CN108848050B - 一种隐匿服务的链路建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种隐匿服务的链路建立方法，建立后的链路的长度仅为原来的一半，更短的链路可以降低传输时延，同时让加解密的次数减少，减轻了客户端和服务器的负担。另外，将原有的单个出口节点改为多个出口节点，客户端发送的数据到达中继节点后，中继节点将数据发送给随机选择的出口节点，然后该出口节点将数据发送给服务器。同时，客户端和服务器都不知道完整的链路信息，可以提高链路的安全性。再之，出口节点改为一组多个节点的集合，多个出口节点分担流量，平均每个节点需要传输的数据更少，大大降低了拥塞的可能性，加快了数据传输的速率和链路的响应时间。

Description

一种隐匿服务的链路建立方法
技术领域
本发明涉及洋葱路由系统研究领域，为了提高链路的传输速率，更好地保护通信双方的匿名性，提出一种隐匿服务的链路建立方法，更短的链路提高了传输速率，链路建立时间也更短，更少的转发路由也让加解密的次数减少，同时多重路径降低了流量分析的可能性，具有更高的安全性。。
背景技术
深网(刘伟,孟小峰,孟卫一.Deep Web数据集成研究综述[J].计算机学报,2007(09):1475-1489)是指网上不能被标准搜索引擎搜到的页面，蕴含的信息量巨大，目前在深网中应用最广的匿名通信系统是洋葱路由系统Tor(The onion router)(Dingledine R,Mathewson N,Syverson P.Tor:The second-generation onion router[R].Washington,DC:Navel Research Lab,2004.)。Tor系统将用户的信息消息进行多层加密后，通过几个洋葱路由而不是直接的连接发送给接收者，以提供双向、低延时的匿名通信(RogerDingledine,Nick Mathewson.Tor Protocol Specification[EB/OL].https://gitweb.torproject.org/torspec.git/tree/tor-spec.txt,2018-01-03)。
一般的Tor链路保障客户端的匿名性，为了同时保证服务器的匿名性，Tor提供了隐匿服务(Hidden Service)(Müller,K.Past,Present and Future of Tor HiddenServices.
Figure BDA0001640973110000011
i
Figure BDA0001640973110000012
rapportserie 01/2015,January 2015.URL:http://hdl.handle.net/11250/274863.)。Tor允许隐匿服务提供方提供TCP服务而不暴露服务器的位置，这样可以保护服务器不受DDoS攻击。虽然Tor的隐匿服务发布已超过十年，但它的协议基本没有改变，正因为这样，它仍有很多缺点需要改进。隐匿服务的通信链路长度比Tor网络内普通的通信链路都要多出一倍，6跳的链路使得通信双方的通信时延大大增加。而且在选择节点时，若一个节点的选择不当，便可能使低带宽的节点成为链路瓶颈，极大影响了链路通信效率。随着网络流量增长，隐匿服务的问题日益突出(鲍凯.基于Tor的暗网脆弱性分析研究[D].电子科技大学,2016)。
黄诚强(黄诚强.基于Tor的反向匿名信道建立技术研究[D].西安电子科技大学,2014)提出了一种通过Tor的隐匿服务链路建立的匿名信道的技术，该技术可以提高链路的传输效率，提高双方的匿名性。但相比起原有的链路，它更容易受到流量分析攻击。
Yang L等人(Yang L,Li F.Enhancing Traffic Analysis Resistance for TorHidden Services with Multipath Routing[J].2015)提出了一种通过多重路径提高Tor隐匿服务的抗流量分析性(陈美玲.基于流量分析的Tor内容分类研究[D].北京交通大学,2017)的方法。该方法比原来的隐匿服务更能抵抗流量分析，提高了通信的安全度，但链路结构较为复杂，通信效率没有明显的提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种隐匿服务的链路建立方法，在保护客户端和服务器的匿名性的前提下，提高链路的数据传输效率，同时减少了加解密操作，加快了数据传输的速率和链路的响应时间。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
