Análise de tráfego criptografado

Criptografar o tráfego de rede protege o conteúdo das mensagens, mas a temporização dos pacotes permanece totalmente observável. Um invasor que monitore uma conexão criptografada pode medir os atrasos entre pacotes, a duração da conexão e o padrão temporal das rajadas. Essas características temporais podem revelar que tipo de aplicação está em uso, se a pessoa está digitando ou recebendo dados e, em alguns casos, permitir a reconstrução de informações sensíveis apenas a partir da temporização.

Mesmo sem ler o conteúdo, os tamanhos dos pacotes transmitem informações. O download de um arquivo produz pacotes grandes, próximos da unidade máxima de transmissão; uma mensagem de bate-papo produz pacotes pequenos. O volume total de dados transferidos em uma sessão criptografada pode revelar se um arquivo grande foi compartilhado. As configurações de qualidade de uma videochamada produzem distribuições características dos tamanhos dos pacotes, reconhecíveis por um observador treinado.

A análise de tráfego examina quem se comunica com quem, quando, com que frequência e por quanto tempo, sem inspecionar o conteúdo. Mesmo comunicações totalmente criptografadas revelam um grafo social. Saber que um jornalista entra em contato com o endereço IP de um funcionário específico do governo em intervalos irregulares é uma informação valiosa, independentemente do que foi dito. A análise de tráfego é usada em vigilância desde a era das comunicações telegráficas.

Quando um navegador estabelece uma conexão TLS, envia uma extensão de Indicação do Nome do Servidor na mensagem inicial ClientHello, antes do início da criptografia. O SNI contém o nome de domínio ao qual o cliente deseja se conectar. Qualquer observador no caminho da rede pode ler o SNI e saber exatamente qual site está visitando, embora as solicitações HTTP subsequentes estejam criptografadas. O SNI está em texto simples porque o servidor precisa dele para selecionar o certificado correto.

QUIC é um protocolo de transporte moderno desenvolvido pelo Google que funciona sobre UDP. Ele criptografa a negociação do TLS, incluindo o SNI, desde o início, usando um mecanismo de ClientHello criptografado (ECH). ECH criptografa o ClientHello interno (que contém o nome do host real) dentro de um ClientHello externo endereçado a um ponto de entrada de uma CDN. Isso impede o vazamento do nome do host que é inevitável no TLS 1.3 clássico sobre TCP.

Os ataques de identificação de sites exploram o fato de que cada site produz um padrão característico de solicitações de recursos: um número específico de objetos, de tamanhos específicos, carregados em uma ordem específica. Ao treinar um classificador com esses padrões, um invasor pode identificar qual site um usuário visitou apenas pelos padrões de tráfego, mesmo por meio de uma VPN criptografada. Pesquisas mostram taxas de precisão superiores a 90% contra sites comuns.

Tor encaminha o tráfego por três retransmissores voluntários, com criptografia em cada salto, ocultando a conexão entre origem e destino. No entanto, um adversário que consiga observar tanto o nó de entrada quanto o nó de saída do Tor pode usar correlação de tráfego: os padrões de tempo e volume na entrada e na saída coincidem, embora o conteúdo esteja criptografado. Adversários estatais com capacidade de vigilância sobre grandes partes da internet podem realizar esse ataque de correlação.

Netflix e YouTube adaptam a qualidade do vídeo à largura de banda disponível, e resoluções diferentes produzem distribuições diferentes da taxa e do tamanho dos pacotes. Pesquisadores demonstraram que um observador pode inferir o título do vídeo transmitido comparando o padrão de tráfego observado com um banco de dados de impressões digitais de vídeos conhecidos em diferentes níveis de qualidade. Isso funciona até mesmo por HTTPS, porque os padrões de comprimento do conteúdo e de tempo são visíveis.

Uma VPN criptografa o tráfego entre o usuário e o servidor VPN, ocultando os destinos do ISP local. No entanto, o provedor de VPN vê todos os destinos; o volume total de cada destino é visível para o provedor; e as consultas DNS feitas antes do início do túnel da VPN ainda podem vazar para o ISP. Além disso, o WebRTC nos navegadores pode expor o endereço IP real do usuário mesmo quando uma VPN está ativa, a menos que isso seja explicitamente bloqueado.

Antes de estabelecer uma conexão TLS, o navegador faz uma consulta DNS para resolver o nome de domínio em um endereço IP. Se o DNS não for criptografado (sem DoH ou DoT), a consulta DNS percorre a rede em texto simples e revela o destino ao resolvedor local, ao ISP e a qualquer observador na rede. Mesmo que a conexão TLS subsequente esteja criptografada e o ECH oculte o SNI, a consulta DNS já revelou o destino.

A defesa contra a análise de tráfego exige adicionar tráfego de cobertura para obscurecer padrões reais, usar redes de anonimato com modelagem de tráfego e criptografar o DNS com DoH ou DoT. O preenchimento do HTTPS pode ocultar os tamanhos dos objetos. O Tor com um transporte plugável ofusca os padrões de tráfego para resistir à detecção baseada em censura. Nenhuma contramedida isolada derrota todos os ataques de análise de tráfego; uma proteção eficaz exige a combinação de várias técnicas.

Qual elemento de metadados fica visível para um observador da rede mesmo quando o TLS 1.3 criptografa a solicitação HTTP?

A criptografia protege o conteúdo, mas não os metadados. O tempo, os tamanhos dos pacotes e os padrões de comunicação revelam informações significativas. O SNI do TLS vaza o nome do host em texto simples; o ClientHello criptografado do QUIC impede isso. A identificação de sites pode determinar quais sites foram visitados a partir dos padrões de tráfego. Tor é vulnerável à correlação de tráfego por adversários globais. As consultas DNS antes do TLS revelam os destinos, a menos que DoH ou DoT sejam usados.