Računalna forenzika na Tor-u

Kada se je internet nastajao nije se previše razmišljalo o sigurnosti i anonimnosti. Sigurnost možemo postići pomoću kriptografije što će zaštititi podatke koji se šalju preko interneta. Čak ako napadač ne može pročitati naše podatke, korisnik interneta ostavlja tragove u obliku zahtjeva za vezom, vremenskih oznaka te imena stranica ili usluga koje je korisnik koristio. Tor mreža želi povećati anonimnost korisnika tako da skriva imena usluga ili stranica koje korisnik koristi. Dodatno, Tor odskakuje (bounces) promet po mreži kako bi onemogućio praćenje prometa od polazišta do odredišta te kako bi onemogućio identifikaciju posrednika koji sudjeluju u prenošenju prometa internetom.

Keywords: anonimity, tor network, onion routing, security

Naziv “Tor” može se odnositi na više od jednog pojma:

1. Tor pretraživač (Tor browser)
2. Tor mreža (Tor network)

Tor mreža je raspodijeljeni sustav kojeg čine čvorovi. Kada korisnik koristi Tor pretraživač za pretraživanje, promet tog korisnika uđe u mrežu na ulazni čvor, skače (bounces) po čvorovima Tor mreže te konačno izlazi iz mreže sa izlaznog čvora. Na ovaj način promet korisnika ostaje anoniman obzirom da nije moguće pratiti kojoj stranici korisnik pristupa (zbog enkripcije) niti preko kojih čvorova (niti jedna točka ne zna IP adresu pošiljatelja i primatelja u isto vrijeme).

Unatoč tomu može se dogoditi da Tor ostavi tragove. U ovom seminaru prikazat ću neke od tih tragova

Kada je internet bio dizajniran nije se pretjerano razmišljalo o anonimnosti i sigurnosti. Brojni protokoli (HTTP, Telnet, SMTP, IP) nisu sigurni protokoli. Podatci koji se šalju između dva računala na taj način nisu šifrirani. Napadač može čitati i mijenjati takve podatke. Riješenje ovog problema bilo je uvođenje sigurnih protokola (HTTPS, IPsec) koji će koristiti kriptografiju za zaštitu prometa između korisnika. Dodatno kriptografija će omogućiti provjeru autentičnosti poruke.

Ipak, sigurni protokoli nas ne mogu zaštititi od prisluškivanja. Napadač ne može znati sadržaj naše poruke, ali može znati tko je započeo konekciju i na koju stranicu. Dodatno putanja kojom su dva računala komunicirala je poznata. Onion routing rješava ovaj problem anonimizirajući put paketa kroz mrežu

Onion routing (za razliku od običnih sigurnosnih protokola) koristi višestruko enkriptiranje podataka. Ideja je da će svaki čvor u Tor mreži dekriptirati jednom podatke i poslati rezultat operacije idućem čvoru na putu. Konačno primatelj će napraviti dekriptiranje i doći do izvornih podataka. Ime Onion routing dolazi od toga što svaki čvor “guli” (peels) sloj zaštite dok se ne dođe do odredišta.

Proces slanja podataka se sastoji od idućih koraka:

1. Izvorišni čvor odabire skup čvorova iz liste čvorova koje mu je dao “čvor imenik”.
2. Odabrani čvorovi poslože se u lanac kojime će se poslati poruka. Kako bi se sačuvala anonimnost svaki čvor zna samo svojeg prethodnika i sljedbenika. Niti jedan čvor ne može reći je li njegov prethodnik izvorište poruke ili još jedan od čvorova u lancu. Slično tomu niti jedan čvor ne može reći je li njegov sljedbenik odredište poruke ili još jedan od čvorova u lancu. Dodatno, niti jedan čvor ne može reći koliko je čvorova u lancu niti gdje je njegov položaj u lancu.
3. Koristeći “čvor imenik” izvornik može dohvatiti javne ključeve čvorova u lancu. Ti javni ključevi se koriste za uspostavljanje sjednice između izvorišta i nekog čvora u lancu (zajednički simetrični ključ). Izvorišni čvor će ovo napraviti za prvi čvor u lancu.
4. Obzirom da izvorišni čvor zna samo svojeg neposrednog slijedbenika, za uspotavljanje veze sa drugim čvorom poruku mora poslati kroz prvi čvor. Ta poruka je enkriptirana javnim ključem drugog čvora tako da ju prvi čvor ne može pročitati. Jednom kada ta poruka dođe do drugog čvora, on će otvoriti sjednicu prema svojem neposrednom prethodniku - prvom čvoru. Čvor izvornik će imati poveznicu (link) na drugi čvor u obliku zajedničkog simetričnog ključa, ali neće imati vezu (connection) prema drugom čvoru.
5. Ovo se ponavlja dok se lanac ne izgradi
6. Izvorišni čvor enkriptira izvornu poruku ključevima u obrnutom redoslijedu (zadnje enkriptiranje se radi ključem prvog čvora)
7. Izvorišni čvor šalje poruku prvom čvoru. Čvor koji je primio poruku koristi uspostavljeni ključ kako bi jednom dekriptirao poruku (uklonio jedan “sloj” luka)
8. Ovo se ponavlja dok poruka ne dođe do odredišta

Iduća slika demonstrira slanje poruke kroz tri čvora. Izvorište enkriptira poruku s 3 puta, pritom koristeći ključeve C,B,A. Poruka je poslana čvoru A koji koristi ključ A i dekriptira poruku jednom. Čvor A prosljeđuje poruku čvoru B koji koristi ključ B i dekriptira poruku jednom. Čvor B prosljeđuje poruku čvoru C koji ju dekriptira koristeći ključ C i prosljeđuje poruku originalnom primatelju.

