[论文解读] Effect of Pipelining and Multiplexing in Estimating HTTP/2.0 Web Object Sizes

Ricardo Morla|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2017

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 9被引用 4

一句话总结

本文研究了HTTP/2.0的流水线化和多路复用机制是否能有效防止基于HTTP响应大小估算的侧信道攻击。通过对10,000个热门网站进行实证测量，发现流水线化和多路复用的使用极为有限——仅29%的对象使用了流水线化，5%使用了多路复用——这限制了其在隐藏响应大小方面的有效性，且在当前部署条件下，基于TLS记录大小的简单模型在响应大小估算方面依然极为有效。

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.

研究动机与目标

• 评估HTTP/2.0的流水线化与多路复用机制是否能有效阻碍基于HTTP响应大小估算的侧信道攻击。
• 测量在实际部署中，主流网站的HTTP/2.0环境中流水线化与多路复用的实际使用程度。
• 在不同攻击者假设下，评估响应大小估算攻击的有效性，特别是使用TLS记录大小作为代理指标时。
• 识别尽管具有隐私保护设计意图，但导致流水线化与多路复用采用率低的技术与部署相关因素。
• 探讨对Web应用隐私的影响，特别是对位于代理或CDN后的用户，其基于IP的指纹识别方法已失效的情况。

提出的方法

• 使用基于浏览器的抓包设置，从10,000个热门网站收集网络流量，以观察真实的HTTP/2.0流量。
• 分析TCP流、HTTP/2.0帧和TLS记录边界，将网页对象大小映射到TLS记录大小。
• 定义并测量了流水线化的指标（在前一个响应完成前发送多个请求）和多路复用的指标（跨流重叠的响应数据）。
• 在三种逐步增强的攻击者假设下评估攻击模型：对流水线化/多路复用无任何了解、部分了解，以及完全了解流结构。
• 使用统计分析量化基于TLS记录大小进行响应大小估算时的最坏情况相对误差。
• 将TLS记录大小模式与服务器IP地址相关联，以检测真实部署中潜在的侧信道泄漏。

实验结果

研究问题

• RQ1 在真实世界的HTTP/2.0部署中，流水线化与多路复用的实际使用程度如何？
• RQ2 流水线化与多路复用在增加响应大小估算攻击误差方面的有效性如何？
• RQ3 尽管存在HTTP/2.0机制，基于TLS记录大小的简单模型是否仍能准确估算HTTP响应大小？
• RQ4 限制流水线化与多路复用采用的主要技术或部署相关因素是什么？
• RQ5 这些机制使用率有限，如何影响Web用户的隐私，特别是在代理和CDN环境中？

主要发现

• 仅29%的HTTP/2.0网页对象使用了流水线化，表明实际中请求流水线化的使用率极低。
• 仅5%的HTTP/2.0网页对象使用了多路复用，表明响应多路复用在大规模部署中极为罕见。
• 尽管理论上具有隐私保护优势，但流水线化与多路复用在真实世界中的部署严重不足，显著降低了其隐藏响应大小的有效性。
• 即使在现实的攻击者假设下，基于TLS记录大小估算HTTP响应大小的简单模型依然极为有效。
• 研究发现部分服务器IP地址存在流水线化使用迹象，表明攻击者仍可利用此机制推断响应大小。
• 作者结论：当前流水线化与多路复用的部署水平不足以显著防止基于响应大小的侧信道攻击。