[論文レビュー] Proactively Accountable Anonymous Messaging in Verdict

Henry Corrigan-Gibbs, David Isaac Wolinsky+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2012

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 48被引用数 68

ひとこと要約

Verdictは、内部的破壊攻撃を防ぐために事前に検証可能なDC-netを用いる、実用的である最初の匿名グループメッセージングシステムである。公開鍵暗号とゼロ知識証明を活用して、被害を引き起こす前に不正行動を検出する。従来のDissentのようなシステムに比べ、破壊検出速度が最大100倍速く、1秒の遅延で100人、10秒の遅延で1000人をサポートする。

ABSTRACT

The DC-nets approach to anonymity has long held attraction for its strength against traffic analysis, but practical implementations remain vulnerable to internal disruption or "jamming" attacks requiring time-consuming tracing procedures to address. We present Verdict, the first practical anonymous group communication system built using proactively verifiable DC-nets: participants use public key cryptography to construct DC-net ciphertexts, and knowledge proofs to detect and detect and exclude misbehavior before disruption. We compare three alternative constructions for verifiable DC-nets, one using bilinear maps and two based on simpler ElGamal encryption. While verifiable DC-nets incurs higher computation overheads due to the public-key cryptography involved, our experiments suggest Verdict is practical for anonymous group messaging or microblogging applications, supporting groups of 100 clients at 1 second per round or 1000 clients at 10 seconds per round. Furthermore, we show how existing symmetric-key DC-nets can "fall back" to a verifiable DC-net to quickly identify mis- behavior improving previous detections schemes by two orders of magnitude than previous approaches.

研究の動機と目的

• DC-netに基づく匿名システムが内部的破壊または「ジャミング」攻撃に対して脆弱であるという問題に対処すること。
• ゼロ知識証明を用いて不正行動を事前に検出する、実用的なシステムを設計・実装すること。
• 双線形マップとElGamalベースの方式を含む、異なる暗号的プリミティブを用いた検証可能なDC-netの性能的トレードオフを評価すること。
• 対称鍵DC-netを通常運用時に使用し、破壊が検出された場合にのみ検証可能なDC-netに切り替えるハイブリッドアーキテクチャを統合すること。
• 検証可能なDC-netが、匿名マイクロブログのような実世界の応用において実用的であることを実証すること。

提案手法

• Verdictは、各参加者がゼロ知識証明を用いて自身のメッセージの正しさを暗号的に証明する、事前に検証可能なDC-netを採用する。
• 3つの代替構成を実装している：双線形マップに基づくもの（GolleとJuelsにインspired）、整数群および楕円曲線群における標準的なElGamal暗号に基づく2つ。
• Dissentと同様のクライアント/サーバアーキテクチャを採用しており、少なくとも1台のサーバが誠実である限り、セキュリティが保たれる。
• 通常時は対称鍵DC-netを使用するが、破壊が検出された場合にのみ検証可能なDC-netに切り替えるハイブリッド設計を導入する。
• Dissentで使用される高コストな検証可能なシャッフルを、1回の検証可能なDC-netラウンドに置き換えることで、破壊検出を大幅に高速化する。
• 性能評価にはトレース駆動シミュレーションと実世界のネットワークトレースを用い、マイクロブログワークロードにおけるVerdict、Dissent、対称鍵DC-netとの比較が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 事前に検証可能なDC-netは、リアルタイムの匿名グループメッセージングを支えるのに十分な効率で実装可能か？
• RQ2 双線形マップとElGamalの異なる暗号的構成は、検証可能なDC-netの性能と実用性にどのように影響するか？
• RQ3 対称鍵DC-netと検証可能なDC-netを組み合わせたハイブリッドシステムは、通常状態では高い性能を維持しつつ、迅速な破壊検出を可能にするか？
• RQ4 事前の検証は、事後的な責任追及メカニズムに比べて、破壊検出時間をどの程度短縮するか？
• RQ5 マイクロブログのような実世界の応用において、検証可能なDC-netにおける公開鍵暗号の計算コストは許容可能か？

主な発見

• Verdictは、1秒の遅延で100人、10秒の遅延で1000人のグループをサポートし、リアルタイムの匿名通信の実用性を示している。
• ElGamalベースの検証可能なDC-net構成は、元々の双線形マップベースのアプローチに比べ、計算コストを1桁低減した。
• マイクロブログワークロードにおいて、破壊が発生しない限り、Verdictの性能は対称鍵DC-net（例：Dissent）とほぼ同等である。
• ハイブリッド設計により、1000ノードのグループにおける破壊検出時間がDissentの20分からわずか26秒に短縮され、100倍の高速化が達成された。
• Verdictの事前に検証可能なDC-netプリミティブにより、通信が妨害される前に不正行動が検出され、高価な再起動の必要がなくなる。
• このシステムは、検証可能なDC-netの最初の実装であり、実世界への展開が実用的であるという実証的証拠を提供している。