An ninh mạng máy tính - Bài 8: Ẩn danh

1BÀI 8.
ẨN DANH
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
1
Nội dung
• Truyền tin ẩn danh
• Bài toán nhà mật mã học ăn tối
• Mạng ẩn danh Tor
2
1
2
21. ẨN DANH LÀ GÌ?
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
3
Ẩn danh là gì?
• Ẩn danh(Anonymity): che giấu danh tính của chủ thể
• Truyền thông ẩn danh (Anonymous Communication):
Ẩn danh người nhận: Không xác định được ai là người đã gửi 
thông tin trong một tập những người có khả năng
Ẩn danh người gửi
Ẩn danh người gửi-người nhận: không xác định được cặp giao tiếp 
trong các cặp có thể
• Mức độ ẩn danh được đánh giá qua lực lượng tập người 
gửi/người nhận:
Tập càng lớn, mức độ ẩn danh càng cao
4
3
4
3Bài toán nhà mật mã học ăn tối
• Có 3 nhà mật mã học ăn tối cùng nhau:
Một người trong số họ muốn tiết lộ thông tin 
nhưng không muốn lộ danh tính
Giả sử, bản tin là 1 bit, cách thực hiện?
• Trao đổi khóa:
Mỗi người trao đổi bí mật 1 khóa có kích thước 
1 bit với người bên cạnh
Mỗi người sẽ có 2 khóa kleft và kright
• Công bố thông tin:
Nếu có thông tin m, công bố: m ⨁ kleft ⊕ kright
Nếu không, công bố: kleft ⊕ kright
5
A
B C
Bài toán nhà mật mã học ăn tối
• Nhận thông tin: XOR tất cả các bản tin
• Giải thích: Giả sử A tiết lộ thông tin
A: mA = m ⨁ kAC ⊕ kAB
B: mB = kAB ⊕ kBC
C: mC = kBC ⊕ kAC
Kết quả:
mA ⨁ mB ⊕ mC =
(m ⨁ kAC ⊕ kAB) ⊕
(kAB ⊕ kBC) ⊕
(kBC ⊕ kAC) = m
6
A
B C
kACkAB
kBC
5
6
4Kết quả thực hiện giao thức
• Tất cả đều biết:
Khóa của họ trao đổi với người bên cạnh
Nội dung thông tin
• Không ai biết giá trị bit còn lại
• Không ai biết người đã công bố thông tin
• Ví dụ
7
Bài toán nhà mật mã học ăn tối
• Chứng minh tính đúng đắn: David Chaum, The Dining 
Cryptographers Problem: Unconditional Sender and 
Recipient Untraceability 
• Ưu điểm:
Giao thức đơn giản
Các bên không cần tương tác theo cặp sau khi chia sẻ khóa
Rất khó để gian lận: tất cả những người còn lại hiệp sức mới có 
thể biết ai là người công bố thông tin số người càng lớn, độ an 
toàn của giao thức càng cao
• Hạn chế:
Tình trạng đụng độ: giao thức không hoạt động nếu có >1 người 
cùng công bố
Bất kỳ ai trong nhóm cũng có thể phá hoại giao thức
Khóa không thể dùng lại 
8
7
8
52. MẠNG TOR
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
9
Làm thể nào để truyền tin ẩn danh
• Sử dụng dịch vụ proxy
10
Client Proxy Server
{Request, to Server} {Request}
{Response}{Response}
Client được ẩn danh
Client Reverse
Proxy
Server
{Request, to Proxy} {Request}
{Response}{Response}
Server được ẩn danh
Tuy nhiên, proxy vẫn biết được danh tính 2 bên
9
10
6Làm thể nào để truyền tin ẩn danh
• Sử dụng VPN(Virtual Private Network)
• Ẩn danh được bên gửi và bên nhận
• Tuy nhiên, VPN Server vẫn biết được danh tính 2 bên
• Cách thực hiện tốt hơn? 
11
E(K, {Request, to Server}) {Request}
VPN Server
{Response}E(K, {Response})
Client Server
Định tuyến củ hành – Onion Routing
• Ý tưởng: Sử dụng một số lượng các nút tùy ý trung gian 
để chuyển dữ liệu
• Nguyên tắc: Không nút nào được biết đồng thời danh tính 
của cả 2 bên
• Thảo luận: Thiết lập như thế nào?
12
A
B
R1
R2
R3
M
?
??
