P2P匿名通信协议WonGoo研究

论文摘要

随着Internet的迅猛发展,以及搜索引擎和数据挖掘等技术的广泛应用,Internet上的隐私和匿名问题已越来越被关注。隐私不仅意味着信息的机密性,而且意味着信息发布者身份的机密性。匿名技术是Internet上保护用户隐私的一种有效手段,它通过一定的方法将通信流中的通信关系加以隐藏,使攻击者无法获知“谁和谁”在通信,通信的时间以及通信流的多少等。对许多应用来说,匿名已成为不可缺少的要求。本论文对Internet上的延迟敏感匿名通信问题进行了研究和探讨,主要的工作及创新性成果如下:对匿名通信技术的研究现状进行了综述,分析了现有匿名通信协议的不足,然后以此为基础设计了一个兼顾匿名和效率的P2P匿名通信协议WonGoo并实现了原型系统。它吸取了MIX抗攻击性强和Crowds效率高的优点,增加了协议的正确性保证,通过分层加密和随机转发实现了强匿名和高效率。WonGoo是实用性、正确性和效率的融合,有别于很难取得正确性保证的其它分层加密MIX系统和Crowds系统。提出了节点局部入度的概念并基于此设计了WonGoo的节点发现算法GPDL。它依据流言机制,只需要利用节点的局部拓扑信息而不是全局拓扑信息。因为在一个无中心的大规模P2P系统中获取全局拓扑信息是非常困难的。实验表明GPDL算法对保障均匀发现节点以及尽可能发现性能好的节点是有效的。对通用重加密及相关方案的脆弱性进行了分析,并为WonGoo设计了一个新的重加密方案WGRe。它能保证节点输出流的正确性并能够很好地抵抗重放攻击。与通用重加密方案的四倍明文长相比,WGRe的密文长度仅仅是明文的两倍,提高了效率。对WonGoo的安全性进行了分析。比较了WonGoo与其它协议的抗攻击能力,阐明了WonGoo的正确性保证,推导出了匿名路径上存在监听者的情况下,第一个监听者的前驱节点是发送者的概率,并从信息熵的角度对WonGoo的匿名性进行了评估。对WonGoo进行了形式化分析。运用概率模型验证器PRISM对WonGoo协议的匿名性进行了验证。结果表明随着网络规模的增加以及匿名路径的增长,WonGoo的匿名性增加;随着攻击者观察到的源自同一发送者的路径的增多,匿名性下降。

论文目录

• 摘要
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及选题的意义
• 1.2 本文的贡献
• 1.3 论文的组织
• 第二章 匿名通信技术综述
• 2.1 匿名的定义
• 2.1.1 集合论定义
• 2.1.2 信息论定义
• 2.2 代理
• 2.2.1 anon.penet.fi
• 2.2.2 Cypherpunk
• 2.2.3 Anonymizer 和LPWA
• 2.2.4 三角男孩
• 2.3 Mix 协议
• 2.3.1 Chaum Mix
• 2.3.2 Babel 和Mixmaster
• 2.3.3 Mixminion
• 2.3.4 ISDN mixes,Real Time mixes 和Web mixes
• 2.3.5 Stop-and-go mixes
• 2.3.6 Freedom
• 2.3.7 Onion routing 和Tor
• 2.3.8 重加密mix 协议
• 2.4 Crowds 协议
• 2.5 P2P 匿名通信协议
• 2.5.1 Tarzan
• 2.5.2 MorphMix
• 2.5.3 I2P
• 2.5.4 Freenet
• 2.6 其他匿名通信方法
• 2.6.1 基于广播/组播的匿名通信协议
• 2.6.2 PipeNet
• 2.6.3 Buses
• 2.6.4 匿名发布
• 2.6.5 位置隐私
• 2.7 攻击者假设
• 2.8 匿名通信协议的分析和攻击
• 2.9 匿名的形式化分析
• 2.10 本章小结
• 第三章 WonGoo 的设计
• 3.1 概述
• 3.2 WonGoo 的思想
• 3.3 匿名通道
• 3.3.1 通道的建立
• 3.3.2 数据的传递
• 3.3.3 通道的拆除
• 3.4 分批转发策略
• 3.5 掩饰流策略
• 3.6 WonGoo 思想在基于消息的匿名系统中的应用
• 3.7 本章小结
• 第四章 节点发现算法GPDL
• 4.1 概述
• 4.2 种子节点的发现
• 4.3 邻居发现
• 4.3.1 GPDL 描述
• 4.3.2 讨论
• 4.4 其他系统中的邻居发现
• 4.5 邻居优化
• 4.6 路径选择策略
• 4.7 试验结果
• 4.7.1 平均直径
• 4.7.2 聚合系数
• 4.7.3 均匀性
• 4.7.4 度的分布
• 4.7.5 流言开销
• 4.8 本章小结
• 第五章 通用重加密的脆弱性及重加密方案WGRe
• 5.1 概述
• 5.2 通用重加密方案的分析
• 5.2.1 ElGamal 加密
• 5.2.2 通用重加密系统
• 5.2.3 进一步的讨论
• 5.3 重加密方案WGRe
• 5.3.1 动机
• 5.3.2 密钥的产生
• 5.3.3 数据的传递
• 5.4 WonGoo 原型系统
• 5.5 本章小结
• 第六章 WonGoo 的安全性分析
• 6.1 攻击模型假设
• 6.2 攻击与防卫
• 6.3 可变的匿名性
• 6.4 WonGoo 路径与MIX 路径的比较
• 6.5 正确性保证
• 6.6 前驱攻击分析
• 6.6.1 攻击概率
• 6.6.2 基于信息熵的匿名评估
• 6.7 与其他协议的比较
• 6.8 本章小结
• 第七章 WonGoo 的概率模型验证分析
• 7.1 概率模型验证技术
• 7.1.1 离散时间Markov 链（DTMCs）
• 7.1.2 DTMCs 上的PCTL 模型验证
• 7.1.3 PRISM 模型验证器
• 7.2 WonGoo 的模型构造
• 7.2.1 协议的开始
• 7.2.2 转发节点的选择
• 7.2.3 恶意节点的模型化
• 7.2.4 协议的结束
• 7.3 匿名性质的形式化
• 7.4 验证结果
• 7.5 本章小结
• 第八章 结束语
• 8.1 本文主要贡献与创新
• 8.2 下一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历