Mix-Net

1. Mix-Net Filipe Nunes Ribeiro filipe_ribeiro@dc.ufscar.br

2. Agenda • Introdução • Mix-Nets • BABEL • Onion Routing • Web-Mixes • Anonimato em redes Ad Hoc • Crowds • Conclusões • Bibliografia Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

3. Introdução • Anonimato • Agressores • Ataques Passivos • Eavesdropping • Análise de Tráfego • Ataques Ativos Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

4. Mix-Net:Definição • [Berthold, Federrath & Kohntopp, 2000]  Primeiro sistema próximo de ser perfeito descrito na literatura. • Pfitzmann & Hansen, 2005]  Mecanismo para obter anonimato de envio e relações de anonimato. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

5. Definição – Segundo [Chaum, 81] • Uma técnica baseada na criptografia de chave pública que permite um sistema de E-mail esconder com quem um participante comunica tanto quanto o conteúdo da comunicação – apesar de um sistema de telecomunicação inseguro como base de comunicação Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

6. Criptografia de Chave Pública Fonte: [Wikipedia, 2007] Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

7. Criptografia de Chave Pública Fonte: [Wikipedia, 2007] Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

8. Notação K  Chave Pública Inv (K)  Chave Privada M  Mensagem K (M)  M criptografado com a chave pública Problema: Se K (Y) = K (X) então X = Y Solução: K (R, M) Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

9. Arquitetura – Um Mix Ka (R0, M), A’ K1 (R1, Ka (R0, M), A’ ) A A` B B` C C` D D` Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

10. Arquitetura – Mixes em Cascata Kn( Rn, K<n-1>( R<n-1>, ... , K1( R1, Ka( R0, M ), A )...)) K<n-1>( R<n-1>, ... , K1( R1, Ka( R0, M ), A )...) Ka (R0, M), A A` A B` … B C` C D` D Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

11. Funções do Mix • Esconder a correspondência entre os itens da sua interface de entrada e os itens da interface de saída. • Não processar nenhum item mais de uma vez. • Armazenar mensagens até que um número definido de mensagens tenha sido recebido. • Alterar a ordem de saída das mensagens chegadas (Mix). Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

12. Outra perspectiva do Mix – Lotes de Mensagens • Mensagens ordenadas lexograficamente A A` B B` C C` D D` Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

13. Como Responder? Ka (R0, M), Y K1 (R1, Ka (R0, M), Y) X Y B B` C C` ? D D` Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

14. E para responder uma mensagem? • Endereço de Retorno • Não pode ser rastreado. • O remetente deve continuar anônimo para o destinatário • O remetente deve enviar o endereço de retorno não rastreável e uma chave pública para o destinatário junto à mensagem. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

15. Endereço de Retorno – 1 Mix • Endereço de Retorno não rastreável  K1(R1,Ax) • Chave pública de X  Kx • Enviado juntamente com a mensagem M de X para Y Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

16. Endereço de Retorno – 1 Mix Ax, R1( Kx( R0, M )) K1( R1, Ax ), Kx( R0, M ) X Y B B` C C` D D` Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

17. Endereço de Retorno – Vários Mixes • Endereço de Retorno não rastreável  K1( R1, K2( R2, ..., K<n-1>( R<n-1>, Kn( Rn, Ax ))...)), Kx( R0, M ) • Chave pública de X  Kx • Enviado juntamente com a mensagem M de X para Y Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

18. Arquitetura – Mixes em Cascata K1( R1,..., K<n-1>( R<n-1>, Kn( Rn, Ax ))...), Kx( R0, M ) K2( R2, ..., K<n-1>( R<n-1>, Kn( Rn, Ax ))...), R1( Kx( R0, M )) Ax, Rn( R<n-1> ... R2( R1( Kx( R0, M )))...) A` A B` … B C` C D` D Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

19. Pseudônimo Digital • Um pseudônimo Digital é uma chave pública usada para verificar assinaturas feitas pelo anônimo mantenedor da chave privada correspondente. • Os usuários do serviço registram seus pseudônimos • Lista de pseudônimos deve ser mantida. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

20. Pseudônimo Digital – 1º Passo • Cliente registra pseudônimo (utilizando correspondência não rastreável p. ex). • K1(R1, K) Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

21. Pseudônimo Digital – 2º Passo • Uma autoridade irá armazenar os pseudônimos. • P. ex: [G,H,I,J,K,L,] Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

22. Pseudônimo Digital – 3º Passo • O Cliente submete a mensagem com a requisição do serviço. • K1( R1, K, Inv(K)( C, V )) Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

23. Pseudônimo Digital – 4º Passo • A autoridade verifica se o cliente está cadastrado e não é uma falsificação. • K1( R1, K, Inv(K)( C, V )) • K está na lista [G,H,I,J,K,L,] • K realmente é a chave pública de Inv(K) Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

24. Utilizações do Pseudônimo Digital • Votação anônima • Relação com pseudônimos entre uma empresa e clientes. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

25. Sistemas de E-mail de Propósito Geral • Exigir que cada mensagem passe por uma cascata. • Mensagens podem ser muito grandes e talvez necessitem ser quebradas. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

