Anonymous Communication

Overlay Communication

核心思想
- Handle routing at the application layer
- Tunnel messages inside other messages

威胁模型 Threat Model - Insider Byzantine Attacker

With limited view of network: an attacker might have tight control over a network.

攻击手段
- Traceforward Attack - passive attacker
  - traces messages from sender, thwarts receiver anonymity
- Marking Attack - active attacker
  - marks messages and discovers markded msg elsewhere

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核心思想
- 在 sender 和 receiver 之间加入第三方
- sender 和 proxy 之间对内容和 目标地址 进行加密
安全性
- 如果攻击者在 sender 和 proxy 之间，receiver 是保密的
- 如果攻击者在 proxy 和 receiver 之间，sender 是保密的
- 但是如果有两个攻击者在两端合作，则不具有保密性；或者攻击者是 proxy 自身，也不具有保密性
优点
- 设置简单
- 接收方不需要参与加密过程
- 在网络中被普遍使用
缺点
- 需要可信任的代理（第三方）
- 保密性依赖于攻击者的位置
如何避免攻击者窃听？ - Crowds Algorithm
如何保证代理是可信的？ - Source Routing

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POF-based Source Routing

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source-routing based anonymous overlay communication
运行机制
1. 访问 Tor entry，随机选择一系列的 Tor 路由并构成一条传输路径
2. 从 directory node 获取一个公钥，与第一个节点 A 协商密钥；第一个节点与第二个节点协商密钥，以此类推，直到建立起整条链。
3. 将数据包 ${{{{m s g}_{D}, D}_{C}, C}_{B}, B}_{A}$ 通过这条路径进行传输
4. 维护在源和目的地之间的双向持久的多跳路径，以保证回复的数据包能够沿着传输路径返回
加密机制
- Layered Encryption：Tor 路由将对数据包进行层层加密
- Leaked routing info：只有前后两个节点知道彼此

Darknet

Portions of the Internet purposefully not open to public view or hidden networks whose architecture is superimposed on that of Internet.

Tor Traffic Correlation
- Passive monitoring
- Active attraction
  1. 部署一个 Tor 路由
  2. 吸引 Tor 流量
  3. 对流量进行分析和关联
Path Selection Attack
- 攻击原理：利用 Tor path selection algorithm：根据节点带宽进行加权概率分布选择下一个节点。将当前中继 relay 设置成高带宽，以增大被选中的概率。
- 如果控制了第一跳，则能够识别发送者；
- 如果控制了最后一跳，则能够识别接收者。
Counting Attack
- 攻击原理：利用数据包的编号总是递增的这一原理，通过计数数据包的编号以关联流量。
Low Latency Attack
- 攻击原理：Tor 路由对每个链路分配队列，根据轮询决定出队顺序。通过不断地向目标路由发送数据包，检测延迟以推断与目标路由的连接的节点的活动状态。
Cross Site Attack
- 攻击原理：部署 Tor 路由，访问暗网并爬取交易信息，从中提取比特币账户并在公网上进行查找。