基于Mix系统的统计命中集攻击及防御策略研究

论文摘要

匿名系统在保护用户隐私方面具有广泛的用途,匿名度是衡量匿名系统性能的重要指标。为增强匿名系统的匿名度,需要在系统中发现尽可能多的攻击,并研究对应的防御策略。Mix系统是目前主要的匿名通信渠道。由于它没有提供特别的方法来隐藏系统的输入输出流,攻击者可以利用此信息推测其输入输出关系,从而破坏匿名。统计命中集攻击就是这样一种针对Mix系统的典型攻击手段。但该攻击仍存在三个不足:第一,统计命中集攻击误判率较高;第二,攻击者需预先知道目标通信对象的个数;第三,攻击只对阈值Mix系统有效,对其他类型Mix系统的攻击与防御技术有待进一步研究。针对这些问题,本文对匿名通信系统以及Mix系统下的统计命中集攻击与防御技术进行了讨论与研究。本文首先阐述了匿名通信技术和Mix系统的研究现状,介绍了匿名通信系统中常用的攻击与防御方法。同时,对Mix系统中统计型攻击技术的主要实现机制进行了分析。其次,基于阈值Mix系统,提出了在确定和不确定目标通信对象个数情况下的统计命中集攻击算法。算法利用了目标通信对象的通信次数不会少于观察的接收者集合数这一事实,缩小了命中集的搜索范围,并利用概率统计的方法,挑选出最优的命中集,从而提高了结果的命中率。针对该攻击,提出填充包和随机路由两种防御策略。理论分析和实验结果表明,与已有的统计命中集攻击相比,该攻击在接收者相对集中的时候有较好的攻击效果,采用填充包和随机路由技术能有效地降低攻击的准确性。最后,针对停止转发Mix系统中无法确定转发轮数的问题,提出一种利用数据包数量统计的统计命中集攻击算法。测试了停止转发Mix系统抗统计命中集攻击的能力。结果显示,该攻击在停止转发Mix系统中有较好的攻击效果,填充包和随机路由两种策略可有效地防御该攻击。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状与分析
• 1.2.1 Mix 系统的威胁及防御策略
• 1.2.2 统计型攻击技术研究现状
• 1.3 课题主要研究内容与贡献
• 1.4 论文的组织
• 第2章 匿名通信系统及其攻防技术
• 2.1 匿名通信系统概述
• 2.1.1 基于简单代理的匿名通信系统
• 2.1.2 基于Mix 的匿名通信系统
• 2.1.3 基于叠加发送的匿名通信系统
• 2.1.4 基于广播和多播技术的匿名通信系统
• 2.2 Mix 系统
• 2.2.1 对延迟不敏感的Mix 匿名通信系统
• 2.2.2 对延迟敏感的Mix 匿名通信系统
• 2.3 匿名通信系统中攻击技术概述
• 2.3.1 安全弱点和攻击
• 2.3.2 匿名通信系统中的攻击介绍
• 2.4 匿名通信系统的防御技术概述
• 2.4.1 搅乱路由技术
• 2.4.2 外在和固有地址寻址技术
• 2.4.3 可信第三方转发技术
• 2.4.4 重叠转发技术
• 2.4.5 混淆发送技术
• 2.5 小结
• 第3章 统计型攻击技术分析
• 3.1 系统模型
• 3.2 统计暴露攻击
• 3.2.1 暴露攻击
• 3.2.2 算法描述与分析
• 3.3 统计命中集攻击
• 3.3.1 命中集攻击
• 3.3.2 算法描述与分析
• 3.4 小结
• 第4章 基于阈值Mix 系统的统计命中集攻防研究
• 4.1 算法描述
• 4.1.1 基于阈值Mix 系统的统计命中集攻击算法
• 4.1.2 估计目标节点通信对象的个数
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 系统参数对攻击的影响
• 4.2.2 目标节点通信对象的估计
• 4.3 防御策略
• 4.3.1 填充包策略
• 4.3.2 随机路由策略
• 4.4 小结
• 第5章 基于停止转发Mix 系统的统计命中集攻防研究
• 5.1 停止转发Mix 系统的基本策略
• 5.2 算法描述
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 基本参数及通信频率对攻击的影响
• 5.3.2 观测粒度对攻击的影响
• 5.3.3 停止转发Mix 的延迟对攻击的影响
• 5.4 防御策略
• 5.4.1 填充包策略
• 5.4.2 随机路由策略
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目