर्फ्मिक्स उस समय की अवधारणा के रूप में मौजूद थे जब टोर शुरू हुआ था। वर्तमान में, ये नेटवर्क वास्तव में उपयोग नहीं किए जाते हैं।