加密流量分析

加密网络流量可以保护消息内容，但数据包的时间信息仍然完全可见。监控加密连接的攻击者可以测量数据包之间的延迟、连接持续时间以及突发传输的时间模式。这些时间特征可以揭示正在使用的应用程序类型、用户是在输入还是接收数据，并且在某些情况下，仅凭时间信息就能重构敏感内容。

即使无法读取内容，数据包大小也会传递信息。文件下载会产生接近最大传输单元的大数据包，而聊天消息会产生较小的数据包。加密会话中传输的数据总量可以揭示是否共享过大文件。视频通话的质量设置会产生具有特征性的数据包大小分布，训练有素的观察者可以识别这些分布。

流量分析研究谁与谁通信、何时通信、通信频率以及持续时间，而不检查通信内容。即使通信经过完全加密，也会暴露社交关系图谱。无论谈话内容是什么，得知某位记者以不规则的时间间隔联系某位特定政府官员的 IP 地址，都属于有价值的情报。自电报通信时代以来，流量分析一直被用于监视。

当浏览器建立 TLS 连接时，它会在加密开始之前，在初始 ClientHello 消息中发送服务器名称指示扩展。SNI 包含客户端想要连接的域名。网络路径上的任何观察者都可以读取 SNI，准确知道您正在访问哪个网站，即使后续的 HTTP 请求已经加密。SNI 以明文传输，因为服务器需要根据它选择正确的证书。

QUIC 是由 Google 开发、运行在 UDP 之上的现代传输协议。它使用 ECH 机制从一开始就加密包括 SNI 在内的 TLS 握手。ECH 会将包含真实主机名的内部 ClientHello 加密封装在发往 CDN 入口节点的外部 ClientHello 中。这避免了基于 TCP 的经典 TLS 1.3 中无法避免的主机名泄露。

网站指纹识别攻击利用了这样一个事实：每个网站都会产生具有特征的资源请求模式，包括特定数量、特定大小的对象，并按特定顺序加载。通过在这些模式上训练分类器，攻击者可以仅凭流量模式识别用户访问过哪个网站，即使流量经过加密的 VPN。研究表明，针对常见网站时，识别准确率可以超过 90%。

Tor 通过三个志愿者中继节点转发流量，并在每一跳进行加密，从而隐藏源端与目的地之间的连接。然而，能够同时观察 Tor 入口节点和出口节点的对手可以利用流量关联：即使内容已经加密，入口和出口处的时间与流量大小模式仍然会相互对应。具备大范围互联网监视能力的国家级对手可以实施这种关联攻击。

Netflix 和 YouTube 会根据可用带宽调整视频质量，而不同分辨率会产生不同的数据包速率和大小分布。研究人员已经证明，观察者可以将观测到的流量模式与不同质量级别的已知视频指纹数据库进行匹配，从而推断正在播放的视频标题。即使使用 HTTPS，这种方法仍然有效，因为内容长度和时间模式仍然可见。

VPN 会加密用户与 VPN 服务器之间的流量，使本地 ISP 无法看到目的地。不过，VPN 提供商可以看到所有目的地，每个目的地的总流量也对提供商可见；此外，在 VPN 隧道启动之前发出的 DNS 查询仍可能泄露给 ISP。另外，除非明确阻止，否则浏览器中的 WebRTC 即使在 VPN 启用时也可能暴露用户的真实 IP 地址。

建立 TLS 连接之前，浏览器会执行 DNS 查询，将域名解析为 IP 地址。如果 DNS 未加密（没有 DoH 或 DoT），DNS 查询会以明文传输，并向本地解析器、ISP 以及网络上的任何观察者暴露目的地。即使后续的 TLS 连接已经加密，ECH 隐藏了 SNI，DNS 查询也早已泄露了目的地。

防御流量分析需要加入掩护流量来隐藏真实模式，使用配备流量整形的匿名网络，并通过 DoH 或 DoT 加密 DNS。HTTPS 填充可以隐藏对象大小。配合可插拔传输的 Tor 可以混淆流量模式，以抵抗基于审查的检测。没有任何单一应对措施能够抵御所有流量分析攻击；有效的保护需要叠加使用多种技术。

即使 TLS 1.3 对 HTTP 请求进行加密，网络观察者仍能看到哪一项元数据？

加密可以保护内容，但不能保护元数据。时间、数据包大小和通信模式会暴露大量信息。TLS SNI 会以明文泄露主机名；QUIC 的 ECH 可以防止这种泄露。网站指纹识别可以根据流量模式识别访问过的网站。Tor 容易受到全球范围对手发起的流量关联攻击。除非使用 DoH 或 DoT，否则 TLS 之前的 DNS 查询会暴露目的地。