L’anonymat dans le réseau Tor (The
Second-Generation Onion)
Brieuc Barthélemy
Année académique 2015-2016
Table des matières
1
Introduction
3
2
Présentation de Tor
3
2.1
Aperçu
3
2.2
Fonctionnement général
4
2.3
But du réseau
4
2.4
Ce que le réseau ne couvre pas
4
2.5
Installation du navigateur internet Tor
5
2.5.1
Installation par E-Mail
6
3
Fonctionnement
7
3.1
Serveurs d’annuaires
7
3.2
Les cellules de taille fixe
8
3.2.1
Les cellules de contrôle
8
3.2.2
Les cellules de relais
8
3.3
Initialisation du chemin
10
3.3.1
Les différentes clés utilisées . .
10
3.4
Création du circuit pas à pas
11
3.4.1
Échange de clé Diffie-Hellman .
12
3.4.2
TLS - Transport Layer Security
13
3.5
Intégrité des flux de données dans Tor
13
3.6
Noeuds de sortie
14
4
Les points de Rendez-vous & Services cachés
15
5
Attaques et défenses
16
5.1
Les différents types d’attaques
16
5.1.1
Attaques passives
16
5.1.2
Attaques actives
16
5.1.3
Attaques des serveurs d’annuaires
17
5.1.4
Attaques des points de rendez vous . .
17
5.2
Attaques répertoriées
17
6
La gestion du réseau
18
6.1
Congestion
18
6.2
Limite de cadence de transmission
18
7
Le futur de Tor
19
8
Conclusion
19
A Annexes
22
Tor: The Second-Generation Onion Router
1
Introduction
L’anonymat sur le réseau Internet est une problématique importante pour la vie
privée des utilisateurs. Mais il faut aussi prendre en compte les régimes dictatoriaux
qui filtrent l’accès à certaines ressources sur le réseau mondial et qui empêchent
leurs concitoyens d’atteindre ces sources d’informations. Tor est une des réponses à
ce genre de problématique.
Ce document traitera des différentes réponses que le réseau Tor apporte pour
rendre les utilisateurs anonymes. Il est basé en grande partie sur l’article de Roger
Dingledine, Nick Mathewson et Paul Syverson : “Tor : The Second-Generation Onion
Router” paru en 2004[1].
Nous aborderons l’architecture de communication, la façon dont il transmet les
données mais aussi les serveurs d’annuaires et “les points de rendez-vous & les ser-
vices cachés”. Nous expliquerons enfin comment un client vérifie qu’il parle au bon
interlocuteur, mais aussi les attaques qui peuvent être entreprises afin de casser
l’anonymat des utilisateurs.
2
Présentation de Tor
2.1
Aperçu
“The Second-Generation Onion Router” (Tor) est un
service de communication réseau informatique à faible
latence sous licence libre [2].
Il permet de rendre anonyme une application réseau
basée sur TCP comme par exemple un navigateur web.
Pour ce faire, Tor utilise l’interface proxy Socket Secure
(SOCKS) afin de permettre aux applications tierces de
Figure 1 - Le logo du
projet Tor.
s’y connecter et donc de l’utiliser. Le but est d’éviter, en
écoutant un seul point de passage comme un des routeurs,
qu’on ne puisse relier le destinataire et sa source. Le projet Tor met à disposition
des applications “prêtes à l’emploi” : le navigateur internet “Tor Browser” [3], un
système de messagerie instantanée “Tor Messenger Beta” [4] ou encore une connexion
“Secure Shell” (SSH) [5].
SOCKS est un protocole internet qui permet l’échange de paquets réseaux entre
un client et un serveur à travers un serveur proxy. [6] Il est utilisé pour permettre à
une connexion protégée derrière un firewall de communiquer de façon transparente
et sécurisée sur le réseau internet. [7]
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Tor: The Second-Generation Onion Router
2.2
Fonctionnement général
Pour bénéficier du réseau Tor et pour devenir anonyme, le client - Onion Proxy
(OP) - doit suivre un processus. Prenons une personne qui désire se rendre ano-
nymement sur une page web, cette dernière peut alors utiliser le navigateur Tor.