包括隐匿服务部署以及链路建立；
其中，链路建立的具体步骤如下：
S1-1、客户端通过带外的方式获得该服务对应的洋葱地址，然后通过洋葱地址计算出描述符id，再之从隐匿服务目录服务器下载隐匿服务描述符；客户端得到介绍节点列表及其公钥；
S1-2、客户端在向介绍节点发送数据前选择一个节点作为入口节点，并与其建立连接；
S1-3、服务器选择中继节点后通过介绍节点给客户端发送拓展链路指令，客户端收到指令包后不对指令包内容进行修改，修改包头的链路ID后转发给入口节点，将链路拓展到中继节点；
S1-4、服务器通过介绍节点给客户端发送数据包，指示中继节点建立到出口节点的链路；
S1-5、服务器以与步骤S1-4同样的方式指示中继节点建立到m-1个出口节点的链路；
S1-6、链路建立完成后，服务器发送关闭连接的指令，让介绍节点断开与客户端的连接；
S1-7、客户端得知其与介绍节点的连接后，说明与服务器间链路建立成功，开始通过新链路向服务器请求服务。
进一步地，所述隐匿服务部署的具体步骤如下：
S2-1、服务器为隐匿服务生成一对密钥；
S2-2、选择多个节点作为介绍节点；
S2-3、服务器与介绍节点建立连接，并给每个节点发送中继建立指令；
S2-4、介绍节点校验成功后发送对应的指令到服务器；
S2-5、服务器为隐匿服务生成一个隐匿服务描述符，包括隐匿服务对应的公钥、秘密id部分、发布时间、协议版本、介绍节点列表和隐匿服务描述符的签名；
S2-6、服务器再生成两个隐匿服务描述符的副本，并上传到隐匿服务目录服务器以供用户查找。
进一步地，客户端和服务器连通后，当客户端给服务器发送数据时，数据经过入口节点、中继节点和出口节点后到达服务器；该过程中，客户端发送的数据到达中继节点后，中继节点将数据发送给随机选择的出口节点，然后该出口节点将数据发送给服务器；而服务器给客户端发送数据的过程中，将数据发送给随机选择的出口节点，然后数据沿着链路传到客户端。
现有技术，以及与现有技术相比，本方案的原理和优点如下：
1.在原有的隐匿服务链路中，数据要经过6跳洋葱路由的转发才能到达目的地，这比一般的3跳链路要慢得多。当链路中有一个节点的速度较慢时，这个节点会成为链路的瓶颈，大大地降低了链路的传输速率。本方案中，链路的长度仅为原来的一半，更短的链路可以降低传输时延，同时让加解密的次数减少，减轻了客户端和服务器的负担。
2.Tor提供的隐匿服务的安全性是有限的，攻击者能够同时对通信双方进行有效观察的话，有发现双方身份的可能性(蔡沂,郑郁林.TOR端对端计时攻击的一种防御机制——TOR的多流链路复用技术研究[J].计算机安全,2010(06):11-12+26)。在本方案中，原有的单个出口节点改为多个出口节点，客户端发送的数据到达中继节点后，中继节点将数据发送给随机选择的出口节点，然后该出口节点将数据发送给服务器。同时，客户端和服务器都不知道完整的链路信息，可以提高链路的安全性。
3.在本方案中，出口节点改为一组多个节点的集合，多个出口节点分担流量，平均每个节点需要传输的数据更少，大大降低了拥塞的可能性，加快了数据传输的速率和链路的响应时间。
附图说明
图1为建立成功的链路网络拓扑图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
本实施例所述的一种隐匿服务的链路建立方法：包括隐匿服务部署以及链路建立，从而连通客户端和服务器；
其中，隐匿服务部署的具体步骤如下：
SA-1、服务器为隐匿服务生成一对密钥；
SA-2、选择3个节点作为介绍节点；
SA-3、服务器与介绍节点建立连接，并给每个节点发送中继建立指令；
SA-4、介绍节点校验成功后发送对应的指令到服务器；
SA-5、服务器为隐匿服务生成一个隐匿服务描述符，包括隐匿服务对应的公钥、秘密id部分、发布时间、协议版本、介绍节点列表和隐匿服务描述符的签名；
SA-6、服务器再生成两个隐匿服务描述符的副本，并上传到隐匿服务目录服务器以供用户查找。
链路建立的具体步骤如下：
