[논문 리뷰] Effect of Pipelining and Multiplexing in Estimating HTTP/2.0 Web Object Sizes

Ricardo Morla|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 03.

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 HTTP/2.0의 파ipel라인 처리 및 멀티플렉싱 메커니즘이 HTTP 응답 크기 추정 기반 사이드채널 공격을 효과적으로 방지하는지 조사한다. 10,000개의 유명 웹사이트에 대한 실증적 측정을 통해 파이프라인 처리와 멀티플렉싱가 극히 적게 사용되는 것으로 밝혀졌으며, 객체의 29%만이 파이프라인 처리되고 5%만이 멀티플렉싱되어 응답 크기를 은폐하는 데에 그 효과가 제한되어 있으며, 현재의 구현 조건 하에서는 간단한 TLS 레코드 크기 모델이 여전히 응답 크기 추정에 매우 효과적임을 확인하였다.

ABSTRACT

HTTP response size is a well-known side channel attack. With the deployment of HTTP/2.0, response size estimation attacks are generally dismissed with the argument that pipelining and response multiplexing prevent eavesdroppers from finding out response sizes. Yet the impact that pipelining and response multiplexing actually have in estimating HTTP response sizes has not been adequately investigated. In this paper we set out to help understand the effect of pipelining and response multiplexing in estimating the size of web objects on the Internet. We conduct an experiment that collects HTTP response sizes and TLS record sizes from 10k popular web sites. We gather evidence on and discuss reasons for the limited amount of pipelining and response multiplexing used on the Internet today: only 29% of the HTTP2 web objects we observe are pipelined and only 5% multiplexed. We also provide worst case results under different attack assumptions and show how effective a simple model for estimating response sizes from TLS record sizes can be. Our conclusion is that pipelining and especially response multiplexing can yield, as expected, a perceivable increase in relative object size estimation error yet the limited extent of multiplexing observed on the Internet today and the relative simplicity of attacks to the current pipelining mechanisms hinder their ability to help prevent web object size estimation.

연구 동기 및 목표

• HTTP/2.0의 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱 메커니즘이 HTTP 응답 크기 추정 기반 사이드채널 공격을 효과적으로 저지하는지 평가하는 것.
• 실제 웹사이트에서의 HTTP/2.0 배포 환경에서 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱 사용 정도를 측정하는 것.
• 특히 TLS 레코드 크기를 프록시로 사용하는 경우를 포함해 다양한 공격자 가정 조건 하에서 응답 크기 추정 공격의 효과성을 평가하는 것.
• 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱의 보편적인 도입이 저해되는 주요 기술적 및 구현 관련 요인을 규명하는 것.
• 특히 IP 기반 지문 분석이 효과가 없는 프록시 또는 CDN 환경에서 웹 애플리케이션 프라이버시에 미치는 영향을 탐색하는 것.

제안 방법

• 실제 HTTP/2.0 트래픽을 관찰하기 위해 브라우저 기반 캡처 설정을 사용해 10,000개의 유명 웹사이트에서 네트워크 트래픽을 수집하였다.
• TCP 스트림, HTTP/2.0 프레임, TLS 레코드 경계를 분석하여 웹 오브젝트 크기를 TLS 레코드 크기로 매핑하였다.
• 파이프라인 처리(이전 응답 완료 이전에 다수의 요청을 보낸다) 및 멀티플렉싱(스트림 간 응답 데이터가 겹친다)에 대한 지표를 정의하고 측정하였다.
• 세 가지 점진적인 가정 조건 하에서 공격자 모델을 평가: 파이프라인/멀티플렉싱에 대한 지식 없음, 부분 지식, 스트림 구조에 대한 완전한 지식.
• 통계적 분석을 통해 TLS 레코드 크기를 기반으로 한 응답 크기 추정의 최악의 상대 오차를 정량화하였다.
• TLS 레코드 크기 패tern과 서버 IP 주소를 연관시켜 실제 배포 환경에서의 사이드채널 누출 여부를 탐지하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실제 HTTP/2.0 배포 환경에서 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱는 얼마나 널리 사용되고 있는가?
• RQ2 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱는 응답 크기 추정 공격의 오차를 얼마나 증가시키는가?
• RQ3 HTTP/2.0 메커니즘에도 불구하고 TLS 레코드 크기를 기반으로 한 단순 모델이 여전히 HTTP 응답 크기를 정확하게 추정할 수 있는가?
• RQ4 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱의 도입을 저해하는 주요 기술적 또는 구현 관련 요인는 무엇인가?
• RQ5 이러한 메커니즘의 사용이 제한됨으로써 프록시 및 CDN 환경에서 웹 사용자의 프라이버시에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• HTTP/2.0 웹 오브젝트 중 29%만이 파이프라인 처리되어 실제 환경에서 요청 파이프라인 처리의 사용 범위가 제한됨을 시사한다.
• HTTP/2.0 웹 오브젝트 중 5%만이 멀티플렉싱되어 응답 멀티플렉싱가 대규모로 구현되어 있지 않음을 보여준다.
• 이론적으로는 프라이버시를 보호할 수 있지만, 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱의 실제 배포 수준이 낮아 응답 크기를 은폐하는 데에 그 효과가 크게 떨어진다.
• 간단한 모델이 TLS 레코드 크기를 기반으로 HTTP 응답 크기를 추정하는 데에 여전히 매우 효과적이며, 현실적인 공격자 가정 조건 하에서도 성능이 높다.
• 일부 서버 IP 주소에서 파이프라인 처리가 실제로 사용되고 있음을 발견하여, 공격자가 여전히 이 메커니즘을 활용해 응답 크기를 유추할 수 있음을 시사한다.
• 저자들은 현재의 파이프라인 처리 및 멀티플렉싱 배포 수준은 응답 크기 기반 사이드채널 공격을 의미적으로 방지하기에는 부족하다고 결론 내린다.