Analisi del traffico cifrato

La cifratura del traffico di rete protegge il contenuto dei messaggi, ma la temporizzazione dei pacchetti rimane completamente osservabile. Un attaccante che monitora una connessione cifrata può misurare i ritardi tra i pacchetti, la durata della connessione e l'andamento temporale dei burst. Queste caratteristiche temporali possono rivelare il tipo di applicazione in uso, indicare se l'utente sta digitando o ricevendo dati e, in alcuni casi, consentire di ricostruire informazioni sensibili basandosi soltanto sulla temporizzazione.

Anche senza leggerne il contenuto, le dimensioni dei pacchetti forniscono informazioni. Il download di un file produce pacchetti di grandi dimensioni, prossimi alla massima unità di trasmissione; un messaggio di chat produce pacchetti piccoli. Il volume totale dei dati trasferiti durante una sessione cifrata può rivelare se è stato condiviso un file di grandi dimensioni. Le impostazioni della qualità di una videochiamata producono distribuzioni caratteristiche delle dimensioni dei pacchetti, riconoscibili da un osservatore esperto.

L'analisi del traffico esamina chi comunica con chi, quando, con quale frequenza e per quanto tempo, senza analizzare i contenuti. Anche le comunicazioni completamente cifrate rivelano un grafo sociale. Sapere che un giornalista contatta l'indirizzo IP di uno specifico funzionario governativo a intervalli irregolari costituisce un'informazione preziosa, indipendentemente da ciò che è stato detto. L'analisi del traffico viene utilizzata per la sorveglianza fin dall'epoca delle comunicazioni telegrafiche.

Quando un browser stabilisce una connessione TLS, invia un'estensione Server Name Indication nel messaggio ClientHello iniziale, prima che inizi la cifratura. SNI contiene il nome di dominio a cui il client vuole connettersi. Qualsiasi osservatore lungo il percorso di rete può leggere SNI e sapere esattamente quale sito web si sta visitando, anche se le richieste HTTP successive sono cifrate. SNI è trasmesso in testo in chiaro perché il server deve utilizzarlo per selezionare il certificato corretto.

QUIC è un moderno protocollo di trasporto sviluppato da Google che opera su UDP. Utilizza il meccanismo Encrypted Client Hello (ECH) per cifrare il handshake TLS, incluso SNI, fin dall'inizio. ECH cifra il ClientHello interno, che contiene il nome host reale, all'interno di un ClientHello esterno indirizzato a un punto di ingresso di una CDN. In questo modo impedisce la fuga del nome host, inevitabile nel TLS 1.3 classico su TCP.

Gli attacchi di website fingerprinting sfruttano il fatto che ogni sito web produce un pattern caratteristico di richieste di risorse: un numero specifico di oggetti, con dimensioni specifiche, caricati in un ordine specifico. Addestrando un classificatore su questi pattern, un attaccante può identificare quale sito web ha visitato un utente basandosi esclusivamente sui pattern del traffico, anche attraverso una VPN cifrata. Le ricerche mostrano tassi di accuratezza superiori al 90% contro i siti web più comuni.

Tor instrada il traffico attraverso tre relay gestiti da volontari, con cifratura a ogni passaggio, nascondendo la connessione tra origine e destinazione. Tuttavia, un avversario in grado di osservare sia il nodo di ingresso sia quello di uscita di Tor può utilizzare la correlazione del traffico: i pattern temporali e volumetrici all'ingresso e all'uscita corrispondono, anche se il contenuto è cifrato. Gli avversari appartenenti a Stati nazionali, dotati di capacità di sorveglianza su ampie porzioni di Internet, possono eseguire questo attacco di correlazione.

Netflix e YouTube adattano la qualità video alla larghezza di banda disponibile, e risoluzioni diverse producono distribuzioni diverse nella frequenza e nelle dimensioni dei pacchetti. I ricercatori hanno dimostrato che un osservatore può dedurre il titolo del video trasmesso confrontando il pattern di traffico osservato con un database di impronte digitali di video noti a diversi livelli di qualità. Questo è possibile anche su HTTPS, perché i pattern di content-length e temporali sono visibili.

Una VPN cifra il traffico tra l'utente e il server VPN, nascondendo le destinazioni all'ISP locale. Tuttavia, il provider della VPN vede tutte le destinazioni e il volume totale per ciascuna destinazione è visibile al provider; inoltre, le query DNS eseguite prima dell'avvio del tunnel VPN possono comunque rivelarsi all'ISP. In più, WebRTC nei browser può esporre il vero indirizzo IP dell'utente anche quando una VPN è attiva, a meno che non venga esplicitamente bloccato.

Prima di stabilire una connessione TLS, il browser esegue una ricerca DNS per risolvere il nome di dominio in un indirizzo IP. Se il DNS non è cifrato (senza DoH o DoT), la query DNS viaggia in testo in chiaro e rivela la destinazione al resolver locale, all'ISP e a qualsiasi osservatore della rete. Anche se la connessione TLS successiva è cifrata ed ECH nasconde SNI, la query DNS ha già rivelato la destinazione.

Per difendersi dall'analisi del traffico è necessario aggiungere traffico di copertura per oscurare i pattern reali, utilizzare reti anonime con traffic shaping e cifrare il DNS con DoH o DoT. Il padding di HTTPS può nascondere le dimensioni degli oggetti. Tor con un pluggable transport offusca i pattern del traffico per resistere al rilevamento basato sulla censura. Nessuna singola contromisura sconfigge tutti gli attacchi di analisi del traffico; una protezione efficace richiede la combinazione di più tecniche.

Quale elemento dei metadati è visibile a un osservatore della rete anche quando TLS 1.3 cifra la richiesta HTTP?

La cifratura protegge il contenuto, ma non i metadati. I tempi, le dimensioni dei pacchetti e i pattern di comunicazione rivelano informazioni significative. SNI di TLS espone il nome host in testo in chiaro; Encrypted Client Hello di QUIC impedisce questa esposizione. Il website fingerprinting può identificare i siti visitati dai pattern del traffico. Tor è vulnerabile alla correlazione del traffico da parte di avversari globali. Le ricerche DNS prima del TLS rivelano le destinazioni, a meno che non si utilizzi DoH o DoT.