CN101599968B

CN101599968B - 可靠匿名传输方法及系统

Info

Publication number: CN101599968B
Application number: CN200910088018A
Authority: CN
Inventors: 沃天宇; 唐鹏; 李建欣; 李博; 怀进鹏
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: CN101599968A

Abstract

本发明公开了一种可靠匿名传输方法及系统。该方法包括：数个发起节点分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段，所述已排序的中间节点与所述发起节点的个数相同；每个所述中间节点对接收到的所述报文段进行缓存处理或转发处理。该系统包括：数个发起节点和至少一组已排序的中间节点。本发明利用合作发起节点和中间节点对通信消息进行匿名传输，保证了匿名传输的可靠进行。

Description

可靠匿名传输方法及系统

技术领域

本发明涉及网络通信技术，特别涉及一种可靠匿名传输方法及系统。

背景技术

随着互联网在世界范围内的迅猛发展，通过网络已逐步实现了全社会的信息共享，由此带来的信息安全与隐私问题也逐渐受到人们的广泛关注。匿名是指保护用户身份信息的隐私，已经成为很多网络应用的基本需求。在电子商务、电子选举、电子拍卖、网页(Web)浏览、电子邮件、即时通信、在线医疗咨询以及军事通信、情报通信等各种网络应用中，都需要保护用户身份以及通信者之间的对应关系等隐私信息不被泄露。然而，当前的互联网协议并不支持匿名性保护，网络管理人员、网络服务提供商甚至非法监听者都可以通过各种手段获取网络使用者的身份信息、行为习惯等，来危害个人隐私。尽管加密协议，诸如安全套接层(Secure Socket Layer；以下简称：SSL)、传输层安全(Transport Layer Security；以下简称：TLS)以及IP层协议安全结构(Security Architecture for IP network；以下简称：IPSec)等，可以防止对通信过程中传递的信息内容进行窃听和分析，但是通过对网络数据报文的分析仍能解析出通信的源地址、目的地址、报文长度、通信时间以及通信频率等，从而获知通信者的身份信息、网络行为特征或通信者之间的对应关系。

因此，匿名通信技术成为了保护网络用户隐私的基本手段。目前的匿名通信技术主要有：基于代理的匿名通信技术和基于对等节点的匿名通信技术。早期的基于代理的匿名通信系统中通常使用单个或者一组匿名代理节点为用户的网络活动提供匿名性保证，例如在洋葱路由器(They Onion Router；以下简称：Tor)系统中，所有用户的通信交互都是由一组匿名代理进行转发。在基于对等节点的匿名通信系统中，通信的发起节点与接收节点隐藏在对等节点之中，在一条随机路径或预构造路径上对通信消息进行传播，消息逐渐靠近并最终到达接收节点，使得恶意节点无法获取节点活动信息，从而提供匿名性保证。即使攻击节点能够监控普通节点的通信消息，也无法判断该节点是通信的接收节点、发起节点还是转发节点。Crowds(群组)是基于随机路径的匿名传输技术，能够保证发送节点的匿名性，即所谓的单向匿名。洋葱路由(Onion Routing)是基于预构造路径的匿名传输技术，能够同时保证接收节点和发送节点的匿名性。

但是，基于代理的匿名通信系统中，由于使用单个或者一组的匿名代理节点，整个系统的通信负载都将由这些代理节点承担，因此系统规模难于扩展，同时也容易发生单节点失效问题，无法保证系统的可靠性，同时这些代理节点很容易成为攻击目标，一旦这些代理节点被攻击节点控制，系统的匿名性也会受到很大影响。而基于对等节点的匿名通信系统，虽然能够解决系统规模难于扩展以及单节点失效的问题，但是，无论是基于随机路径还是基于预构造路径，只有路径足够长，匿名性才足够好，然而在实际的互联网以及点对点(Peer to Peer；以下简称：P2P)系统中，节点会频繁加入和退出，如果匿名路径上的节点在通信期间下线或者消失，则本次通信就将失败，因此路径越长，可靠性越低。