11
12
7Tấn công vào Onion Routing
• Khai thác thông tin từ nhân viên điều hành các nút
• Chiếm quyền điều khiển một số lượng đủ lớn các nút
• Tấn công kênh bên: phân tích thời gian bên gửi phát dữ 
liệu và bên nhận thu được dữ liệu
13
Tor Project
• Tor network: cung cấp kết nối ẩn danh, chuyển tiếp dữ 
liệu thông qua hệ thống Onion Router
• Tor browser: phát triển từ trình duyệt Mozzila Firefox với 
các tính năng bảo vệ quyền riêng tư(privacy), sử dụng Tor 
network để kết nối tới Web server
• Tor Onion Service: cung cấp cơ chế cho các dịch vụ chỉ 
có thể truy cập thông qua Tor network
Ví dụ: Dark Web
• Tor bridge: cơ chế đóng gói dữ liệu truyền tới Tor network 
để tránh kiểm duyệt
14
13
14
8Tor network
• Bao gồm hàng nghìn Onion Router, gọi là Tor node
Mỗi node có cặp khóa bất đối xứng
Giao tiếp với các node khác thông qua kết nối TLS (Transport 
Layer Security)
• Vanilla Tor: thiết lập một kênh truyền (Tor circuit) giữa 
nguồn và đích:
 Bao gồm một số lượng ngẫu nhiên các Tor node
• Dữ liệu trên kênh truyền được bên gửi mã hóa theo nhiều 
lớp:
Số lớp bằng với số chặng
Qua mỗi một chặng sẽ giải mã 1 lớp
15
Thiết lập khóa cho kênh truyền
Sử dụng sơ đồ trao đổi khóa Diffie-Hellman
1) Bên gửi thiết lập khóa với nút thứ nhất (OR1)
Nút đầu tiên được gọi là nút canh giữ (guard node)
2) Bên gửi báo cho OR1 mở rộng kênh tới nút thứ 2 (OR2)
Thiết lập khóa với OR2 (bí mật với OR1)
OR2 không biết danh tính của bên gửi
3) Bên gửi báo cho OR2 mở rộng kênh tới nút thứ 3 (OR3)
Thiết lập khóa với OR3
OR3 không biết danh tính bên gửi
OR1 không biết kênh được mở rộng tới OR3
4) Tới nút cuối cùng gọi là nút ra (exit nodeexit relay), 
kênh được hoàn thành
16
15
16
9Tor network
17
• Kênh phải có tối thiểu có 3 nút
Tại sao?
• Encryption stack: E(KOR1,E(KOR2(E(KOR3, M || B)||OR3)||OR2)
Tor Onion Service
• Với Vanilla Tor và Tor Browser, danh tính client đã được 
che dấu
• Làm cách nào để cung cấp một dịch vụ mà máy chủ được 
ẩn danh?
• Tor Onion Service cho phép cung cấp 1 dịch vụ trên Tor 
network mà không để lộ tên miền và địa chỉ IP của máy 
chủ
Tên miền dạng *.onion
Khóa công khai của dịch vụ được băm để tạo ID cho dịch vụ
Ví dụ, chợ đen AlphaBay:  
18
17
18
10
Thiết lập Tor Onion Service
• B1: Chọn một số Tor 
node ngẫu nhiên để 
thiết lập kênh. 
Những nút này được 
gọi là điểm giới thiệu 
dịch vụ (introduction 
point)
19
Thiết lập Tor Onion Service
20
• B2: Tạo bản mô tả 
dịch vụ bao gồm khóa 
công khai và danh 
sách các điểm giới 
thiệu dịch vụ. Bản mô 
tả được ký bằng khóa 
riêng. Lưu bản mô tả 
bằng CSDL với ID của 
dịch vụ là mã băm(16 
byte) của khóa công 
khai.
19
20
11
Kết nối Tor Onion Service
• B3: Client thiết lập 
kênh ẩn danh và yêu 
cầu 1 nút ngẫu nhiên 
là điểm 
hẹn(rendezvous point)
21
Kết nối Tor Onion Service
• B4: Client gửi yêu cầu 
kết nối tới một trong 
các điểm giới thiệu 
dịch vụ. Yêu cầu này 
được mã hóa bởi khóa 
công khai của dịch vụ, 
nội dung bao gồm địa 
chỉ điểm hẹn, giá trị bí 
mật cookie
22
21
22
12
Kết nối Tor Onion Service
• B5: Máy chủ dịch 
vụ kết nối tới điểm 
hẹn và gửi đi giá 
trị ngẫu nhiên
23
Kết nối Tor Onion Service
• B6: Nút điểm hẹn 
gửi thông báo tới 
client đã thiết lập 
được kết nối tới 
dịch vụ.
24
23
24
13
Các vấn đề của Tor Onion Service
• Máy chủ phải sử dụng nút canh giữ (guard node) tin cậy 
trong một thời gian dài để thiết lập kênh truyền
• Điểm giới thiệu dịch vụ và điểm hẹn phải là các nút khác 
nhau
• Tốc độ rất chậm:
Số chặng mỗi kết nối: 6+
25
Tor có thực sự giúp ẩn danh?
• Các cơ chế ẩn danh chỉ hiệu quả khi nó được sử dụng 
trong một đám đông:
Bạn không khác biệt với những người khác
• Mặc định, rất dễ để chỉ ra rằng “Ai đang truy cập vào Tor 
network”
• Ví dụ:
26
25
26
14
Tor brigde
• Truyền tin ẩn danh cần phải thực hiện 2 yêu cầu:
Ẩn danh tính các bên
Chống lại các cơ chế kiểm duyệt
• Vanilla Tor chỉ đáp ứng tốt yêu cầu đầu tiên
• Tor bridge cung cấp cơ chế để đóng gói dữ liệu của mạng 
Tor bằng các giao thức khác:
obs3
Meek 
27
Truy nguyên Tor Onion Service
• Thu thập thông tin từ dịch vụ
Công cụ: onion scan
• Tấn công dịch vụ
• Truy nguyên client truy cập
FBI sử dụng các kỹ thuật Network Investigatory Technique khai 
thác lỗ hổng của Tor Browser
• Đưa các nút kiểm soát vào mạng Tor
Hiện nay Tor project rất thận trọng cấp phép cho một nút mới
28
27
28