L’application choisit un chemin composé de nœuds (des routeurs oignons ou “OR”
en anglais) par lesquels il voyagera à travers le réseau. Le choix se fait via une liste
reçue par les “répertoires de serveurs” -voir 3.1-. Chaque nœud ne connait que son
prédécesseur et le nœud suivant. Le contenu à destination des “OR” est crypté,
chaque donnée à destination des “hops” (un hop est une portion entre une source
et une destination, comme un routeur, une passerelle, un pont) est encapsulée dans
une couche propre, comme un oignon, d’où le nom de “routage en oignon” . Le client
négocie ses clés de chiffrement avec chacun des routeurs séparément -voir 3.3-. La
communication dans le réseau se fait via des cellules de taille fixe de deux types
-voir 3.2-.
2.3
But du réseau
Tor cherche avant tout à frustrer l’attaquant qui tenterait de récupérer des infor-
mations sur une voie de communication venant ou allant vers un utilisateur. Mais
pour y parvenir, il est important de prendre en compte certaines considérations. Tor
cherche à être facile à installer et à être utilisé pour une raison d’anonymat. Il est
moins simple de repérer un utilisateur parmi une foule que dans un petit groupe.
Tor doit être déployé sur le réseau internet mondial et ne pas demander d’effort
“extraordinaire”. Il ne doit pas impliquer un surcout aux bénévoles qui sont prêts à
aider, il ne doit pas demander des compétences techniques spécialisées (comme ap-
pliquer une modification au noyau du système d’exploitation (OS)). Il ne peut exiger
des fournisseurs d’accès internet qu’ils endossent une responsabilité supplémentaire
afin d’éviter que ceux ci ne bloquent le réseau. Tor doit étre aussi installable sur la
plupart des plateformes ; on peut d’ailleurs l’utiliser sous Windows, Linux, Solaris,
BSD-style Unix, MacOS X. [1]. Il doit être simple pour une bonne compréhension
du design en cas d’ajout d’implémentation.
2.4
Ce que le réseau ne couvre pas
Pour une mise en place facile et une structure simple, les créateurs ont pris le
choix de différer plusieurs solutions possibles car certains problèmes sont résolus
dans d’autres systèmes ou parce qu’il n’y a pas encore de solution [1, 3. Non-goals].
Le peer-to-peer (P2P) n’est pas supporté. Alors que Tarzan [8] et MorphMix
[9] ont pour but de décentraliser l’environnement P2P sur des milliers de serveurs
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éphémères, certains pourraient être contrôlés par des personnes de l’autre camp.
Tor ne prétend pas être complètement sécurisé contre les attaques de bout à bout.
Autrement dit : Si un personne a accès au point de départ et au point d’arrivée il
est possible de faire correspondre un utilisateur visitant un site grâce à la fréquence
d’envoi et de réception de données.
Le réseau ne peut résourdre tous les problèmes d’anonymat, il se focalise sur le
transport des données. Si une autre application que le browser Tor est utilisé, il n’est
pas négligeable d’utiliser un proxy - comme Privoxy [10] ou Anonymizer [11] - qui
filtre les méta données entre le client et le service utilisé sur le réseau général (et donc
pas un “rendez-vous” point de Tor). Ces derniers permettent de filtrer des données
qui pourraient remonter la piste de l’utilisateur comme des cookies par exemple.
La stéganographie ne fait pas partie non plus du but du réseau. Cette technique
permet de cacher un message dans un autre. Cependant un outil comme le proxy
Stégotorus [12] peut être couplé avec Tor afin de cacher un message pour la des-
tination finale. Ce message peut être du texte, de la video ou encore de l’audio et
peut se cacher aussi dans ces mêmes médias. Un article détaillé datant de 2012 le
présente [13].
2.5
Installation du navigateur internet Tor
L’application la plus connue de Tor est son navigateur web même si, le projet ne
dans la partie “but du réseau” -voir 2.3-, Tor tente de simplifier l’effort fourni pour
son utilisation et donc, il suit cette même logique pour son navigateur web. Basé
sur le navigateur Firefox, Tor Browser ne demande pas de droit particulier pour son
utilisation [1, Point 3.]. Il existait une extension pour le navigateur Firefox mais
elle a été abandonnée en 2011 et retirée de addons.mozilla.org ; les développeurs
de l’extension ne pouvaient pas suivre la vitesse de sortie des nouvelles versions de
Firefox [14] [15, Can I install other Firefox extensions ?].
Bien que le navigateur Tor soit basé sous Firefox, et donc qu’il accepte les ex-
tensions de ce dernier, le projet Tor ne recommande pas d’installer de plugins qui
pourraient casser l’anonymat, comme un contournement via un serveur proxy par
exemple. Le projet Tor ne compte pas implémenter un bloqueur de publicité, il
recommande même de ne pas le faire afin d’éviter l’altération des requêtes du na-
vigateur.Users are free to install these addons if they wish, but doing so is not re-
commended, as it will alter the browser request fingerprint [16, Philosophy]. De plus
cela pourrait nuire à des utilisateurs de Tor qui rémunèrent leur propre site avec de
la publicité.
