寄生于对等网络的匿名通信模型与算法研究

The anonymous communication systems aim to protect personal privacy by hiding the relationship between information sender and receiver, concealing the communication behavior, and encrypting the communication content. Some recently presented attacks based on the traffic correlation analysis are effective to attack these systems by building correlation between different links according to the traffic patterns in time domain and frequency domain. To address this problem, we present a kind of novel parasitic anonymous communication systems, where each communication node is parasitic in exsiting large scale Peer-to-Peer networks, and hides the communication data into P2P network packets by adopting steganography and encryption mechanisms. The traffic pattern of each link is independent of the arrival time and volume of the hidden communication data,so the systems can resist the trafic analysis attacks effectively. On the other hand, the parasitic technique based on steganography makes adversaries hard to distinguish the parasitic communication nodes from millions of P2P nodes in the host network,which extends the anonymity set of the system enormously and promotes the anonymity effectively when the number of online communication nodes is small.

匿名通信系统旨在隐藏通信双方关系、隐蔽通信行为、保护通信内容，从而达到保护通信方隐私的目的。近年来提出的基于流量关联分析的攻击方法，能通过比较不同链路的时域和频域流量特征，对匿名通信路径上的链路进行有效关联，从而破坏匿名保护。我们提出一种全新的思路，通过将匿名通信节点寄生于已有的大型对等（Peer-to-Peer）网络中，并将通信数据混合垃圾数据通过加密编码及信息隐藏的方法嵌入到P2P网络包中进行相互传递, 使得通信链路的流量特征独立于隐藏通信数据的到达时间及数量，从而有效抵抗流量关联分析攻击。另一方面，基于信息隐藏的寄生技术，使得攻击者难以从数以千万计的P2P网络节点中识别寄生通信节点并进行攻击和破坏，极大程度提高系统的匿名集，有效提升少数通信节点情况下的匿名性。

匿名通信系统旨在隐藏通信双方关系、隐蔽通信行为、保护通信内容，从而达到保护通信方隐私的目的。近年来提出的基于流量关联分析的攻击方法，能通过比较不同链路的时域和频域流量特征，对匿名通信路径上的链路进行有效关联，从而破坏匿名保护。我们提出一种全新的思路，通过将匿名通信节点寄生于已有的大型对等（Peer-to-Peer）网络中，并将通信数据混合垃圾数据通过加密编码及信息隐藏的方法嵌入到P2P网络包中进行相互传递, 使得通信链路的流量特征独立于隐藏通信数据的到达时间及数量，从而有效抵抗流量关联分析攻击。另一方面，基于信息隐藏的寄生技术，使得攻击者难以从数以千万计的P2P网络节点中识别寄生通信节点并进行攻击和破坏，极大程度提高系统的匿名集，有效提升少数通信节点情况下的匿名性。具体而言，我们设计并实现了以P2P文件共享系统以及P2P流媒体系统为宿主的寄生匿名通信算法和系统。实验表明，该类方法可有效抵抗流量分析、暴露攻击、协同攻击等恶意攻击，同时具备较好的匿名性和隐秘性。该项目的成果可较好的应用在基于开放互联网络的隐秘通信系统中。