1. Widerstandsfähigkeit von Anonymisierungsnetzen
Jens O. Oberender
Freitag, 31.07.09
Rigorosumsvortrag

2. Überblick
0. Einführung
1. Störung durch Denial-of-Service Angriffe
2. Verhalten als Störeinfluss
3. Zusammenfassung
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3. 0.1 Anonymität
 Anonymität
 Ununterscheidbarkeit eines Subjekts in bestimmten Kontext
(Anonymitätsmenge)
 Anonyme Kommunikation
 Schutz der Vertraulichkeit einer
Kommunikationsverbindung vor Dritten
 Senderanonymität: Identität des Absenders verbergen
 Anonymisierungsnetz
 Logische Netzstruktur, z.B. basierend auf Mixes
 Ein Teilnehmer kommuniziert anonym, indem seine Nachrichten
ununterscheidbar (in der Menge gesendeter Nachrichten) werden
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4. 0.2 Schutzmechanismen in Anonymisierungsnetzen
 Cover Traffic stärkt Unbeobachtbarkeit,
indem zufällige Nachrichten die Anonymitätsmenge vergrößern
 Rendezvous Point schützt Identität des Empfängers
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5. 0.3 Offene Probleme und eigene Beiträge
 Schutz von Empfängern anonymer Nachrichten
 Verfügbarkeit: Anfragen werden verarbeitet
 Richtlinien-basierter Schutzmechanismus
 Anonyme Kommunikation für vereinbartes Verhalten
 Bekämpfung von Richtlinien-verletzendem Sendeverhalten
 Auswirkung rationalen Verhaltens auf Anonymisierungsnetze
 Altruismus: Teilnehmer bringen Ressourcen ein zugunsten anderer
 Voraussetzungen für rationales (=strategisches) Verhalten
 Analyse der zugrundeliegenden Zielkonflikte
 Bewertung der Verhaltensweisen nach Spielklassen
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6. Überblick
0. Einführung
1. Störung durch Denial-of-Service Angriffe
 Kontrollierte Unverkettbarkeit
 Architektur zum Schutz von Verfügbarkeit
2. Verhalten als Störeinfluss
3. Zusammenfassung
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7. 1.1 Angriffe auf Anonymisierungsnetze
 Fred: Angriff auf Verfügbarkeit von Rick
 Denial-of-Service: Ressourcen eines Opfers erschöpfen
 Attackiert Verfügbarkeit mittels ressourcenintensiver Anfragen
 Keine Infiltration anderer Teilnehmer
 (Keine kriminellen Vorbereitungshandlungen)
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8. 1.2 Angriffe auf Anonymisierungsnetze
 Eve: Angriff auf Anonymität von Alice
 Teilweise Infiltration von Teilnehmern
 Wissensgewinn mittels Profilbildung
 Wissensgewinn mittels Schnittmengenangriff
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9. 1.3 Angriffsbekämpfung
 Analyse eingehender Nachrichten
 Angriff erkennen, ohne vertraulichen Inhalt zu kennen
 Kontext ermitteln, ohne Anonymität zu schwächen
 Datenrate als Entscheidungskriterium für
 Aufhebung von Unverkettbarkeit
 Verwerfen Richtlinien-verletzender Nachrichten
 Vorgehensweise
1. Umformen von Überflutungsangriffen
2. Privatsphäre schützen mittels Anonymität
3. Zulässiges Verhalten definieren
4. Architektur
5. Bewertung
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10. 1.4 Modellierung der Nachrichten als Datenfluss
 Einsatz bei Denial-of-Service Angriffen mit hohen Datenraten
 Leaky Bucket: fixiert Ausgaberate
 Arrival Kurve: zusätzliche Burstrate vorteilhaft bei Jitter
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11. 1.5 Unverkettbarkeit zwischen Nachricht und Identität
 Unverkettbarkeit
 Eve besitzt keinen Beweis, dass Alice eine Nachricht gesendet hat
 Perfekte Unverkettbarkeit