26. Sistemas de E-mail de Propósito Geral • Problema: Passar por todos os mixes pode se tornar impraticável caso existam muitos. • Solução: É possível selecionar uma seqüência de mixes pelos quais a mensagem irá passar. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

27. Sistemas de E-mail de Propósito Geral • Problema: É necessário esconder o número de mensagens enviadas e recebidas. • Solução: Todos os participantes mandam o mesmo número de mensagens por lote(Podem ser enviadas mensagens sem conteúdo útil). Todos os receptores buscam no lote de saída as mensagens pertencentes a ele. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

28. Sistemas de E-mail de Propósito Geral • Problema: Custos podem ser tornar elevados para alguns participantes. • Solução: Permite as correspondências serem endereçadas a subconjuntos de participantes como redes locais. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

29. Sistemas de E-mail de Propósito Geral • Mix com novas características: • Permite uma seqüência de mixes ser selecionada para cada mensagem • Esconde o número e a identidade dos mixes pelo qual a mensagem irá passar • Permite descobrir um mix que não encaminhou os itens corretamente. • Não faz distinção entre correspondência normal e aquela enviada pelo endereço de retorno não rastreável. • Cada item é composto por blocos de tamanho fixo. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

30. Mix-Net  Anonimato 100% garantido? • Se um dentre todos os mixes for seguro então o anonimato será preservado Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

31. BABEL – Remetente de Correio Eletrônico Anônimo • Remetente de E-mail anônimo • Baseado nos Mixes de [Chaum, 1981] • Utilização de Vários Mixes • Caminho de Retorno Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

32. BABEL – Propriedades desejadas • 1 – Qualquer que está apto a mandar e-mail deve estar apto a fazer isso anonimamente. • 2 – Deve ser impossível (ou, no mínimo, computacionalmente difícil) determinar a origem de um e-mail anônimo. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

33. BABEL – Propriedades desejadas • 3 – O receptor de um e-mail anônimo pode responder ao remetente, que permanece anônimo. Além disso, receptores podem responder com múltiplas mensagens. • 4 – O anonimato das extremidades deve ser preservado mesmo se um número de entidades conspira contra. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

34. BABEL – Propriedades desejadas • 5 – A estrutura de entrega de e-mails deve ser resistente a ataques passivos e ativos. • 6 – O remetente de um e-mail anônimo pode obter confirmação que sua mensagem foi corretamente processada. • 7 – E-mails anônimos não devem sobrecarregar a estrutura global de email. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

35. BABEL – Ataques Passivos Alice MIX Bob • Fonte: [Gükü & Tsudik, 1996] • Ataque de codificação de mensagem • Timing attack Eve Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

36. BABEL – Ataques Ativos – Isolate & Identify • Verificar endereço do remetente A A` B - Agressor B` C C` D D` Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

37. BABEL – Ataques Ativos – Message Replay (Parte1) • B copia a mensagem enviada por A A A` B - Agressor B` C C` D D` Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

38. BABEL – Ataques Ativos – Message Replay (Parte2) • B envia uma cópia da mensagem e descobre para onde ela foi enviada A A` B - Agressor B` C C` D D` Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

39. BABEL – Ataques Ativos – Message Replay  Solução • O Mix não deve permitir cópias • No caso do Caminho de Retorno podem haver itens repetidos • Inter-Mix Detours Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

40. Alguns Problemas desta arquitetura • Não Interessantes para aplicações de tempo-real já que o atraso pode ser elevado. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

41. Onion Routing - Definição • Onion Routing é uma infra-estrutura para comunicação privada sobre uma rede pública. Ele permite conexões anônimas que são fortemente resistentes a análise de tráfego e observadores indesejados (eavesdropping) [Reed et. Al,]. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

42. Onion Routing - Características • Bidirecional • Pode-se utilizar uma conexão de socket comum. • Baseado em Mixes. • Elimina o problema de atraso (latência). Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

43. Onion Routing - Implementação • Conexão com a máquina destino é feita a partir da conexão com uma seqüência de outras máquinas chamadas roteadores Onion. • Os roteadores Onion estão conectados por conexões de sockets permanentes. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

44. Onion Routing - Implementação • A conexão tem 3 fases: • Estabelecimento da conexão • Troca de dados • Finalização da Conexão • É utilizada criptografia assimétrica apenas na 1ª fase. Depois é utilizada criptografia simétrica. Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

45. Onion Routing - Arquitetura Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

46. Onion Routing – Aplicações • Virtual Private Networks • Navegar na Web • E-mail • Remote login • Chat Anônimo Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

47. Onion Routing - Problemas • Sujeito a Timing Atack Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

48. Web-Mixes • [Berthold,Federrath & Kopsell, 2000] • Acesso à Internet em tempo-real. • Três partes lógicas: • JAP (Java Anon Proxy) • Mixes • Cache-Proxy Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

49. Web Mixes - Arquitetura Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo

50. Web Mixes: Novos Aspectos • Chop-and-Slice • Sistema de autenticação baseada em tíquetes Tópicos em Sistemas Distribuídos e Redes: Privacidade e Personalização Prof. Zorzo