[論文レビュー] When A Small Leak Sinks A Great Ship: Deanonymizing Tor Hidden Service Users Through Bitcoin Transactions Analysis

Husam Al Jawaheri, Mashael Al Sabah+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2018

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 18被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、ソーシャルメディア、ビットコインブロックチェーン取引、およびオニオンサイトからの公開データを相関させることで、ビットコイン決済を受け入れるTor隠れ家サービス利用者がデアノニマイズ可能であることを示している。ビットコインアドレスとオンラインアイデンティティを関連付け、取引を追跡することで、著者らは125人のユーザーを20の隠れ家サービスに結びつけた。これは、ビットコインの仮名性が後から匿名性を保証するには不十分であることを証明している。

ABSTRACT

With the rapid increase of threats on the Internet, people are continuously seeking privacy and anonymity. Services such as Bitcoin and Tor were introduced to provide anonymity for online transactions and Web browsing. Due to its pseudonymity model, Bitcoin lacks retroactive operational security, which means historical pieces of information could be used to identify a certain user. We investigate the feasibility of deanonymizing users of Tor hidden services who rely on Bitcoin as a payment method by exploiting public information leaked from online social networks, the Blockchain, and onion websites. This, for example, allows an adversary to link a user with @alice Twitter address to a Tor hidden service with private.onion address by finding at least one past transaction in the Blockchain that involves their publicly declared Bitcoin addresses. To demonstrate the feasibility of this deanonymization attack, we carried out a real-world experiment simulating a passive, limited adversary. We crawled 1.5K hidden services and collected 88 unique Bitcoin addresses. We then crawled 5B tweets and 1M BitcoinTalk forum pages and collected 4.2K and 41K unique Bitcoin addresses, respectively. Each user address was associated with an online identity along with its public profile information. By analyzing the transactions in the Blockchain, we were able to link 125 unique users to 20 Tor hidden services, including sensitive ones, such as The Pirate Bay and Silk Road. We also analyzed two case studies in detail to demonstrate the implications of the resulting information leakage on user anonymity. In particular, we confirm that Bitcoin addresses should always be considered exploitable, as they can be used to deanonymize users retroactively. This is especially important for Tor hidden service users who actively seek and expect privacy and anonymity.

研究の動機と目的

• Tor隠れ家サービス利用者でビットコイン決済を受け入れるユーザーのデアノニマイズ可能性を調査すること。
• ソーシャルネットワーク、ブロックチェーンデータ、およびオニオンサイトからの公開情報が、ユーザーの匿名性を損なうためにどう組み合わせられるかを検討すること。
• ビットコインの仮名性モデルがもたらす後向きのデアノニマイズリスクを評価すること。
• 情報漏洩がTor やビットコインのようなプライバシー保護システムに及える実際の影響を示すこと。

提案手法

• 支払いに使用される88の固有のビットコインアドレスを収集するために、1.5KのTor隠れ家サービスをクロールした。
• 50億件のツイートから4.2Kのビットコインアドレス、100万件のBitcoinTalkフォーラムページから41Kのビットコインアドレスを収集した。
• ソーシャルメディアおよびフォーラムの公開プロフィール情報を用いて、各ビットコインアドレスをオンラインアイデンティティにマッピングした。
• ビットコインブロックチェーン内の取引を追跡することで、ユーザーのアイデンティティと特定の隠れ家サービスを結びつけた。
• 実世界の実現可能性を評価するために、直接ユーザーのシステムにアクセスしない被動的で限定的な敵シミュレーションを実施した。
• ユーザーのプライバシーに与えるデアノニマイズの影響を分析するために、2件の詳細な事例研究を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビットコイン取引データを用いて、ビットコイン決済を受け入れるTor隠れ家サービス利用者をデアノニマイズできるか？
• RQ2 ソーシャルメディアおよびフォーラムからの公開情報は、どの程度ビットコインアドレスと実在のアイデンティティを関連付けるために活用可能か？
• RQ3 ブロックチェーン分析とオンラインアイデンティティの相関を組み合わせることで、ユーザーの匿名性はどの程度損なわれるか？
• RQ4 被動的でリソースが限られた攻撃において、隠れ家サービス利用者のデアノニマイズは実世界でどの程度現実的か？

主な発見

• 本研究では、公開データとブロックチェーン分析のみを用いて、125人の固有のユーザーを20のTor隠れ家サービスに結びつけることに成功した。
• The Pirate Bay や Silk Road といった著名な隠れ家サービスも、この手法によってデアノニマイズされた。
• ビットコインアドレスは、後からデアノニマイズ可能であることが判明し、仮名性モデルの信頼性が損なわれた。
• ソーシャルメディアやフォーラムでの公開発言は、アイデンティティとビットコインアドレスを結びつけることで、デアノニマイズのリスクを顕著に高めた。
• 攻撃は最小限のリソースで実現可能であり、ユーザーのシステムに直接アクセスしない被動的敵を想定したシナリオでも成立した。
• 結果から、特にTor隠れ家サービスのようなプライバシーに敏感な文脈では、ビットコインアドレスを長期的な匿名性のための手段として一切信頼してはならないことが確認された。