目前，主要通过以下手段来提高匿名通信的可靠性。一种是基于激励的方法，建立激励机制，对于参与匿名通信的节点提供相应的激励，使之愿意在某个匿名通信过程中保持在线，从而使匿名通信的传输路径保持稳定，以提高可靠性。另一种是优先选取可靠节点的方法，通过对各个节点历史数据的分析，找出相对比较可靠的节点，在建立匿名通信的路径时，优先选择这些可靠节点作为中间转发节点，从而提高整个匿名传输路径的可靠性。再一种是基于冗余备份的方法，在匿名通信过程中，通信的发起节点同时构造数条匿名传输路径，只要有一条路径在通信过程中保持稳定，匿名通信就能成功完成。还一种基于冗余备份的方法，是将匿名通信路径中的每一跳由单个节点扩展成多个节点，在匿名通信过程中只要每一跳正常节点的个数高于冗余下限，则匿名通信就能够成功。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：对于基于激励的方法，激励机制的建立过程比较复杂，成本较高，同时其无法避免一些意外状况比如网络异常、节点宕机等对匿名传输的影响。对于优先选取可靠节点的方法，首先，对网络中所有节点的历史数据进行分析的工作量非常大，其次，网络中的可靠节点的个数相对固定，如果所有节点都优先选取这些可靠节点作为中间节点，也会降低通信的匿名性。目前现有的基于冗余备份的方法，对可靠性的提升并不显著，同时还会比较明显的降低传输的匿名性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠匿名传输方法及系统，以提高匿名传输的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种可靠匿名传输方法，包括：

数个发起节点分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段，所述已排序的中间节点与所述发起节点的个数相同；

每个所述中间节点对接收到的所述报文段进行缓存处理或转发处理；

进一步地，在所述数个发起节点分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段之前，还包括：

原始发起节点生成一临时对称密钥，并利用所述临时对称密钥对报文进行加密；

所述原始发起节点对被所述临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到数个报文段，并对数个所述报文段进行排序；

所述原始发起节点通过不同的随机路径将报文段发送到不同的合作发起节点；

所述原始发起节点选取数个中间节点，并对所述中间节点进行分组和排序。

其中，所述原始发起节点对被所述临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到数个报文段，并对数个所述报文段进行排序，具体为：

