Salatun liikenteen analyysi

Verkkoliikenteen salaaminen suojaa viestien sisältöä, mutta pakettien ajoitus on edelleen täysin havaittavissa. Salattua yhteyttä tarkkaileva hyökkääjä voi mitata pakettien välisiä viiveitä, yhteyden kestoa ja purskeiden ajallista rakennetta. Nämä ajoitusominaisuudet voivat paljastaa, millaista sovellusta käytetään, kirjoittaako käyttäjä vai vastaanottaako hän tietoja ja joissakin tapauksissa mahdollistaa arkaluonteisten tietojen rekonstruoinnin pelkän ajoituksen perusteella.

Tietosisältöä lukemattakin pakettien koot välittävät tietoa. Tiedoston lataus tuottaa siirtoyksikön enimmäiskokoa lähestyviä suuria paketteja, kun taas chat-viesti tuottaa pieniä paketteja. Salatun istunnon aikana siirretty tietomäärä voi paljastaa, jaettiinko suuri tiedosto. Videopuhelun laatuasetukset tuottavat tunnusomaisia pakettikokojakaumia, jotka koulutettu tarkkailija tunnistaa.

Liikenneanalyysissä tutkitaan, kuka viestii kenen kanssa, milloin, kuinka usein ja kuinka pitkään, tarkastelematta sisältöä. Jopa täysin salattu viestintä paljastaa sosiaalisen graafin. Tieto siitä, että toimittaja ottaa yhteyttä tietyn valtion virkamiehen IP-osoitteeseen epäsäännöllisin väliajoin, on arvokasta tiedustelutietoa riippumatta siitä, mitä sanottiin. Liikenneanalyysiä on käytetty valvontaan lennätinviestinnän ajoista lähtien.

Kun selain muodostaa TLS-yhteyden, se lähettää Server Name Indication -laajennuksen alustavassa ClientHello-viestissä ennen salauksen alkamista. SNI sisältää verkkotunnuksen, johon asiakas haluaa muodostaa yhteyden. Kuka tahansa verkkopolulla oleva tarkkailija voi lukea SNI:n ja tietää täsmälleen, millä verkkosivustolla käyttäjä vierailee, vaikka seuraavat HTTP-pyynnöt ovat salattuja. SNI on selväkielinen, koska palvelin tarvitsee sen valitakseen oikean varmenteen.

QUIC on Googlen kehittämä moderni siirtoprotokolla, joka toimii UDP:n päällä. Se salaa TLS-kättelyn, mukaan lukien SNI:n, heti alusta alkaen käyttämällä Encrypted Client Hello (ECH) -mekanismia. ECH salaa sisemmän ClientHello-viestin, joka sisältää todellisen isäntänimen, ulomman ClientHello-viestin sisään. Ulompi viesti on osoitettu CDN:n tulopisteeseen. Tämä estää isäntänimen vuotamisen, joka on väistämätöntä klassisessa TCP:n päällä toimivassa TLS 1.3:ssa.

Verkkosivustojen sormenjälkianalyysihyökkäykset hyödyntävät sitä, että jokainen verkkosivusto tuottaa ominaislaatuisen resurssipyyntöjen mallin: tietyn määrän tietynkokoisia objekteja, jotka ladataan tietyssä järjestyksessä. Opettamalla luokittimen näiden mallien perusteella hyökkääjä voi tunnistaa, millä verkkosivustolla käyttäjä vieraili, pelkkien liikennemallien perusteella, jopa salatun VPN-yhteyden kautta. Tutkimusten mukaan yleisten verkkosivustojen tunnistustarkkuus on yli 90 prosenttia.

Tor reitittää liikenteen kolmen vapaaehtoisten ylläpitämän välityssolmun kautta ja salaa sen jokaisessa solmussa, mikä piilottaa yhteyden lähteen ja kohteen välillä. Jos hyökkääjä pystyy tarkkailemaan sekä Torin entry-solmua että exit-solmua, se voi kuitenkin käyttää liikenteen korrelaatiota: tulosolmussa ja poistumissolmussa näkyvät ajoitus- ja määrämallit vastaavat toisiaan, vaikka sisältö on salattu. Valtiolliset toimijat, joilla on valvontakykyä internetin laajoilla alueilla, voivat suorittaa tällaisen korrelaatiohyökkäyksen.

Netflix ja YouTube mukauttavat videon laatua käytettävissä olevan kaistanleveyden mukaan, ja eri tarkkuudet tuottavat erilaisia pakettien saapumisnopeuden ja koon jakaumia. Tutkijat ovat osoittaneet, että tarkkailija voi päätellä suoratoistettavan videon nimen vertaamalla havaittua liikennemallia tunnettujen videoiden eri laatutasoista koostuvaan sormenjälkitietokantaan. Tämä toimii myös HTTPS:n kautta, koska content-length- ja ajoitusmallit ovat näkyvissä.

VPN salaa liikenteen käyttäjän ja VPN-palvelimen välillä ja piilottaa kohteet paikalliselta Internet-palveluntarjoajalta. VPN-palveluntarjoaja näkee kuitenkin kaikki kohteet sekä kuhunkin kohteeseen liittyvän kokonaisliikennemäärän, ja ennen VPN-tunnelin muodostamista tehdyt DNS-kyselyt voivat edelleen vuotaa Internet-palveluntarjoajalle. Lisäksi selainten WebRTC voi paljastaa käyttäjän todellisen IP-osoitteen, vaikka VPN olisi käytössä, jollei sitä erikseen estetä.

Ennen TLS-yhteyden muodostamista selain tekee DNS-kyselyn selvittääkseen verkkotunnuksen IP-osoitteen. Jos DNS:ää ei ole salattu eli DoH:ta tai DoT:ta ei käytetä, DNS-kysely kulkee selväkielisenä ja paljastaa kohteen paikalliselle DNS-resolverille, Internet-palveluntarjoajalle ja kaikille verkkoa tarkkaileville. Vaikka seuraava TLS-yhteys olisi salattu ja ECH piilottaisi SNI:n, DNS-kysely on jo paljastanut kohteen.

Liikenneanalyysiltä suojautuminen edellyttää peiteliikenteen lisäämistä todellisten mallien hämärtämiseksi, anonymiteettiverkkojen käyttämistä liikenteen muotoilun kanssa sekä DNS:n salaamista DoH:lla tai DoT:lla. HTTPS-täyte voi peittää objektien koot. Torin pluggable transport -siirtomenetelmä peittää liikennemalleja ja auttaa vastustamaan sensuurin perusteella tapahtuvaa tunnistamista. Mikään yksittäinen vastatoimi ei torju kaikkia liikenneanalyysihyökkäyksiä, vaan tehokas suojaus edellyttää useiden tekniikoiden kerrostamista.

Salaus suojaa sisältöä, mutta ei metatietoja. Ajoitus, pakettien koot ja viestintämallit paljastavat merkittäviä tietoja. TLS:n SNI vuotaa isäntänimen selväkielisenä, kun taas QUICin Encrypted Client Hello estää tämän. Verkkosivustojen sormenjälkianalyysillä voidaan tunnistaa vieraillut sivustot liikennemallien perusteella. Tor on altis maailmanlaajuisten vastustajien tekemälle liikenteen korrelaatiolle. TLS:ää edeltävät DNS-kyselyt paljastavat kohteet, jollei DoH:ta tai DoT:ta käytetä.