[论文解读] Anomalous keys in Tor relays

George Kadianakis, Claudia V. Roberts+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2017

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 8被引用 4

一句话总结

本文分析了来自Tor中继的370万份RSA公钥，发现3,557个中继共享素因子，10个共享模数，122个使用非标准指数——表明存在配置错误或恶意意图。作者开发了名为itos的工具，用于检测哪些洋葱服务被恶意中继针对，揭示了四个被 compromise 的服务，并提供了开源工具，帮助The Tor Project和洋葱服务运营商主动检测并阻止易受攻击的中继。

ABSTRACT

In its more than ten years of existence, the Tor network has seen hundreds of thousands of relays come and go. Each relay maintains several RSA keys, amounting to millions of keys, all archived by The Tor Project. In this paper, we analyze 3.7 million RSA public keys of Tor relays. We (i) check if any relays share prime factors or moduli, (ii) identify relays that use non-standard exponents, (iii) characterize malicious relays that we discovered in the first two steps, and (iv) develop a tool that can determine what onion services fell prey to said malicious relays. Our experiments revealed that ten relays shared moduli and 3,557 relays -- almost all part of a research project -- shared prime factors, allowing adversaries to reconstruct private keys. We further discovered 122 relays that used non-standard RSA exponents, presumably in an attempt to attack onion services. By simulating how onion services are positioned in Tor's distributed hash table, we identified four onion services that were targeted by these malicious relays. Our work provides both The Tor Project and onion service operators with tools to identify misconfigured and malicious Tor relays to stop attacks before they pose a threat to Tor users.

研究动机与目标

• 检测Tor中继使用的RSA密钥中的密码学弱点，特别是共享素因子、共享模数和非标准指数。
• 识别并描述可能损害Tor匿名性的恶意或配置错误的中继。
• 开发实用工具，使洋葱服务运营商能够检测其服务是否曾被恶意中继针对。
• 支持The Tor Project主动识别并移除潜在易受攻击的中继，防止其被利用。
• 通过开源工具和对新中继持续的密钥验证，促进长期网络安全性。

提出的方法

• 收集并分析了The Tor Project存档的370万份来自Tor中继的公开RSA公钥数据集。
• 在模数之间执行成对的GCD计算，以检测共享素因子和共享模数。
• 识别使用非标准指数（非65537）的中继，将其标记为对洋葱服务的潜在威胁。
• 基于共享元数据（昵称、IP地址段、运行时间、端口号）对中继进行聚类，以追踪运营实体。
• 构建了itos工具，通过在Tor的DHT中模拟洋葱服务的部署，确定哪些服务可能被使用非标准指数的恶意中继针对。
• 通过公开报告、开源代码和邮件列表披露，向The Tor Project和研究社区共享发现结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 有多少个Tor中继因共享素因子或模数而使用弱RSA密钥？
• RQ2 使用非标准RSA指数的中继的来源和性质是什么？它们是否对洋葱服务构成威胁？
• RQ3 哪些洋葱服务可能被使用非标准指数的恶意中继针对？
• RQ4 能否构建一个工具，以识别哪些洋葱服务面临特定恶意中继的风险？
• RQ5 如何让Tor生态系统主动检测并缓解新中继中的密码学异常？

主要发现

• 发现10个Tor中继共享相同的RSA模数，表明在密钥生成过程中存在故意干扰。
• 3,557个中继与至少一个其他中继共享素因子，使得通过因数分解攻击恢复私钥成为可能。
• 122个中继使用非标准RSA指数，极有可能旨在操纵Tor的分布式哈希表以实施洋葱服务攻击。
• 确定了四个可能被使用非标准指数的恶意中继针对的洋葱服务。
• 大多数异常中继与一个2013年的研究项目有关，尽管部分可能由攻击者运营。
• 作者开发并开源了itos工具，用于检测被针对的洋葱服务，使服务运营商能够实现主动监控。