 Eve kann keine Beobachtung B erlangen,
die ihr Wissen über den Absender von Nachricht verändert
 Bedingte Unverkettbarkeit
 Das System legt vorab eine Bedingung fest
 Tom besitzt einen Beweis über
die Verkettung der Nachricht mit Alice
 Der Beweis bleibt Eve verborgen,
solange die Bedingung erfüllt ist
 Aufhebung: Kommunikation zwischen
Rick und Tom erforderlich
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12. 1.6 Unverkettbarkeit zwischen Nachrichten
 Totale Unverkettbarkeit
 Eve besitzt keinen Beweis, dass Nachricht1
und Nachricht2 vom gleichen Absender stammen
 Partielle Unverkettbarkeit
 Eve weiss, dass Nachricht1, Nachricht2
vom gleichen Absender stammen
 Kontrollierte Unverkettbarkeit [O., Volkamer, de Meer 2007]
 Rick definiert eine Richtlinie R für zulässiges Verhalten
 Tom vergibt an Alice Pseudonyme gemäß R
 Nachrichten von Alice bleiben unverkettbar,
solange Richtlinie R nicht verletzt wird
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13. 1.7 Überwachung der Richtlinie R
 Rick definiert Zeitscheiben t(0),t(1),…
 Alice erhält für jede Zeitscheibe ein eindeutiges Pseudonym von Tom
 Alice hält Richtlinie R ein -> Nachrichten unverkettbar
 Fred verletzt Richtlinie R -> Nachrichten verkettet
Traffic Shaping lehnt überzählige DoS-Anfragen ab
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14. 1.8 Protokoll zur Pseudonym-Übergabe
 Steve publiziert seinen Dienst, erreichbar über Rendezvous Point Rick
 Alice erhält ein Ticket Granting Ticket (TGT)
 Alice baut Verbindung mit Rick auf und erfährt Zeitscheibe t
 Kommunikationsablauf
 Alice bittet einen Tom um ein Ticket für Zeitscheibe t
 Alice sendet ihre Anfrage mit dem Ticket an Rick
 Rick überprüft anhand des Pseudonyms,
ob der Anfragende die Richtlinie verletzt
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15. 1.9 Pseudonym-Eigenschaften und Vertrauen
 Deterministisch berechenbar
 Hash aus angeforderter Zeitscheibe t und Ticket
Granting Ticket = { IDAlice, NonceAlice, Gültigkeit } Authority
 Schutz vor Verifizierbarkeit
 Geheime Nonce („number used once“) im TGT, verhindert
dass Dritte zugewiesene Pseudonym verifizieren können
PseudAlice(t) = hash ( IDAlice || t || NonceAlice )
 Integrität, jedoch ohne identifizierbaren Signierer
 Einsatz einer Gruppensignatur: { t, PseudAlice(t) } Tommys
 Rick verifiziert Unterschrift eines Tommys,
kann aber Tom nicht identifizieren
Notation:
{ x } Signierer Digitale Signatur
|| Konkatenation
{,,} Tupel
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16. 1.10 Bewertung Denial-of-Service (DoS) Angriffe
 Fred führt DoS-Angriff auf Steve aus
 DoS gegen Steve
 Für Fred existiert nur ein einziges Pseudonym in Zeitscheibe t;
wird Richtlinie R verletzt, werden die Nachrichten verkettet;
Traffic Shaping verwirft überzählige Nachrichten
 Distributed DoS gegen Steve
 Pseudonyme für Fred 1..n unverkettbar
-> lässt sich auch nicht mit Identitäten erkennen
 Alle Freddies zusammen erhalten überproportional
Ressourcen, können andere Anfragen jedoch nicht verdrängen
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17. 1.11 Bewertung Angriffe auf Anonymität
 Eve möchte Alice als Absender einer Klartextnachricht identifizieren
 Nur Authority und Tom können Alice identifizieren
 Nur Steve besitzt (neben Alice) den Klartext
 Kollusion zwischen Tom, Rick und Steve
 Identität kann nicht ins Ticket gelangen
 Rick wird von Alice ausgewählt,
