オニオンルーティング

オニオン ルーティングは、コンピュータ ネットワーク上で匿名通信を行うための技術です。オニオン ネットワークでは、メッセージはタマネギの層に似た暗号化の層にカプセル化されます。暗号化されたデータは、 「オニオン ルーター」と呼ばれる一連のネットワーク ノードを介して送信されます。各ノードは 1 つの層を「剥がし」、データの次の宛先を明らかにします。最後の層が復号化されると、メッセージは宛先に到着します。各中継ノードは直前のノードと直後のノードの場所しか知らないため、送信者は匿名のままです。^[1]オニオン ルーティングは高度なセキュリティと匿名性を提供しますが、タイミング分析など、この技術の匿名性を破る方法があります。^[2]

オニオンルーティングは、1990年代半ばに米国海軍研究所の職員ポール・シバーソン、マイケル・G・リード、デビッド・ゴールドシュラッグによって、米国の諜報通信をオンラインで保護するために開発されました。^{[3] [4 ] [5]その後、}国防高等研究計画局（DARPA）によって改良され、1998年に海軍によって特許を取得しました。^{[4] [6] [7]}

この方法は、同じ年に同じ従業員によって IEEE Journal on Selected Areas in Communications に論文として発表され、公開されました。この論文では、盗聴やトラフィック分析攻撃を行うネットワークや外部の監視者からユーザーを保護するためにこの方法を使用する方法が説明されています。この研究の最も重要な部分は、仮想プライベートネットワーク、Web ブラウジング、電子メール、リモートログイン、電子キャッシュなどの既存の電子サービスにおけるオニオンルーティングの構成とアプリケーションです。^[8]

既存のオニオン ルーティング テクノロジに基づいて、コンピューター サイエンティストのRoger Dingledine氏とNick Mathewson 氏が 2002 年にPaul Syverson 氏に加わり、当時はオニオン ルーティング プロジェクト ( Torプロジェクト)と呼ばれていた、オニオン ルーティングの最大かつ最もよく知られた実装を開発しました。

海軍研究所がTorのコードを無料ライセンスで公開した後、^{[5] [9] [10]、ディングルダイン、マシューソン、その他5人が、}電子フロンティア財団と他のいくつかの組織の財政的支援を受けて、2006年に非営利団体としてTorプロジェクトを設立しました。^{[11] [12]}

比喩的に言えば、タマネギは、メッセージを暗号化の連続層で「包む」ことによって形成されるデータ構造であり、メッセージが宛先に到達する前に、層の数と同じ数の中間コンピュータによって解読（「剥がされる」または「包みが解かれる」）されます。元のメッセージは、1 つのノードから次のノードに転送される間は隠されたままであり、データの発信元と最終宛先の両方を知らない中間者はいないため、送信者は匿名のままです。^[13]

オニオンを作成して送信するには、発信者は「ディレクトリ ノード」によって提供されるリストからノードのセットを選択します。選択されたノードは、「チェーン」または「回路」と呼ばれるパスに配置され、メッセージが送信されます。送信者の匿名性を保つため、回路内のどのノードも、その前のノードが発信者なのか、それとも自分と同じ別の仲介者なのかを判別できません。同様に、回路内のどのノードも回路内に他のノードがいくつあるか判別できず、最後のノードである「出口ノード」だけがチェーン内の自分の位置を判断できます。^[13]

非対称鍵暗号方式を使用して、発信者はディレクトリ ノードから公開鍵を取得し、暗号化されたメッセージを最初の (「エントリ」) ノードに送信して、接続と共有秘密(「セッション キー」) を確立します。エントリ ノードへの確立された暗号化リンクを使用して、発信者は最初のノードを介してチェーン内の 2 番目のノードにメッセージを中継できます。このとき、最初のノードではなく 2 番目のノードだけが復号できる暗号化が使用されます。2 番目のノードがメッセージを受信すると、最初のノードとの接続が確立されます。これにより、発信者からの暗号化リンクが拡張されますが、2 番目のノードは最初のノードが発信者なのか、それとも回路内の別のノードなのかを判断できません。発信者は、最初のノードと 2 番目のノードを介して 3 番目のノードにメッセージを送信できます。このメッセージは、3 番目のノードだけが復号できるように暗号化されます。3 番目のノードは、2 番目のノードと同様に、発信者にリンクされますが、2 番目のノードとのみ接続されます。このプロセスは、より大きなチェーンを構築するために繰り返すことができますが、通常はパフォーマンスを維持するために制限されています。^[13]

