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清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1293-1305页

作者：张国强徐明伟清华大学计算机科学与技术系北京100084 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084

第二代洋葱路由网络(the second-generation onion router,Tor)面临流量分析去匿名化威胁,分析用户流量获取成本是评估其威胁程度的重要内容。然而,现有的用户流量获取方法较少研究费效比问题。Tor客户端构建匿名通信路径时使用的守卫节... 详细信息

第二代洋葱路由网络(the second-generation onion router,Tor)面临流量分析去匿名化威胁,分析用户流量获取成本是评估其威胁程度的重要内容。然而,现有的用户流量获取方法较少研究费效比问题。Tor客户端构建匿名通信路径时使用的守卫节点,是敌手获取用户流量的重要途径。该文针对守卫节点操纵,提出一种资源融合分配的成本优化模型:P-Group(push and pull guards through optimized resource portfolios)模型,并在此基础上进行流量分析威胁评估。P-Group模型统筹分配守卫节点操纵过程中部署可控节点和拥塞非可控节点所需的资源。同时,通过排队论方法对拥塞非可控节点的过程进行建模,利用改进的流偏移技术统筹拥塞攻击资源总量与非可控节点带宽容量以提升资源分配效益。实验结果表明:P-Group模型能够有效降低费效比;相比于简单在部署和拥塞节点间平分带宽,该模型将资源分配效益提升了20.5%;相比于传统攻击流量分配算法,其部署的可控节点中选率提升了15%;敌手操纵用户流量从非可控节点迁移到可控节点的平均成本约为数百美元。这表明用户流量获取具有成本可行性,Tor流量分析构成现实威胁。

关键词：第二代洋葱路由网络守卫节点带宽消耗流偏移

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链路守卫节点合作监测检测恶意合谋攻击

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微电子学与计算机 2011年第9期28卷 179-182页

作者：谭运宝钟诚玉易刘磊广西大学计算机与电子信息学院广西南宁530004 广西广播电影电视局信息中心广西南宁530022

针对移动Ad Hoc网络环境中合谋节点的恶意丢包行为,将源节点及其传输链路上各守卫节点所检测的结果结合起来,设计一种通过守卫节点合作监测来检测发现恶意合谋攻击的方法.NS2上仿真实验结果表明,该方法能够有效应对合谋节点的恶意丢包行... 详细信息

针对移动Ad Hoc网络环境中合谋节点的恶意丢包行为,将源节点及其传输链路上各守卫节点所检测的结果结合起来,设计一种通过守卫节点合作监测来检测发现恶意合谋攻击的方法.NS2上仿真实验结果表明,该方法能够有效应对合谋节点的恶意丢包行为,降低恶意路由出现的概率,提高网络的分组投递率.

关键词：移动Ad Hoc网络合谋节点恶意丢包守卫节点

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Tor守卫节点探测与保护方法研究

Tor守卫节点探测与保护方法研究

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作者：王楠北京交通大学

学位级别：硕士

Tor目前是全球最受欢迎的低延迟匿名通信网络,它不仅可以为用户提供匿名性,还支持部署隐藏服务。隐藏服务在保护用户隐私的同时,也滋长了大量的违法犯罪行为,因此针对隐藏服务的匿名性研究具有重要意义。守卫节点是Tor通信链路中的第一... 详细信息

Tor目前是全球最受欢迎的低延迟匿名通信网络,它不仅可以为用户提供匿名性,还支持部署隐藏服务。隐藏服务在保护用户隐私的同时,也滋长了大量的违法犯罪行为,因此针对隐藏服务的匿名性研究具有重要意义。守卫节点是Tor通信链路中的第一个节点,与服务端直接相连,知道隐藏服务的IP地址。如果隐藏服务的守卫节点信息暴露,隐藏服务将面临去匿名化的风险。当前大多数的守卫节点发现攻击需要理想化控制Tor链路中的节点或终端,同时需要配合流量攻击主动改造网络环境,这种方式不仅实施困难而且需要耗费大量资源。本文的目标是在带宽攻击的基础上,实现基于带宽统计的守卫节点探测方法,并针对探测行为提出相应的保护方法。本文的研究成果如下:(1)针对探测方法误报率高的问题,本文研究了Tor共识带宽的测量与发布机制,分析了Tor共识带宽自然波动的特征,以在探测方法中区分攻击扰动与自然波动,降低误报率。实验结果表明:守卫节点的共识带宽波动范围较小,大多集中在2%至12%之间;节点标志与波动范围相关,但带宽总量,运行时长,个体带宽与自然波动之间没有相关性。(2)以带宽攻击为前提,实现了基于带宽统计的守卫节点探测方法。本文首先构建探测框架,然后利用均值,相对标准差,差异系数等统计特征设计了四种探测方法,最后在不同的攻击设置下,与现有的两种方法比较,对探测效果进行了评估。实验结果表明:随着攻击流量和攻击轮数的增加,探测方法的误报率在下降,同时本文提出的利用方差齐性检验和配对样本均值检验的融合方法提高了目标守卫节点探测的有效性。(3)提出了一种基于差分隐私的共识带宽数据保护方法,以应对本文的守卫节点探测。该方法在观测带宽收集模块添加高斯噪声,在共识带宽保护模块添加拉普拉斯噪声,并且根据节点选择概率和攻击流量变化确定噪声的尺度参数。实验结果表明:在满足差分隐私的前提下,探测方法得到的假阳性节点数量增加,攻击者无法在噪声数据集上根据异常带宽推断目标守卫节点,保护方法有效;同时根据均方根误差及查询扭曲度两个衡量指标,带宽数据仍具有较高可用性。