gegenüber Tom unbekannt
 Verkettung prinzipiell möglich
 Tom: (ID, Pseudonym, t)
 Rick: (Pseudonym, t, n)
 Steve: (n, Text)
 Prävention: Alice wählt einen nicht-infiltrierten Tom
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18. 1.12 Skalierbarkeit
 Latenzzeit zwischen Alice und Steve
 Überwiegend Anonymisierung
 Bei Rick zusätzlich
 Signatur des Tickets prüfen
 Abgleich mit Arrival Curve, ggf. Verzögerung
 Praktischer Einsatz
 Beliebig viele Instanzen von
(vertrauenswürdigen) Tommys
 Integration: bei niedriger Last
wird auf Ticket verzichtet
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19. Überblick
0. Einführung
1. Störung durch Denial-of-Service Angriffe
2. Verhalten als Störeinfluss
 Spieltheoretische Modellierung und Bewertung von Verhalten
 Lösungsstrategien und Auswirkungen von Zielkonflikten
3. Zusammenfassung
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20. 2.1 Widerstandsfähigkeit eines Anonymisierungsnetzes
 Voraussetzungen für anonyme Kommunikation
 Verfügbarkeit des Empfängers
 Integrität des Nachrichteninhalts
 Ununterscheidbarkeit in der Menge aktiver Nachrichtensender
 Ökonomie der Struktur eines Anonymitätssystems
[Acquisti, Dingledine, Syverson 2003]
 Design Dilemma [O., de Meer 2008]
 Widerstandsfähigkeit muss Verhalten
aller Parteien miteinbeziehen
(Interdependenz)
20
Oberender: Widerstandsfähigkeit von Anonymisierungsnetzen

21. 2.2 Rationales Verhalten in Anonymisierungsnetzen
 Alle Spieler verhalten sich rational, vollständige Information
 Modellierung mittels Spieltheorie
 Identifizieren von Klassenbeschreibungen
mit geeignetem Spielausgang
 Dilemma-Spiele
 Symmetrische Strategien vorteilhaft?
 Nicht-vereinbarte Kooperation vorteilhaft?
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22. 2.3 Zielsetzungen in Anonymisierungsnetzen
 Mögliche Zielsetzungen
 Große Anonymitätsmenge (Zielsetzung 1)
 Teilnahme mit geringem Ressourcenaufwand (Zielsetzung 2)
 Hohe Robustheit gegenüber Störungen
 Verdecktes Fehlverhalten
 Verhandlungsraum
 Verhandlungslösung, Ausgangspunkt
 Identifizierung von Nash-Gleichgewichten und Bewertung
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23. 2.4 Auswirkungen von Zielkonflikten
 Angestrebte Qualität der Anonymität
 Einigung auf Angreifermodell und Ununterscheidbarkeit
 Anonymitätsmenge dann maximal, wenn eine Einigung erfolgen kann
 Tatsächlichen Qualität der Anonymität
 Prognose ist nicht verfügbar, vertrauenswürdig oder garantiert
 Missbrauchsgefahr Schnittmengenangriff
 Egoistisches Verhalten von Teilnehmern
 Fehlender Cover Traffic beeinträchtigt Anonymität Dritter
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24. 0. Einführung
1. Störung durch Denial-of-Service Angriffe
2. Verhalten als Störeinfluss
3. Zusammenfassung
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25. 3. Zusammenfassung
 Schutz der Verfügbarkeit für Empfängern anonymer Nachrichten
 Kontrollierte Unverkettbarkeit: Privatsphäre der Teilnehmer gewährt
 Richtlinie als Entscheidungskriterium für Unbedenklichkeit der Anfrage
 Schutz vor Angriffen gegen Verfügbarkeit und Anonymität
 Untersuchung von Widerstandsfähigkeit
 Bewertung der Auswirkung unterschiedlicher Nutzenfunktionen
 Wechselwirkungen zwischen Anonymität und Teilnehmerverhalten
 Auflösung von Zielkonflikten durch Wahl geeigneter Lösungsklassen
 Vision: Kooperative Anonymisierungsnetze
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