• Minimalna dužina lanca mora biti 3 čvora. Samo jedan čvor bi bio problem obzirom da bi mu prethodnik bio izvor i slijedbenik bi bio odredište. Uspejšan napad na taj čvor bi otkrio pošiljatelja i primatelja. Ukoliko je dužina 2 čvora, problem je onda što su ulazni čvor i izlazni čvor direktno povezani. Ne želimo da ulazni čvor u mrežu zna tko je izlazni čvor, niti želimo da izlazni čvor zna tko je ulazni čvor.
• Niti jedan čvor ne može ući u neki lanac dva puta. Razlog ovomu je što postoji mogućnost da isti čvor bude ulaz i izlaz u mrežu. To olakšava napade na neki čvor obzirom na to da možemo koristiti napade za ulazne i izlazne čvorove na tom čvoru
• IP adrese dvaju čvorova ne smiju imati prvih 16 bitova jednako - ne mogu pripadati istoj 16-bitnoj podmreži. Ovo je sigurnosna mjera (kao što ne želimo jedan čvor posjetiti dva puta) ne želimo posjetiti dva puta istu podmrežu

U Onion routingu anonimnost se postiže time što čvorovi znaju samo svoje neposredne prethodnike i sljedbenike. Ako neki čvor bude napadnut, nije moguće saznati čitavu putanju obzirom da ju ni taj sam čvor ne zna. Sve što napadač zna je adresa čvora kojeg prisluškuje i poruka koja je više puta enkriptirana i koja nema smisla. Dodatno, jedan čvor može sudjelovati u više lanaca gdje bi imao drukčije prethodnike i drukčije sljedbenike. Na ovaj način napadač koji vidi puno prometa ne može sa sigurnošću zaključiti da se radi o prometu jednog lanca

Jedna od stvari koja nije ranjivost Tor mreže jesu stranice koje korisnik posjećuje. Ako netko koristi Tor da bi se prijavio na Netflix, očito je da će Netflix znati povezati promet koji mu je pristupio sa podatcima za prijavu.

Izlazni čvor (zadnji u lancu) mora poslati podatke na odredište. To odredište nije unutar Tor mreže. Ako je zahtjev prema tom odredištu nesiguran, napadač će moći pročitati podatke. Premda ovo neće nužno otkriti lokaciju izvora podataka, može se dogoditi da se otkriju neki drugi podatci koji će pomoći identificirati napadača. Iduće 4 slike pokazuju što sve napadači mogu saznati u ovisnosti kakve zaštite korisnik ima (nikakvu, HTTPS, Tor, HTTPS i Tor):

U ovoj vrsti napada, napadači pregledavaju vremenske oznake prometa i postojanje poveznica između nekih računala. Promatrajući vremenske oznake i takav promet, napadač bi mogao uočiti uzorak i zaključiti nešto o protoku prometa. Ovime se smanjuje anonimnost puta i otvaraju se mogući napadi na deanonimizirane čvorove. Pokazano je da dodavanje šuma vremenskim oznakama neće spriječiti ovakve napade.

Napadač može uzeti i aktivniju ulogu kada radi napad analizom vremenskih oznaka prometa. U takvoj vrsti napada, napadač mijenja vremensku oznaku prema specifičnom uzorku (uzorak koji je napadaču poznat) i propušta promet dalje. Nakon toga će tražiti promet sa vremenskim oznakama koje odgovaraju specifičnom uzorku. Ovime je mreža deanonimizirana jer napadač može povezati krajnje točke mreže.

Ukoliko je netko vlasnik prvog čvora nekog lanca (ulazni čvor) i zadnjeg čvora lanca (izlazni čvor) može vidjeti IP adresu pošiljatelja i IP adresu primatelja (prisluškivati ulaz i izlaz mreže).

Najbolja obrana protiv ovakvog napada je distribuiranost mreže. Što je više čvorova u mreži čiji su vlasnici različiti, manja je vjerojatnost da je netko vlasnik ulaznog i izlaznog čvora

U ovom napadu, napadač kontrolira “čvor imenik”. Kada bi netko poslao zahtjev u “čvor imenik” on bi odgovorio pošiljatelju, ali bi dodatno poslao kroz mrežu signal. Signal će biti poslan u paketu. Tijelo paketa sadrži odgovor (lokaciju) usluge koju je zatražio korisnik mreže. Ono što je posebno je da će signal biti kodiran u zaglavlju koje je označeno sa “relay-early” ili “relay”. Nakon ovoga drugi čvorovi koje napadač kontrolira mogu pogledati postoji li zapisani signal u zaglavlju paketa. Ako postoji, mogu saznati koje usluge je osoba zahtjevala.

Napadi na Tor mrežu su mogući i moguće je izvući podatke o korisnicima Tor mreže i uslugama koje su tražili. Većina ovih napada sastoji se od komprimitiranih čvorova mreže, kontroliranja ulaznih i izlaznih čvorova od iste strane, komprimitiranih čvorova imenika i korištenja usluga koje nisu sigurne ili izlažu se protokolima koji nisu enkriptirani.

Premda ovi napadi postoje, sigurnost na Toru je veća nego na običnom internetu ili samim VPN-ovima. Poboljšanje sigurnosti može se dobiti uključivanjem više čvorova u mrežu kako bi postala više distribuirana, mijenjanjem lokcija usluga na Tor mreži koje su bile otkrivene u napadima i izbjegavanjem korištenja usluga koje izlažu nesigurne protokole

[1] Tor(anonimity network)

[2] Tor Project: FAQ

[3] Relay early traffic confirmation attack