[論文レビュー] STor: Social Network based Anonymous Communication in Tor

Peng Zhou, Xiapu Luo+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2011

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 53被引用数 5

ひとこと要約

STorは、ユーザーの現実世界の社会的関係を活用して悪意あるまたは改ざんされたルーターを特定・回避することで、Torの匿名性を強化する社会的ネットワークベースの信頼モデルを提案する。入力に依存しないファジィモデルを用いて社会的属性から直接信頼を計算し、友人関係の輪を通じて信頼を伝搬させることで、分散的でスケーラブルかつ安全な回路選択を実現し、信頼閾値を0.035に設定した場合、20％の悪意あるルーターが存在する状況でもほぼ最大の匿名性を達成する。

ABSTRACT

Anonymity networks hide user identities with the help of relayed anonymity routers. However, the state-of-the-art anonymity networks do not provide an effective trust model. As a result, users cannot circumvent malicious or vulnerable routers, thus making them susceptible to malicious router based attacks (e.g., correlation attacks). In this paper, we propose a novel social network based trust model to help anonymity networks circumvent malicious routers and obtain secure anonymity. In particular, we design an input independent fuzzy model to determine trust relationships between friends based on qualitative and quantitative social attributes, both of which can be readily obtained from existing social networks. Moreover, we design an algorithm for propagating trust over an anonymity network. We integrate these two elements in STor, a novel social network based Tor. We have implemented STor by modifying the Tor's source code and conducted experiments on PlanetLab to evaluate the effectiveness of STor. Both simulation and PlanetLab experiment results have demonstrated that STor can achieve secure anonymity by establishing trust-based circuits in a distributed way. Although the design of STor is based on Tor network, the social network based trust model can be adopted by other anonymity networks.

研究の動機と目的

• Torのような匿名ネットワークが、相関攻撃や遅延攻撃などの悪意あるルーター攻撃に対して脆弱であるという問題に対処すること。
• 中央集権的なディレクトリサーバーに依存しない分散型の信頼モデルを設計すること。これは、DDoS攻撃やブロッキングの脆弱性があるためである。
• ユーザーが社会的関係に基づいて信頼できるルーターを選択できるようにし、基本的な匿名性を損なわずにセキュリティを向上させること。
• ユーザーがネットワーク全体ではなく、友人のみの信頼情報しか維持しない、スケーラブルな解決策を開発すること。
• Qualitative（定性的）およびQuantitative（定量的）な社会的属性を統一的かつ入力に依存しないファジィフレームワークで統合できる、Torに統合可能な信頼モデルを開発すること。

提案手法

• 定性的および定量的属性（例：友人関係の期間、相互作用の頻度など）を直接信頼スコアに変換する入力に依存しないファジィモデルを設計する。
• 信頼伝搬アルゴリズムを用いて、友人の友人の間で間接的信頼を計算し、社会的ネットワーク内に信頼の輪を形成する。
• Torのソースコードを変更して、回路作成時に信頼された友人の所有するルーターを優先するようにすることで、信頼モデルをTorに統合する。
• 信頼閾値（ts_h）を定義し、セキュリティとスケーラビリティのバランスを制御する。これにより、ユーザーの信頼された社会的圈权に属さないルーターはフィルタリングされる。
• PlanetLabプラットフォーム上でシステムを実装し、さまざまな攻撃状況下での信頼ベースルーティングの評価をシミュレーションで行う。
• 社会的ネットワークデータと暗号的オニオンルーティングを組み合わせたハイブリッドアプローチを採用し、エンドツーエンドの匿名性を維持しながら信頼性を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 社会的ネットワークベースの信頼モデルは、Torのような匿名ネットワークにおいて、悪意あるまたは改ざんされたルーターを効果的に特定・除外できるか？
• RQ2 現実世界の社会的ネットワークからの定性的および定量的属性を、不確実性や曖昧さに対して耐性を持つ形で、定量的に信頼をモデル化できるか？
• RQ3 社会的ネットワークを通じた信頼の伝搬は、基本的な匿名性やパフォーマンスを損なわずに、匿名回路のセキュリティをどの程度向上できるか？
• RQ4 信頼閾値（ts_h）は、悪意あるルーターが存在する状況下で、安全な匿名性とネットワークのスケーラビリティのトレードオフにどのように影響するか？
• RQ5 提案された信頼モデルは、中央集権的なディレクトリサーバーへの依存を完全に排除できる分散型で展開可能か？

主な発見

• 信頼閾値（ts_h）を0.035に設定した場合、STorは20％の候補ルーターが悪意ある状況下でも、ほぼ理論的最良の安全な匿名性（R_MR ≈ 0）を達成する。
• 2500人のユーザーを想定したSTorは、1600台のルーターを有する標準的なTorと同等の基本的匿名性を達成しており、信頼ベースルーティングが基本的匿名性を低下させないことを示している。
• 安全な匿名性指標（R_MR）はts_hの増加に従って減少しており、高い信頼閾値がセキュリティを向上させるが、ルーティングの選択肢を減らすことを示している。
• 信頼伝搬アルゴリズムは、直接の友人を越えて信頼を拡張できることを確認しており、社会的ネットワーク内の間接的つながりの信頼性をユーザーが活用できることを示している。
• シミュレーションおよびPlanetLab実験の両方で、STorが分散的でスケーラブルかつプライバシーを保護する形で悪意あるルーター攻撃を効果的に緩和することが確認された。
• 社会的ネットワークベースの信頼モデルは、さまざまな種類の社会的ネットワークで有効であり、Torに限らず他の匿名ネットワークへも一般化可能である。