[論文レビュー] #h00t: Censorship Resistant Microblogging

Dustin Bachrach, Christopher Nunu+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2011

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、短い暗号的ハッシュ（例：24ビット）をハッシュタグの代わりに使用することでグループ間通信を可能にする、検閲に強く耐性のあるマイクロブログシステム、#h00tを提案する。ハッシュ衝突とエンドツーエンド暗号化を活用することで、機密メッセージを一般のトラフィックと区別できず、意図的なブロッキングが困難になる。

ABSTRACT

Microblogging services such as Twitter are an increasingly important way to communicate, both for individuals and for groups through the use of hashtags that denote topics of conversation. However, groups can be easily blocked from communicating through blocking of posts with the given hashtags. We propose #h00t, a system for censorship resistant microblogging. #h00t presents an interface that is much like Twitter, except that hashtags are replaced with very short hashes (e.g., 24 bits) of the group identifier. Naturally, with such short hashes, hashtags from different groups may collide and #h00t users will actually seek to create collisions. By encrypting all posts with keys derived from the group identifiers, #h00t client software can filter out other groups' posts while making such filtering difficult for the adversary. In essence, by leveraging collisions, groups can tunnel their posts in other groups' posts. A censor could not block a given group without also blocking the other groups with colliding hashtags. We evaluate the feasibility of #h00t through traces collected from Twitter, showing that a single modern computer has enough computational throughput to encrypt every tweet sent through Twitter in real time. We also use these traces to analyze the bandwidth and anonymity tradeoffs that would come with different variations on how group identifiers are encoded and hashtags are selected to purposefully collide with one another.

研究の動機と目的

• ハッシュタグのブロッキングによって標的的に検閲される可能性があるマイクロブログプラットフォーム（例：Twitter）の脆弱性を是正すること。
• 既存のインfra構造を変更せずに、活動家や機密性の高いグループの安全でプライベートな通信を可能にすること。
• 暗号化されたメッセージが異なるグループから来ているかどうかを監視者が判別できないようにすることで、事実上の否認可能性を提供すること。
• 計算および帯域幅のオーバーヘッドを低く保つことで、標準的なハードウェア上でリアルタイム利用が可能になるようにすること。
• 下位のプロトコルを変更せずに、既存のマイクロブログプラットフォームとシームレスに統合できるシステムを設計すること。

提案手法

• グループ識別子から導出される24ビットのハッシュを用いて、従来のハッシュタグの代わりに短く、衝突を起こしやすいタグを生成する。
• グループ識別子から導出される鍵を用いた対称暗号化を用いてすべてのメッセージを暗号化し、受信者以外が復号できないようにする。
• ハッシュ衝突を利用して、複数のグループが同じ短いタグを共有できるようにし、監視者が特定のグループをブロックするには他のすべてのグループも同時にブロックしなければならないようにする。
• クライアント側のフィルタリングを実装することで、ユーザーが自分のグループからのみメッセージを復号できるようにし、サーバーや観察者に実際のグループIDを隠す。
• 既存の公開コンテンツ配信ネットワーク（例：Twitter、BitTorrent DHT）を下位のトランスポート層として使用し、プロトコルの変更を一切不要としない。
• メッセージの整合性を保証し、改ざんを防ぐために暗号的メッセージ認証コード（MAC）を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 短く、衝突を起こしやすいハッシュを用いることで、既存のマイクロブログプラットフォームにおける検閲に強く耐性のある通信を効果的に実現できるか？
• RQ2 既存の公開トラフィック（例：ウイルス的ハッシュタグ）が、検出されない範囲ですべての機密メッセージのカバートラフィックとして十分に機能するか、どの程度の範囲で機能するか？
• RQ3 #h00tのようなシステムにおいて、リアルタイムでの暗号化および復号処理にかかる計算および帯域幅のオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ4 どのようにすれば、ユーザーが非機密な会話に参加しているとまごまごと主張できるような、事実上の否認可能性を達成できるか？
• RQ5 タグ付けおよび鍵導出メカニズムの設計において、匿名性、帯域幅効率、衝突確率の間にはどのようなトレードオフがあるか？

主な発見

• 1台の現代的なコンピュータで、Twitterを通じて送信されるすべてのツイートをリアルタイムに暗号化および復号できることが示され、本システムのスケーラビリティが裏付けられた。
• Twitterにおけるハッシュタグの使用はパワー則分布に従うため、少数のハッシュタグが極めて人気があり、衝突ベースのカバートラフィックとして理想的である。
• 本システムは強力な事実上の否認可能性を達成している：監視者が特定のグループをブロックしようとするには、同じ短いハッシュを使用する他のすべてのグループも同時にブロックしなければならない。
• 帯域幅および計算のオーバーヘッドは依然として許容範囲内に保たれ、標準的なTwitter利用とほぼ同等のユーザーエクスペリエンスを実現できる。
• 本システムは、下位プロトコルを変更せずに、Twitterなどの既存プラットフォーム上に簡単に展開可能であり、クライアント側ソフトウェアのみに依存する。
• 24ビットなどの短いハッシュの使用により、高い衝突率が得られ、これは効果的なカバートラフィックの生成と、細かすぎる検閲の防止に不可欠である。