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2.5.1
Installation par E-Mail
S’il est impossible pour un utilisateur de se rendre sur le site afin de télécharger
Tor, l’équipe du projet a mis en place un système par e-mail afin de recevoir les
informations dans la boite de courrier électronique. [15, Your website is blocked in
my country. How do I download Tor ?].
Lorsqu’un e-mail est envoyé à l’adresse “gettor@torproject.org” sans que la struc-
ture ne soit respectée, nous recevons une réponse qui explique la marche à suivre
(Voir Figure 7).
Un envoi avec le mot “windows” dans le corps du message (Figure 7) fait réagir
le robot Tor différemment, puisqu’il va envoyer une liste de trois services “cloud”
(voir Figure 8). Cela diffère de la FAQ qui stipule qu’un seul service cloud est
supporté :Currently, the only cloud service supported is Dropbox.[15, Your website
is blocked in my country. How do I download Tor ?]. Cette liste de services permet
de télécharger le navigateur d’une façon contournée. Il existe deux autres façons
proposées par Tor pour télécharger le navigateur. La première est de la demander à
un ami via clé USB (ou un autre espace de stockage portatif) et la seconde consiste
à chercher dans le cache de Google afin de vérifier si une des copies fonctionne pour
l’utilisateur [15, Your website is blocked in my country. How do I download Tor ?].
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3
Fonctionnement
3.1
Serveurs d’annuaires
Figure 2 - Chemin jusqu’au site de l’UMons
Pour voyager dans le réseau, l’interlocuteur “A” doit connaˆıtre les différent ORs
afin de déterminer préalablement son chemin jusqu’au nœud de sortie (voir Figure
2). Pour ce faire, il a besoin d’un annuaires de références, un “Directory Server” (DS),
afin de recevoir la liste des ORs sûrs. Cet annuaire fournit une liste signée de tous
les relais connus et dans cette liste se trouvent les certificats émis par les routeurs
spécifiant leur clé, leur localisation et leurs politiques de sortie. Il existe plusieurs de
ces annuaires qui ont la même information et donc la même liste d’ORs.
Il existe 10 serveurs d’annuaires, (pour le moment) qui sont encodés sur le navi-
au nombre de quatre aux
États-Unis, et de six en Europe. La Figure 9 montre la page
d’accueil web (sur le protocole HTTP, port 80) du serveur d’annuaires Faravahar
qui se trouve aux
États-Unis.
Pour qu’une personne malveillante puisse spécifier au client Tor un OR, elle
devrait contrôler la majorité des serveurs d’annuaire.
Afin qu’un “Ognon router” soit dans un serveur d’annuaire, il doit être approuvé
par un administrateur. Les ORs envoient périodiquement leur état aux serveurs
d’annuaires et pour s’identifier, ils utilisent une clé fournie par un “Directory Server”
-voir 3.3.1-. Les serveurs d’annuaires ne mettent pas dans leur liste les ORs non
reconnus afin d’éviter qu’un adversaire crée plusieurs serveurs. Dans la Figure 6, le
relais Tor créé dans le cadre de ce projet, mais toutefois permanent, a été listé dans
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les serveurs d’annuaires deux heures après sa création.
3.2
Les cellules de taille fixe
Les routeurs à oignon communiquent entre-eux et les utilisateurs OP commu-
niquent via une connexion TLS. Pour ce faire, ils se servent de cellules de données
de 512 octets. Il en existe deux types qui seront décrits dans les points suivants.
Cependant, leur structure générale est commune : elles sont composées d’un en-tête
et d’une “payload”. Les premiers 2 octets représentent le “CircID” qui défini de quel
circuit se rapporte cette cellule. Il est nécessaire parce que plusieurs circuits peuvent
être multiplexés dans une seule connexion TLS. Le “CircID” est spécifique entre
chaque nœud OP vers OR et OR vers OR qu’il traverse.
3.2.1
Les cellules de contrôle
Figure 3 - Une cellule de contrôle
Les cellules de contrôle (Figure 3) sont toujours interprétées par le nœud qui les
reçoit. Les commandes de ces cellules sont :
Padding
Utilisé pour garder la connexion valide il s’agit de ce que l’on
appelle le “keepalive”.