关键词： Tor 守卫节点带宽统计差分隐私

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Tor匿名通信系统路由选择技术研究

Tor匿名通信系统路由选择技术研究

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作者：张瑾北京交通大学

学位级别：硕士

Tor是目前使用最广泛的匿名通信系统,其路由选择技术是为用户提供匿名性的核心技术,入口节点(或称守卫节点)是通信电路的第一跳,也是Tor多跳路由中的关键节点,一旦被恶意控制,将极大损害匿名性。因此研究Tor路由选择技术,对于保护用户... 详细信息

Tor是目前使用最广泛的匿名通信系统,其路由选择技术是为用户提供匿名性的核心技术,入口节点(或称守卫节点)是通信电路的第一跳,也是Tor多跳路由中的关键节点,一旦被恶意控制,将极大损害匿名性。因此研究Tor路由选择技术,对于保护用户隐私及Tor系统匿名性具有重大意义。虽然Tor路由选择技术在一定程度上保证了通信双方匿名性,但敌手仍可以采取向Tor网络植入受控守卫节点等方式进行攻击,使得用户匿名性遭到破坏。因此Tor制定了入口节点守卫机制,受控守卫节点需被动等待客户端守卫节点轮换才有可能被选中。但守卫节点轮换周期长,导致植入节点成本高,攻击难度大。基于以上问题,本文通过研究Tor路由选择技术,提出了提高Tor受控守卫节点选择率的攻击方法和防御对策。主要工作如下:(1)分析Tor路由选择安全性,基于对路由选择算法及其节点选择概率的理论推导和入口节点守卫机制的研究,对影响植入守卫节点攻击成功概率的相关因素进行分析和实验模拟,守卫集越小,轮换周期越长,节点被选择概率越低;节点带宽越高,节点被选择概率越高。(2)提出提高受控守卫节点选择率的攻击方法,从植入受控节点和实施主动攻击两方面入手提高受控守卫节点的选择率。针对Tor守卫机制导致植入节点攻击代价大的问题,基于对投入攻击资源的理论分析,优化了受控守卫节点的部署方法。在总攻击资源一定的情况下,对影响攻击强度的节点带宽和个数,通过模拟实验进行均衡分配,实现带宽资源的最大化利用,增强了中继级敌手在资源一定情况下的攻击力度。针对守卫节点轮换周期长,受控节点长期被动等待选择的问题,设计了基于带宽耗尽的Do S主动攻击方法。以消耗目标节点带宽作为攻击手段,达到在Tor网络中实施隐蔽攻击的目的。利用Tor协议漏洞,操控客户端构建自定义电路,将攻击目标作为入口节点消耗其带宽,通过代理隧道的方式打破Tor固定电路长度的局限,增加电路长度以放大攻击效果。(3)针对节点带宽耗尽攻击的防御,需解决在不损害用户匿名性的情况下,识别客户端连接的流量类型等问题,提出了基于EWMA(Exponentially Weighted Moving Average)的动态限流算法。研究并设计了识别节点带宽模块与限流模块。识别节点带宽模块用来发现节点带宽是否充足,是决定实施限流操作的前期工作。限流模块实现了针对带宽不足的节点,利用最近一段时间内流量的EWMA值,在不影响用户隐私的情况下区分高流量客户端,并对高流量客户端进行标记和限流的工作,改善了Tor因大文件用户而给其他交互性应用的用户所带来的拥塞问题。

关键词： Tor 匿名通信路由选择守卫节点

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针对Tor暗网的拒绝服务攻击与防范方法研究

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作者：杨欢乐北京交通大学

学位级别：硕士

匿名通信网络Tor是目前使用最广泛的匿名系统之一,能够隐藏通信双方的真实地址,保护在网络上传输的数据。Tor隐藏服务是一种保护服务方身份地址的协议,守卫节点是隐藏服务链接Tor网络的第一跳节点,是保护隐藏服务器身份地址隐私的关键节... 详细信息