所述原始发起节点将被所述临时对称密钥加密的报文分成数个报文子块；

所述原始发起节点利用目标节点的公开密钥对所述临时对称密钥进行加密；

所述原始发起节点将被所述目标节点的公开密钥加密的临时对称密钥添加到每个所述报文子块中，形成数个报文段；

所述原始发起节点对数个所述报文段进行排序；

所述原始发起节点选取数个中间节点，并对所述中间节点进行分组和排序，具体为：

所述原始发起节点随机选取网络中的其他对等节点作为中间节点，并将所述中间节点进行分组，每组中间节点的个数等于报文段的个数；

所述原始发起节点对每组所述中间节点进行排序。

所述每个所述中间节点对接收到的所述报文段进行缓存处理或转发处理，具体为：

每个所述中间节点接收到所述报文段时，判断本中间节点是否为所述报文段的目标节点；

若所述中间节点是所述报文段的目标节点，则缓存所述报文段；

若所述中间节点不是所述报文段的目标节点，则判断所述报文段的序号与本中间节点的序号是否相同；

若所述报文段的序号与本中间节点的序号相同，则向下一跳的节点转发所述报文段；

若所述报文段的序号与本中间节点的序号不同，则缓存所述报文段。

更进一步地，本发明提供的可靠匿名传输方法还包括：

每个所述中间节点对接收到报文段的序号进行统计，若所述中间节点未接收到全部报文段，则向任一已发报文段的上一跳的节点发送包含未接收到报文段序号信息的报文段获取请求；

所述已发报文段的上一跳的节点接收到所述报文段获取请求时，将与所述序号信息对应的报文段发送至请求获取报文段的中间节点。

本发明提供了一种可靠匿名传输系统，包括：数个发起节点和至少一组已排序的中间节点；其中，所述数个已排序的发起节点用于分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段，所述已排序的中间节点与所述发起节点的个数相同；所述至少一组已排序的中间节点用于对接收到的所述报文段进行缓存处理或转发处理，每组所述已排序的中间节点的个数与所述发起节点的个数相同；还包括原始发起节点，用于在所述数个发起节点分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段之前，生成一临时对称密钥，并利用所述临时对称密钥对报文进行加密；对被所述临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到数个报文段，并对数个所述报文段进行排序；通过不同的随机路径将报文段发送到不同的合作发起节点；选取数个中间节点，并对所述中间节点进行分组和排序。

本发明通过提供一种可靠匿名传输方法及系统，利用合作发起节点和中间节点对通信消息进行匿名传输，保证了匿名传输的可靠进行。

附图说明

图1为本发明可靠匿名传输方法第一实施例的流程图；

图2为本发明可靠匿名传输方法第二实施例的流程图；

图3为本发明可靠匿名传输方法第三实施例的流程图；

图4为本发明可靠匿名传输方法第四实施例的流程图；

图5为本发明可靠匿名传输方法第一具体实施例的示意图；

图6为本发明可靠匿名传输方法第二具体实施例的示意图。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明可靠匿名传输方法第一实施例的流程图。如图1所示，本实施例提供了一种可靠匿名传输方法，包括：

步骤101、数个发起节点分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段，已排序的中间节点与发起节点的个数相同；

步骤102、每个中间节点对接收到的报文段进行缓存处理或转发处理。

在本实施例中，若某个节点欲向目标节点发送报文，则会联合数个节点与其合作，形成数个发起节点一起发送报文。数个发起节点中分别存储不同的报文段，并向相同个数的中间节点发送该报文段；当中间节点接收到报文段时，将该报文段进行缓存处理或者转发至报文的目标节点，转发原则与发起节点相同。当目标节点接收到所有的报文段后，可以将这些报文段组合以获得完整的报文。

本发明通过提供一种可靠匿名传输方法，利用合作发起节点和中间节点对通信消息进行匿名传输，保证了匿名传输的可靠进行。

图2为本发明可靠匿名传输方法第二实施例的流程图。如图2所示，在上述可靠匿名传输方法第一实施例的基础上，在步骤101之前，还可以包括：

步骤201、原始发起节点生成一临时对称密钥，并利用该临时对称密钥对报文进行加密；

步骤202、原始发起节点对被临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到数个报文段，并对数个报文段进行排序；

步骤203、原始发起节点通过不同的随机路径将报文段发送到不同的合作发起节点；

步骤204、原始发起节点选取数个中间节点，并对中间节点进行分组和排序。

在本实施例中，某一原始发起节点欲发送报文，则首先生成一个临时对称密钥，利用该临时对称密钥对报文进行加密，对被临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到数个报文段，并对数个报文段进行排序。然后原始发起节点将再利用第二对称密钥对报文段加密，并将加密后的报文段和该第二对称密钥按照流言传播(Rumor Riding)的方式传播出去，当网络中的某个节点从不同的路径接收到加密后的报文段和第二对称密钥时，用该第二对称密钥对加密后的报文进行解密操作，若解密成功，则将此节点定义为原始发起节点的合作发起节点，用于与协助原始发起节点发送报文。在此节点中，无论解密操作成功与否，该节点都继续将第二对称密钥和加密后的报文段随机发送到邻居节点，直到达到预先设置的最大传播跳数。当原始发起节点与这些合作发起节点组成数个已排序的发起节点，原始发起节点选取数个中间节点，并对这些中间节点进行分组和排序，然后按照本发明方法第一实施例的流程进行报文的匿名传输。