Create or Created “Create” permet la création d’une liaison entre deux nœuds,
alors que “Created” confirme cette connexion.
Destroy
Cette commande est utilisée pour détruire le circuit.
3.2.2
Les cellules de relais
Figure 4 - Une cellule de relais
Lorsque que les connexions sont établies dans le réseau, l’OP peut envoyer des
cellules relai. Afin de vérifier que la cellule soit valide, l’OR va décrypter cette
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dernière et vérifier la correspondance avec la partie “”Digest”” de 6 octets. (Pour
l’optimalisation, les 2 premiers octets de la vérification d’intégrité sont à zéro. Donc,
dans la plupart du temps, l’OR peut éviter de calculer le “hash”). Si c’est valide, il
accepte la cellule et traite les informations qui s’y trouvent. Si ça ne l’est pas, l’OR
fera suivre la cellule au prochain nœud. Si la fin de la chaˆıne reçoit une cellule de
relais non reconnue, le circuit est démoli.
La cellule de relais est divisée en plusieurs parties :
CircID Comme la cellule de contrôle, elle détermine l’Id du circuit.
Relay Défini que c’est une cellule de relai.
StreamID Donne la référence du flux à laquelle cette cellule appartient.
Digest Comme expliqué plus haut, sert à contrôler l’intégrité.
Len
Donne la longueur de la donnée contenue dans le champs DATA.
CMD Détermine la commande à utiliser pour cette cellule, nous verrons les
différentes commandes un plus bas dans ce point.
DATA Ce sont les données envoyées dans la cellule.
Les différentes commandes des cellules de relais sont :
Relay Data
Quand des données sont envoyées dans le flux du
réseau.
Relay Begin/Connected
“Begin” demande une connexion avec la destina-
tion ; “Connected” prévient la source que la connexion
est établie.
Relay Teardown
Pour fermer un flux qui ne répond plus.
Relay End
Ferme une connexion proprement.
Relay Truncate/Truncated Pour détruire une partie du circuit ainsi que ses ac-
quittements.
Relay sendme
Utilisé pour les problèmes de congestion du réseau.
Relay drop
Utilisé pour implémenter des faux profils. [1, Point
3 “Flexibility”]
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3.3
Initialisation du chemin
Figure 5 - Création d’un chemin par Alice pour lire une page web
Pour que l’utilisateur puisse se rendre sur une page web, il doit construire son
chemin à travers le réseau Tor via des relais qu’il a reçu d’un serveur d’annuaires
précédemment -voir 3.1-. Lorsque l’application a fait son choix, celle-ci va contacter
chacun des “hops” de façon incrémentale pour créer le canal sécurisé. C’est à dire
qu’elle va passer, si on se réfère à la Figure 5, par le “OR1” pour atteindre l’ “OR2” et
passer par l’“OR2” pour interroger le site web. L’ OP ne contactera pas directement
les OR indépendamment, sauf le premier d’entre eux ; c’est lui son point d’entrée
dans le réseau.
3.3.1
Les différentes clés utilisées
Afin de garantir l’authentification sur le réseau, la coordination - en vérifiant si
le routeur auquel le système parle est bien celui qu’il prétend - et l’encryptage des
données, le réseau utilise un jeu de clés avec leur particularité. [15, Tell me about
all the keys Tor uses.]
Notons que toutes les connexions entre ORs ainsi qu’entre l’OP et le 1er OR
utilisent le protocole TLS -voir 3.4.2-.
La clé d’identité de longue durée permet la coordination. Celle-ci est utilisée
pour signer les certificats TLS, son “routeur descriptor” [17] et pour vérifier via les
serveurs d’annuaires que l’OR est bien celui qu’il prétend.
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Une clé oignon de courte durée décrypte les requêtes du client. Ce dernier
connait toutes les clés oignons du chemin et chacun des relais connaissent évidemment
leur propre clé. Chaque relais ne sait pas quelles sont les directives des autres. Cette
clé permet à la création du circuit de vérifier si le routeur que le client à choisi est
bien celui prévu. La cellule de commande “create” est cryptée avec la clé d’oignon
du routeur. La clé oignon est modifiée une fois par semaine.
Des clés de lien de courtes durées permettent un calque supplémentaire de
chiffrement, utilisant l’“Advanced Encryption Standard” (AES) avec une clé d’une
longueur de 128bits, qui permet que seul le relais de sortie ne puisse lire les cellules.