SB-1、客户端通过带外的方式获得该服务对应的洋葱地址，然后通过洋葱地址计算出描述符id，再之从隐匿服务目录服务器下载隐匿服务描述符；客户端得到介绍节点列表及其公钥；
SB-2、客户端在向介绍节点发送数据前选择一个节点作为入口节点，并与其建立连接；
SB-3、服务器选择中继节点后通过介绍节点给客户端发送拓展链路指令，客户端收到指令包后不对指令包内容进行修改，修改包头的链路ID后转发给入口节点，将链路拓展到中继节点；
SB-4、服务器通过介绍节点给客户端发送数据包，指示中继节点建立到出口节点的链路；
SB-5、服务器以与步骤S1-4同样的方式指示中继节点建立到m-1个出口节点的链路(m由服务器自定义)；
SB-6、链路建立完成后，服务器发送关闭连接的指令，让介绍节点断开与客户端的连接；
SB-7、客户端得知其与介绍节点的连接后，说明与服务器间链路建立成功，开始通过新链路向服务器请求服务。
数据传输过程如下：
客户端和服务器连通后，当客户端给服务器发送数据时，数据经过入口节点、中继节点和出口节点后到达服务器，就像普通的洋葱链路。不一样的是，客户端和服务器都不知道完整的链路信息。客户端发送的数据到达中继节点后，中继节点将数据发送给随机选择的出口节点，然后该出口节点将数据发送给服务器。服务器给客户端发送数据的过程也类似，将数据发送给随机选择的出口节点，然后数据沿着链路传到客户端。
本实施例与现有技术相比，具有如下优点：
1.链路的长度仅为原来的一半，更短的链路可以降低传输时延，同时让加解密的次数减少，减轻了客户端和服务器的负担。
2.将原有的单个出口节点改为多个出口节点，客户端发送的数据到达中继节点后，中继节点将数据发送给随机选择的出口节点，然后该出口节点将数据发送给服务器。同时，客户端和服务器都不知道完整的链路信息，可以提高链路的安全性。
3.出口节点改为一组多个节点的集合，多个出口节点分担流量，平均每个节点需要传输的数据更少，大大降低了拥塞的可能性，加快了数据传输的速率和链路的响应时间。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种隐匿服务的链路建立方法，其特征在于，包括隐匿服务部署以及链路建立，从而连通客户端和服务器；
其中，链路建立的具体步骤如下：
S1-1、客户端通过带外的方式获得该服务对应的洋葱地址，然后通过洋葱地址计算出描述符id，再之从隐匿服务目录服务器下载隐匿服务描述符；隐匿服务描述符包括隐匿服务对应的公钥、秘密id部分、发布时间、协议版本、介绍节点列表和隐匿服务描述符的签名；客户端得到介绍节点列表及其公钥；
S1-2、客户端在向介绍节点发送数据前选择一个节点作为入口节点，并与其建立连接；
S1-3、服务器选择中继节点后通过介绍节点给客户端发送拓展链路指令，客户端收到指令包后不对指令包内容进行修改，修改包头的链路ID后转发给入口节点，将链路拓展到中继节点；
S1-4、服务器通过介绍节点给客户端发送数据包，指示中继节点建立到随机选择的出口节点的链路；
S1-5、服务器以与步骤S1-4同样的方式指示中继节点建立到m-1个出口节点的链路；
S1-6、链路建立完成后，服务器发送关闭连接的指令，让介绍节点断开与客户端的连接；
S1-7、客户端得知其与介绍节点的连接断开后，说明与服务器间链路建立成功，开始通过新链路向服务器请求服务。
2.根据权利要求1所述的一种隐匿服务的链路建立方法，其特征在于，所述隐匿服务部署的具体步骤如下：
S2-1、服务器为隐匿服务生成一对密钥；
S2-2、选择多个节点作为介绍节点；
S2-3、服务器与介绍节点建立连接，并给每个介绍节点发送中继建立指令；
S2-4、介绍节点校验成功后发送对应的指令到服务器；
S2-5、服务器为隐匿服务生成一个隐匿服务描述符；
S2-6、服务器再生成两个隐匿服务描述符的副本，并上传到隐匿服务目录服务器以供用户查找。
3.根据权利要求1所述的一种隐匿服务的链路建立方法，其特征在于，客户端和服务器连通后，当客户端给服务器发送数据时，数据经过入口节点、中继节点和出口节点后到达服务器；该过程中，客户端发送的数据到达中继节点后，中继节点将数据发送给随机选择的出口节点，然后该出口节点将数据发送给服务器；而服务器给客户端发送数据的过程中，将数据发送给所述随机选择的出口节点，然后数据沿着链路传到客户端。
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