本发明通过提供一种可靠匿名传输方法，保证了选取合作发起节点的随机性，使得攻击节点无法通过分析数个发起节点之间的通信关系来获取原始发起节点的信息，利用合作发起节点和中间节点对通信消息进行匿名传输，保证了匿名传输的可靠进行。

图3为本发明可靠匿名传输方法第三实施例的流程图。如图3所示，在上述可靠匿名传输方法第二实施例的基础上，步骤202可以具体为：

步骤301、原始发起节点将被临时对称密钥加密的报文分成数个报文子块；

步骤302、原始发起节点利用目标节点的公开密钥对该临时对称密钥进行加密；

步骤303、原始发起节点将被目标节点的公开密钥加密的临时对称密钥添加到每个报文子块中，形成数个报文段；

步骤304、原始发起节点对数个报文段进行排序。

步骤204可以具体为：

步骤305、原始发起节点随机选取网络中的其他对等节点作为中间节点，并将中间节点进行分组，每组中间节点的个数等于报文段的个数；

步骤306、原始发起节点对每组中间节点进行排序。

在本实施例中，原始发起节点将被临时对称密钥加密的报文分成数个报文子块，然后利用目标节点的公开密钥对临时对称密钥进行加密，并将被目标节点的公开密钥加密的临时对称密钥添加到每个报文子块中，形成数个报文段，对数个报文段进行排序；然后，原始发起节点随机选取网络中的其他对等节点作为中间节点，并将中间节点进行分组，每组中间节点的个数等于报文段的个数；同时，原始发起节点对每组中间节点进行排序。最后，按照上述实施例的流程进行报文的匿名传输。

图4为本发明可靠匿名传输方法第四实施例的流程图。如图4所示，在上述方法第一实施例的基础上，步骤102可以具体为：

步骤401、每个中间节点接收到报文段时，判断本中间节点是否为该报文段的目标节点；若是，执行步骤402，否则，执行步骤403；

步骤402、缓存该报文段；

步骤403、判断该报文段的序号与本中间节点的序号是否相同；若相同，执行步骤404，否则，执行步骤402；

步骤404、向下一跳的节点转发该报文段。

在本实施例中，当某个中间节点接收到报文段时，首先判断本中间节点是否为该报文段的目标节点，例如，可以查看该报文段中携带的目标节点标志与本中间节点是否一致，若一致，则认为本中间节点为该报文段的目标节点。若通过判断可以确定本中间节点为该报文段的目标节点，则缓存该报文，当目标节点接收到所有的报文段后，可以将这些报文段组合以获得完整的报文。若本中间节点不是该报文段的目标节点，则继续进行报文传输，此时，该中间节点将与其序号相同的报文段转发至下一跳的节点，将序号不同的报文暂时缓存，以备代替其他失效的中间节点发送报文段。中间节点可以根据自身节点具体情况设置本节点的最大缓存个数以及报文段的缓存时间，删除超过缓存时间的报文段。

同时，每个中间节点对接收到报文段的序号进行统计，若中间节点未接收到全部报文段，则向任一已发报文段的上一跳的节点发送包含未接收到报文段序号信息的报文段获取请求；当已发报文段的上一跳的节点接收到该报文段获取请求时，将与该序号信息对应的报文段发送至请求获取报文段的中间节点。