Dans le document de référence [1, 4.The Tor Design], on peut lire un passage sur
les clés éphémères. En posant la question directement à Robert Dingledine, ce dernier
parle bien des clés utilisées pour l’encryptage (voir Figure 10 dans les annexes).
3.4
Création du circuit pas à pas
Voici une description pour la création du circuit : L’OP, Alice sur la Figure 5,
envoie une cellule de contrôle de commande “CREATE” à l’“OR1” qui contient la
première partie de l’échange de clés Diffie-Hellman -voir 3.4.1- chiffrée grâce à la “clé
oignon”, qu’ils utilisent dans leur communication -voir 3.4.2-. Ensuite “OR1” répond
à Alice par une cellule de contrôle “CREATED” avec l’autre partie de l’échange.
Alice et “OR1” peuvent maintenant calculer la clé secrète chacun de leur côté et
s’échanger des message sécurisés.
Pour continuer dans le réseau, Alice envoie maintenant une cellule de relais de
commande “EXTEND” à “OR1”,afin de lui demander d’étendre le réseau, avec
l’adresse de “OR2” et comme donnée, la première partie de l’échange de clés Diffie-
Hellman entre elle et l’“OR2”. “OR1” va alors envoyer une cellule de contrôle de
commande “CREATE” à l’ “OR2”. Ce dernier va alors répondre par une cellule
de contrôle “CREATED” avec la deuxième partie de la clé à destination d’Alice,
puisque c’est elle qui a initié l’échange de clé. C’est “OR1” qui recevra la réponse et
qui la transmettra à Alice. Cette dernière peut maintenant aussi communiquer avec
“OR2” de manière sécurisée. Dans cet exemple, “OR2” est le dernier OR du circuit
et donc aussi celui de sortie.
Pour interroger le site web, Alice va envoyer une cellule relais de commande
“BEGIN” pour initialiser la connexion avec la cible. Une fois que le nœud de sor-
tie a créé la connexion avec le site web, il répond à l’OP avec une cellule relais de
commande “RELAY CONNECTED”. L’“OP” est ainsi averti que la connexion est
définie jusqu’au site web. Une cellule relais de commande “DATA” est envoyée jus-
qu’au routeur de sortie et ce dernier peut alors créer la connexion, ici HTTP, pour
récupérer les informations et les envoyer à Alice d’une manière sécurisée.
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Il y a un risque qu’une application qui utilise le client Tor demande une connexion
DNS afin de connaˆıtre l’adresse IP de la destination avant d’entrer dans le réseau
Tor. Elle va donc révéler sa destination au serveur DNS. Mozilla utlise le proxy
“Provoxy” [10] et donc l’ordinateur de l’OP ne fait pas de résolution DNS. Le projet
Tor préconise d’utiliser “Provoxy” partout où c’est possible.
La fermeture d’un flux Tor est analogue à celui d’une fermeture TCP. La ferme-
ture se fait en deux étapes et via une cellule relais de commande “END”. Puisque les
messages sont cryptés, seulement le dernier nœud sait qu’il s’agit d’une commande
de fermeture de flux. Si le flux est interrompu de façon anormale, c’est une cellule
relais de commande “TEARDOWN” qui est alors envoyée. Les 2 étapes de fermeture
permettent à Tor de supporter les applications basées TCP.
3.4.1
Échange de clé Diffie-Hellman
L’échange de clés “Diffie-HellMan”, du nom de ses auteurs Whitfield Diffie et
Martin Hellman, a pour but de créer un clé symétrique afin de communiquer de
manière chiffrée entre deux acteurs (i.e. client/routeur).
Les principe est le suivant : Les deux acteurs Alice et Bob décident de crypter leur
communication et d’échanger la clé de cryptage via cette méthode. Ils définissent
ensemble un même nombre premier “p” et un nombre aléatoire “g” inférieur à “p”.
Chacun de leur coté, Alice et Bob choisissent en plus un nombre aléatoire “Ax”
(resp. “Bx”) qui sera utilisé dans le calcul d’échange.
Alice calcule la clé qu’elle enverra à son partenaire “Ay” : Ay = gAx mod p
Bob, de son coté fait la même chose avec By : By = gBx mod p
Ils échangent les résultats de Ay et By. Ensuite ils peuvent calculer la clé secrète
commune :
Du coté d’Alice : CleSecrete = ByAx mod p
Du coté de Bob : CleSecrete = AyBx mod p
Faisons un exemple avec de petits nombres :
p = 17 & g = 4
Alice :
nombre aléatoire : Ax = 2
Ay = 42 mod 17 = 16
Bob :
nombre aléatoire : Bx = 3
By = 43 mod 17 = 13
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Ils échangent les résultats :
Alice calcule la clé secrète : CleSecrete = 132
mod 17 = 16
Bob calcule la clé secrète : CleSecrete = 163
mod 17 = 16
Le résultat, et donc la clé secrète est bien “16” des deux cotés, ils ont les infor-
mations adéquates pour s’échanger des informations grâce à une clé symétrique.
