[論文レビュー] Tor is not enough: Coercion in Remote Electronic Voting Systems

Christian Meter, Alexander Schneider+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2017

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Torのような低遅延匿名ネットワークが、リモート電子投票システムにおける強制防止性を保証するには不十分であることを示している。攻撃者がISPバックボーンにアクセスしている場合、遅延を保つトラフィックパターンを悪用することで、投票者のトラフィックを相関させ、特定の投票者が選挙に参加したかどうかを特定でき、匿名化にもかかわらず強制防止性が破られる。

ABSTRACT

Current electronic voting systems require an anonymous channel during the voting phase to prevent coercion. Typically, low-latency anonymization-networks like Tor are used for this purpose. In this paper we devise a monitoring attack that allows an attacker to monitor whether participants of an election voted, despite the use of a low-latency network during the voting phase, thereby breaking an important part of coercion-freeness. We implement a simulation carrying out our attack and measure its success rates.

研究の動機と目的

• 低遅延匿名ネットワーク（例：Tor）が、リモート電子投票システムにおける強制防止性を効果的に保護できるかどうかを調査すること。
• 匿名化された投票トラフィックにおけるタイミングおよびトラフィック量のパターンを悪用する相関攻撃の実現可能性を分析すること。
• シミュレーションおよび実世界のネットワークデータを用いて、このような攻撃の実世界での実用性を評価すること。
• 現行の電子投票システムがTorに依存しているという仮定を疑い、とりわけ高監視環境下において強制防止性を確保できるかどうかを検証すること。
• 電子投票における信頼性の高い匿名性を達成するための、低遅延ネットワークの代替案を提示すること。

提案手法

• 攻撃者がISPバックボーンを制御し、Torを使用する投票者のトラフィックを観測するネットワーク監視攻撃モデルの設計。
• 実世界の投票トラフィックおよび攻撃者による相関技術をエミュレートする離散イベントネットワークシミュレータの実装。
• パケット間タイミングおよびトラフィック量のパターンマッチングを用いて、クライアント側の投票行動とサーバー側の投票提出を相関すること。
• 実世界のウェブブラウジングおよび投票トラフィックトレースを用いて、現実的な条件下での検出精度を評価する攻撃のシミュレーション。
• 異なるネットワーク状態およびトラフィックパターン下での攻撃の成功率を評価すること。
• 低遅延ネットワーク（例：Tor）と高遅延代替手段（例：Nonesuch、Mixminion）の両者を比較し、電子投票における匿名性の観点から性能を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ISPレベルの可視性を持つ攻撃者が、トラフィック相関を用いて、Tor保護されたリモート電子投票システムにおける投票者を特定可能か。
• RQ2 低遅延ネットワーク（例：Tor）が遅延を保つ性質により、強制防止性を破る相関攻撃がどの程度可能か。
• RQ3 エンドツーエンド暗号化およびTorによる匿名化にもかかわらず、パターンベースのトラフィック監視攻撃が、投票参加を特定するのにどの程度有効か。
• RQ4 大規模な電子選挙における強制防止性を確保するにあたり、低遅延匿名ネットワークの実用的限界は何か。
• RQ5 高遅延匿名ネットワークは、リモート電子投票システムのセキュリティを強化するためのTorの代替手段として実用的か。

主な発見

• シミュレーションの結果、ISPバックボーンにアクセスする攻撃者が、Torを使用しても、投票者のトラフィックと投票提出を高い精度で相関させられることを示した。
• 攻撃者が十分な数の投票者を監視し、パケット送信のタイミングパターンを一貫して観測している場合、相関攻撃の成功率は顕著に上昇する。
• 攻撃者が広範なネットワーク可視性を有しており、タイミングおよびトラフィック量のパターンを悪用できる場合、低遅延ネットワーク（例：Tor）を用いても、トラフィック分析による特定は防げない。
• トラフィックストリームにランダムなノイズやダミーパケットを追加しても、攻撃は確実に防げない。パターンマッチングアルゴリズムは、こうした遮断策に対しても適応可能であり、依然として検出可能である。
• Nonesuch や Mixminion などの高遅延匿名ネットワークは、遅延およびステガノグラフィックな性質を内蔵しているため、こうした相関攻撃に対してより耐性がある。
• 現在、単にTorに依存するリモート電子投票システムは強制防止性を有しておらず、大統領選挙のような高リスク選挙には不適切である。