下面以两个发起节点为例，对本实施例进行详细描述。图5为本发明可靠匿名传输方法第一具体实施例的示意图。如图5所示，假设两个发起节点分别为S₀和S₁，目标节点为D，首先发起节点S₀将报文段Package₀发送到中间节点P₁₀和P₁₁，发起节点S₁将报文段Package₁发送到中间节点P₁₀和P₁₁，中间节点P₁₀和P₁₁对接收到的报文段进行缓存，然后中间节点P₁₀将报文段Package₀发送到中间节点P₂₀和P₂₁，中间节点P₁₁将报文段Package₁发送到中间节点P₂₀和P₂₁。中间节点P₂₁接收到报文段后，判断出其为该报文段的目标节点D，因此将报文段缓存，当接收到所有的报文段Package₀和Package₁后，将这些报文段组合以获得完整的报文，并使用自身私有密钥对临时对称密钥进行解密，然后利用该临时对称密钥对报文进行解密。并且目标节点D为了不暴露自己的身份，在接收到报文段后仍按照前述方法将报文段进行转发，如在本实施例中目标节点D，即中间节点P₂₁向下一跳的节点P₃₀和P₃₁发送报文段Package₁。

图6为本发明可靠匿名传输方法第二具体实施例的示意图。如图6所示，在上述方法第一具体实施例的基础上，当中间节点P₁₀失效时，中间节点P₂₀和P₂₁无法接收到从中间节点P₁₀发送的报文段Package₀，因此，中间节点 P₂₀和P₂₁分别向中间节点P₁₁发送包含报文段序号信息的报文段获取请求，中间节点P₁₁接收到该报文段获取请求，分别向中间节点P₂₀和P₂₁发送Package₀。通过上述措施，中间节点P₂₀和P₂₁都能够获得所有的报文段，从而提高了匿名传输的可靠性。

本发明实施例还提供了一种可靠匿名传输系统包括：数个已排序的发起节点和至少一组已排序的中间节点。其中，数个发起节点中包括原始发起节点与若干合作节点，原始发起节点通过流言传播(Rumor Riding)的方式寻找到若干合作发起节点。数个已排序的发起节点用于分别对被临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到与已排序的发起节点个数相同的数个报文段，并对数个报文段进行排序；每个发起节点向数个已排序的中间节点发送与本发起节点的序号相同的报文段，已排序的中间节点与已排序的发起节点的个数相同；至少一组已排序的中间节点用于对接收到的报文段进行缓存处理或转发处理；在至少一组已排序的中间节点中，包括一个目标节点，该目标节点用于对接收到的报文段进行缓存处理。当目标节点接收到所有的报文段后，可以将这些报文段组合以获得完整的报文。

该可靠匿名传输系统的功能实现如上述方法实施例中的具体描述，在此不再赘述。

本发明通过提供一种可靠匿名传输系统，利用合作发起节点和中间节点对通信消息进行匿名传输，保证了匿名传输的可靠进行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种可靠匿名传输方法，其特征在于，包括：

在所述数个发起节点分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段之前，还包括：

2.根据权利要求1所述的可靠匿名传输方法，其特征在于：

所述原始发起节点对被所述临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到数个报文段，并对数个所述报文段进行排序，具体为：

所述原始发起节点对数个所述报文段进行排序；

所述原始发起节点对每组所述中间节点进行排序。

3.根据权利要求1至2中任一所述的可靠匿名传输方法，其特征在于，所述每个所述中间节点对接收到的所述报文段进行缓存处理或转发处理，具体为：

4.根据权利要求3所述的可靠匿名传输方法，其特征在于，还包括：

5.一种可靠匿名传输系统，其特征在于，包括：

数个发起节点，用于分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段，所述已排序的中间节点与所述发起节点的个数相同；

至少一组已排序的中间节点，用于对接收到的所述报文段进行缓存处理或转发处理，每组所述已排序的中间节点的个数与所述发起节点的个数相同；

原始发起节点，用于在所述数个发起节点分别向数个已排序的中间节点发送本发起节点中存储的报文段之前，生成一临时对称密钥，并利用所述临时对称密钥对报文进行加密；对被所述临时对称密钥加密的报文进行分段处理，得到数个报文段，并对数个所述报文段进行排序；通过不同的随机路径将报文段发送到不同的合作发起节点；选取数个中间节点，并对所述中间节点进行分组和排序。