匿名通信网络Tor是目前使用最广泛的匿名系统之一,能够隐藏通信双方的真实地址,保护在网络上传输的数据。Tor隐藏服务是一种保护服务方身份地址的协议,守卫节点是隐藏服务链接Tor网络的第一跳节点,是保护隐藏服务器身份地址隐私的关键节点,也是影响隐藏服务性能的关键节点。因此,针对Tor网络中的守卫节点及隐藏服务的攻击和防御成为Tor暗网安全性的重要问题。由于Tor网络中节点数量众多,并且网络流量波动具有随机性,在整个Tor网络中发现目标隐藏服务的守卫节点具有一定难度。而在找到目标守卫节点后,对其采用常规的拒绝服务攻击通常也会令攻击者消耗大量的攻击资源。针对以上问题,本文重点讨论了DoS攻击对隐藏服务以及守卫节点产生的威胁,提出了用于发现目标守卫节点的侧信道攻击和对目标隐藏服务的拒绝服务攻击,同时制定了一套通信协议级别的多守卫节点的防御方案。主要工作和成果如下:(1)针对于常规侧信道攻击发现隐藏服务守卫节点容易被发现和效率低的问题,基于Tor通信协议的脆弱性提出了一种基于筛选和验证的两步侧信道攻击方法。首先使用特殊信元向隐藏服务发送流量,发现给定隐藏服务的守卫节点候选集,然后对候选集中的节点采用短暂的脉冲流量拥塞攻击,并访问给定的隐藏服务,然后检测访问时间变化来进行验证。通过设置不同的实验参数,对侧信道攻击的效果进行了分析评估。(2)利用目前Tor隐藏服务协议的特点,提出对为Tor中的隐藏服务进行DoS攻击的方法。根据Tor隐藏服务的发布、链路建立以及数据传输不同阶段,对隐藏服务目录、引入节点、隐藏服务守卫节点以及隐藏服务器等隐藏服务相关的网络节点实施基于带宽和内存的DoS攻击进行探究与分析。采用带宽级别与内存级别的拒绝服务攻击方法,对隐藏服务的守卫节点进行攻击,同时对直接向隐藏服务发起POST攻击进行了实验探究。基于实验结果,对隐藏目录服务器和引入节点的攻击对于隐藏服务的影响效果和攻击成本两方面进行了理论分析。(3)针对DoS攻击对Tor隐藏服务的威胁,提出了一种多守卫节点的防御方案来缓解DoS攻击对于隐藏服务的影响。进一步地,基于多守卫节点的防御模型分别提出了对抗侧信道攻击和DoS攻击的策略。在对抗侧信道攻击策略中,基于多守卫节点的防御模型考虑了流量分配策略和路由分配策略,并分别针对防御侧信道攻击的效果进行了理论分析;在对抗DoS攻击策略中,基于多守卫节点的防御模型设计了一套针对于DoS攻击的检测过滤策略。结合对抗对抗侧信道攻击和DoS攻击的策略对抵御攻击的分析效果,体现出了多守卫节点防御模型的优越性。

关键词：拒绝服务攻击侧信道攻击隐藏服务守卫节点

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Tor隐藏服务DoS攻击方法研究

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网络安全与数据治理 2022年第7期41卷 63-69页

作者：杨欢乐刘志天北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

Tor隐藏服务能保护服务提供方身份地址位置隐私。在分析Tor隐藏服务协议的基础上,提出了针对隐藏服务进行DoS攻击的策略。针对Tor隐藏服务发布、链路建立以及数据传输的不同阶段对隐藏服务目录、引入节点、隐藏服务守卫节点以及隐藏服... 详细信息

Tor隐藏服务能保护服务提供方身份地址位置隐私。在分析Tor隐藏服务协议的基础上,提出了针对隐藏服务进行DoS攻击的策略。针对Tor隐藏服务发布、链路建立以及数据传输的不同阶段对隐藏服务目录、引入节点、隐藏服务守卫节点以及隐藏服务器等隐藏服务相关的网络节点实施基于带宽和内存的DoS攻击,达到降低隐藏服务可用性的目的。通过仿真实验进行了攻击验证,实验结果表明,对守卫节点的DoS攻击具有较好的攻击效果,采用带宽级别DoS攻击,自定义构建20个长路径能够消耗守卫节点大约1.2 MB/s的带宽资源,令普通用户获取隐藏服务的延迟时间中位数从9 s上升到30 s。采用内存级别的DoS攻击策略,敌手每构建一个内存级别的停止读攻击连接消耗大约60 KB/s的带宽资源就能以6 MB/s的速率消耗守卫节点内存。

关键词： Tor DoS攻击守卫节点隐藏服务

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