[论文解读] FABRID: Flexible Attestation-Based Routing for Inter-Domain Networks

Cyrill Krähenbühl, Marc Wyss+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2023

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting被引用 6

一句话总结

FABRID 是一种新颖的域间路由系统，通过基于 SCION 架构构建的、受策略驱动且密码学安全的框架，使终端用户能够基于经证实的路由器属性（如制造商、管辖区域或硬件能力）灵活选择网络路径。它在通用硬件上实现了高吞吐量，并支持渐进式部署，同时不损害隐私或可扩展性。

ABSTRACT

In its current state, the Internet does not provide end users with transparency and control regarding on-path forwarding devices. In particular, the lack of network device information reduces the trustworthiness of the forwarding path and prevents end-user applications requiring specific router capabilities from reaching their full potential. Moreover, the inability to influence the traffic's forwarding path results in applications communicating over undesired routes, while alternative paths with more desirable properties remain unusable. In this work, we present FABRID, a system that enables applications to forward traffic flexibly, potentially on multiple paths selected to comply with user-defined preferences, where information about forwarding devices is exposed and transparently attested by autonomous systems (ASes). The granularity of this information is chosen by each AS individually, protecting them from leaking sensitive network details, while the secrecy and authenticity of preferences embedded within the users' packets are protected through efficient cryptographic operations. We show the viability of FABRID by deploying it on a global SCION network test bed, and we demonstrate high throughput on commodity hardware.

研究动机与目标

• 为解决域间路由中用户控制不足和透明度缺乏的问题，特别是针对中间路径转发设备的控制问题。
• 使应用程序能够基于特定路由器属性（如制造商、位置或可信度）选择路径。
• 提供一种密码学安全、保护隐私的机制，用于表达和强制执行用户自定义的路由策略。
• 在支持渐进式部署的前提下，扩展 SCION 以实现基于路由器的灵活、可扩展的策略强制执行机制。
• 证明基于经证实的路由器属性的细粒度路径控制在通用硬件上是可行且高效的。

提出的方法

• FABRID 通过向后兼容的机制扩展 SCION 的控制平面和数据平面，以支持基于路由器属性的路径选择。
• 引入一种灵活、可扩展的策略语言，允许用户和自治系统（AS）根据路由器属性定义自定义路由策略。
• 每个 AS 独立发布其网络设备的特定属性，并可选择性地发布远程证明结果，以证明其真实性和可信度。
• 密码学操作确保嵌入数据包中的用户偏好保密且完整，防止篡改和窃听。
• 系统利用 SCION 现有的全局路由分发和多路径能力，实现稳健、可扩展的路径选择。
• FABRID 支持部分部署：即使仅部分 AS 支持 FABRID，用户仍可在受支持的区域中受益于路径控制。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何使终端用户能够基于特定路由器属性对域间路由路径实现细粒度控制？
• RQ2 哪些机制能够实现基于经证实路由器属性的安全、隐私保护且可扩展的路径选择？
• RQ3 如何设计一种策略语言，以表达多样化、可自定义的路由偏好，同时不泄露敏感的内部 AS 信息？
• RQ4 FABRID 在现有网络（如 SCION）中能够实现多大程度的渐进式部署，而不会破坏现有路由功能？
• RQ5 FABRID 是否能在通用硬件上实现高性能和低开销，同时维持强安全保证？

主要发现

• FABRID 允许终端用户基于特定且经证实的路由器属性（如制造商、管辖区域和硬件能力）选择域间路径。
• 该系统支持在 SCION 网络中渐进式部署，确保向后兼容性，并在仅部分 AS 支持 FABRID 时仍能保持功能正常。
• FABRID 在通用硬件上实现了高吞吐量，证明了其在实际部署中的可行性。
• 策略语言支持为每个终端设备定制细粒度的路由策略，同时通过受控的策略暴露保护 AS 的隐私。
• 远程证明结果用于验证路由器的可信度，系统通过密码学完整性检查防止劫持攻击。
• 使用具备 TPR 能力的路由器进行的部署验证了 FABRID 能够成功重路由流量以避开不信任的设备，证明了其实际有效性。