Анализ зашифрованного трафика

Шифрование сетевого трафика защищает содержимое сообщений, но временные характеристики пакетов остаются полностью наблюдаемыми. Злоумышленник, отслеживающий зашифрованное соединение, может измерять задержки между пакетами, продолжительность соединения и временную структуру всплесков трафика. Эти характеристики могут раскрыть, какое приложение используется, печатает ли пользователь или получает данные, а в некоторых случаях позволяют восстановить конфиденциальную информацию только по временным признакам.

Даже без чтения содержимого размеры пакетов передают информацию. При загрузке файла образуются крупные пакеты, близкие к максимальному размеру передаваемого блока, а сообщение в чате порождает небольшие пакеты. Общий объём данных, переданных в зашифрованном сеансе, может показать, передавался ли большой файл. Настройки качества видеозвонка создают характерные распределения размеров пакетов, которые подготовленный наблюдатель способен распознать.

Анализ трафика изучает, кто с кем связывается, когда, как часто и как долго, не проверяя содержимое. Даже полностью зашифрованные сообщения раскрывают социальный граф. Информация о том, что журналист связывается с IP-адресом конкретного государственного чиновника через нерегулярные интервалы, представляет ценную разведывательную информацию независимо от содержания разговора. Анализ трафика используется для наблюдения ещё со времён телеграфной связи.

Когда браузер устанавливает TLS-соединение, он отправляет расширение индикации имени сервера в исходном сообщении ClientHello, ещё до начала шифрования. SNI содержит доменное имя, к которому клиент хочет подключиться. Любой наблюдатель на пути передачи данных может прочитать SNI и точно узнать, какой веб-сайт Вы посещаете, даже если последующие HTTP-запросы зашифрованы. SNI передаётся в открытом виде, поскольку серверу нужно выбрать правильный сертификат.

QUIC — современный транспортный протокол, разработанный Google и работающий поверх UDP. Он с самого начала шифрует рукопожатие TLS, включая SNI, с помощью механизма зашифрованного приветствия клиента (ECH). ECH шифрует внутреннее сообщение ClientHello, содержащее настоящее имя хоста, внутри внешнего сообщения ClientHello, адресованного точке входа CDN. Это предотвращает утечку имени хоста, неизбежную в классическом TLS 1.3 поверх TCP.

Атаки на идентификацию веб-сайтов по отпечатку используют тот факт, что каждый веб-сайт создаёт характерный шаблон запросов ресурсов: определённое число объектов определённого размера, загружаемых в определённом порядке. Обучив классификатор на таких шаблонах, злоумышленник может определить, какой веб-сайт посещал пользователь, анализируя только шаблоны трафика, даже при использовании зашифрованного VPN. Исследования показывают точность выше 90 процентов для распространённых веб-сайтов.

Tor направляет трафик через три добровольных ретранслятора, используя шифрование на каждом переходе и скрывая соединение между источником и получателем. Однако противник, способный наблюдать одновременно за входным и выходным узлами Tor, может использовать корреляцию трафика: временные и объёмные характеристики на входе и выходе совпадают, даже если содержимое зашифровано. Противники уровня государства, имеющие возможность наблюдать за значительной частью интернета, могут проводить такие атаки корреляции.

Netflix и YouTube адаптируют качество видео к доступной пропускной способности, а разные разрешения создают различные распределения частоты и размеров пакетов. Исследователи показали, что наблюдатель может определить название транслируемого видео, сопоставив наблюдаемый шаблон трафика с базой отпечатков известных видео на разных уровнях качества. Это работает даже при использовании HTTPS, поскольку видны длина содержимого и временные шаблоны.

VPN шифрует трафик между пользователем и сервером VPN, скрывая назначения от локального ISP. Однако провайдер VPN видит все назначения, общий объём трафика по каждому назначению виден провайдеру, а DNS-запросы, выполненные до установления туннеля VPN, всё ещё могут утечь к ISP. Кроме того, WebRTC в браузерах может раскрыть настоящий IP-адрес пользователя, даже когда VPN активен, если эту возможность явно не заблокировать.

До установления TLS-соединения браузер выполняет DNS-запрос, чтобы сопоставить доменное имя с IP-адресом. Если DNS не зашифрован (не используются DoH или DoT), DNS-запрос передаётся в открытом виде и раскрывает назначение локальному серверу DNS, ISP и любому наблюдателю в сети. Даже если последующее TLS-соединение зашифровано и ECH скрывает SNI, DNS-запрос уже раскрыл адрес назначения.

Защита от анализа трафика требует добавления маскирующего трафика для сокрытия реальных шаблонов, использования анонимных сетей с формированием трафика и шифрования DNS с помощью DoH или DoT. Добавление заполнения в HTTPS может скрыть размеры объектов. Tor с подключаемым транспортом маскирует шаблоны трафика, чтобы противостоять обнаружению на основе цензурного контроля. Ни одна мера противодействия не предотвращает все атаки анализа трафика; эффективная защита требует сочетания нескольких методов.

Какой фрагмент метаданных виден наблюдателю в сети, даже когда TLS 1.3 шифрует HTTP-запрос?

Шифрование защищает содержимое, но не метаданные. Временные характеристики, размеры пакетов и шаблоны коммуникации раскрывают значительный объём информации. TLS SNI передаёт имя хоста в открытом виде; зашифрованное приветствие клиента в QUIC это предотвращает. Идентификация веб-сайтов по отпечаткам позволяет определить посещённые сайты по шаблонам трафика. Tor уязвим для корреляции трафика со стороны глобальных противников. DNS-запросы до TLS раскрывают назначения, если не используются DoH или DoT.