チェーンが完了すると、発信者はインターネット経由で匿名でデータを送信できます。データの最終受信者がデータを送り返すと、中間ノードは発信者への同じリンクを維持し、データは再び階層化されますが、逆の順序で、最終ノードが最初の暗号化レイヤーを追加し、最初のノードが最後の暗号化レイヤーを追加してから、Web ページなどのデータを発信者に送信します。発信者はすべてのレイヤーを復号化できます。^[13]

一般的なインターネット接続が匿名と見なされない理由の 1 つは、インターネット サービス プロバイダーがコンピューター間の接続を追跡してログに記録できることです。たとえば、ユーザーが特定の Web サイトにアクセスすると、データ自体はHTTPSなどの接続によって保護されるため、ユーザーのパスワード、電子メール、その他のコンテンツは外部の第三者には見えませんが、接続自体、接続の発生時刻、転送されたデータの量は記録されます。オニオン ルーティングは、2 台のコンピューター間のパスを作成して不明瞭にするため、ユーザーから Web サイトへの直接の接続は識別できませんが、コンピューター間の接続の記録は残ります。トラフィック分析では、潜在的な発信者によって行われた接続の記録を検索し、タイミングとデータ転送を潜在的な受信者への接続と一致させようとします。攻撃者がルートの両端を侵害した場合、送信者が、別の未知のコンピューターが特定の宛先にまったく同じサイズのデータ​​を転送する特定の秒数前に、未知のコンピューターに一定量のデータを転送したと判断されることがあります。^{[14] [15]}トラフィック分析を容易にする要因としては、ノードの障害やネットワークからの離脱^[15]や、チェーンが定期的に再構築される際に発生するセッションを追跡している侵害されたノードなどが挙げられます。^[16]

ガーリックルーティングは、 I2Pネットワークに関連するオニオンルーティングの変種であり、複数のメッセージをまとめて暗号化することで、データ転送速度が向上し、攻撃者がトラフィック分析を実行するのが困難になります^[17]。^[18]

送信されるメッセージは複数の暗号化層を経て送信されますが、チェーンの最終ノードである出口ノードの役割は、最終層を復号化し、受信者にメッセージを届けることです。したがって、侵入された出口ノードは、パスワード、プライベートメッセージ、銀行口座番号、その他の個人情報を含む可能性のある、送信中の生データを取得できます。スウェーデンの研究者であるダン・エガースタッドは、このような攻撃を使用して、外国大使館に関連する100を超える電子メールアカウントのパスワードを収集しました。^[19]

出口ノードの脆弱性は、セキュリティ保護されていないワイヤレス ネットワークの脆弱性に似ています。ネットワーク上のユーザーが送信するデータが、別のユーザーまたはルーター オペレーターによって傍受される可能性があります。どちらの問題も、SSL/TLSやセキュア HTTP (S-HTTP) などの安全なエンドツーエンド接続を使用することで解決できます。送信者と受信者の間でエンドツーエンドの暗号化が行われ、送信者が出口ノードによって提供される偽の SSL 証明書を信頼するように誘導されなければ、最後の仲介者でさえ元のメッセージを見ることはできません。

• Onion-Router.net – 以前は米国海軍研究所の高保証コンピュータシステムセンターでホストされていたサイト
• Syverson, PF; Goldschlag , DM; Reed, MG (1997)。「匿名接続とオニオン ルーティング」(PDF)。議事録。1997 IEEE セキュリティおよびプライバシー シンポジウム。pp. 44–54。doi :10.1109/ SECPRI.1997.601314。ISBN 0-8186-7828-3. S2CID  1793921。