3.4.2
TLS - Transport Layer Security
La communication entre 2 noeuds dans le réseau Tor se fait par le protocole
“Transport Layer Security” (TLS), une évolution d’SSL. La première version a
été définie en janvier 1999 [18] et l’actuelle version 1.3 n’est pas encore définie
puisque toujours en version “draft” mise encore à jour le 15 mai 2016[19]. TLS per-
met l’authentification du serveur consulté, la confidentialité des données échangées,
l’intégrité de celles-ci et de manière optionnelle l’authentification du client. TLS est
largement utilisé dans la navigation sur le web grâce au protocole HTTPS.
L’authentification est la première étape, elle permet de vérifier que le serveur
à qui nous parlons est bien celui qu’il prétend être. Pour réaliser cela, le client va
recevoir la clé publique du serveur, ses informations et sa signature numérique. Celle-
ci doit être déchiffrée directement par le navigateur et s’il y arrive, il pourra alors
envoyé une requête “Online Certificate Status Protocol” (OCSP) à l’autorité pour
vérifier si le certificat du serveur est reconnu et toujours valide. Pour cette partie, Tor
utilise l’algorithme de chiffrement RSA (Les initiales des auteurs : Ronald Rivest,
Adi Shamir et Leonard Adleman.).
La confidentialité des données échangées est obtenue grâce à un chiffrement de
clés symétriques. Dans le réseau Tor, l’algorithme utilisé est l’ “Advanced Encryption
Standard” (AES) d’une longueur de 128 bits.
L’intégrité des données permet de vérifier si celles-ci n’ont pas été altérées pen-
dant le transport grâce à une fonction de hachage. Tor utilise la version 1 de “Secure
Hash Algorithm” (SHA).
3.5
Intégrité des flux de données dans Tor
Parce que Tor utilise TLS, un adversaire externe ne peut modifier les données.
Le projet pourrait faire une vérification de l’intégrité à chaque hop, en incluant un
hash ou une authentification chiffrée. Mais cela comporte des problèmes. D’abord,
cela demanderait plus de données à chaque nœud. Ensuite la solution ne pourrait
alors que vérifier le trafic qui viendrait d’Alice, les ORs ne seraient pas capable
de reproduire des “hash” adaptés pour les hops intermédiaires. Troisièmement, Tor
accepte qu’il ne couvre pas une attaque qui surveille le réseau de bout à bout, donc
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utiliser une attaque qui marquerait les messages - en le modifiant - n’aiderait pas
plus un attaquant.
3.6
Noeuds de sortie
L’abus de sortie - autrement dit quand la connexion sort du réseau Tor - est une
vraie problématique. En effet, les personnes malveillantes peuvent commettre leurs
méfaits sans que l’on puisse remonter facilement leur piste. Pour contrer cela, une
politique de sortie a été mise en place, elle permet à l’administrateur d’un OR de
définir les règles de ce dernier.
Open exit nodes Ceux ci sont les points de sortie du réseau. C’est à dire ceux
qui vont permettre d’atteindre la destination. Il est impor-
tant d’en avoir beaucoup, sinon il est plus simple pour un
attaquant de surveiller le réseau de sortie. Le contrôle du tra-
fic “End-to-end” est une faiblesse reconnue du réseau. Comme
beaucoup d’OR le font déjà, il est possible de restreindre cer-
tains ports de sortie afin de limiter les services utilisé sur le
réseau, et ainsi d’éviter les abus comme par exemple le Simple
Message Transport Protocol (SMTP) permettant d’envoyer
des e-mails qui est par défaut désactivé.
Middleman nodes Ils sont utilisés uniquement pour relayer le trafic dans le réseau.
Cependant, il est important d’en avoir un nombre conséquent,
afin de permettre un réseau robuste.
Private exit nodes Permet de se connecter à un hôte ou à un réseau privé.
Les auteurs préconisent d’utiliser un proxy pour nettoyer le trafic qui quitte le
réseau, bien qu’à l’écriture du document ils n’aient pas encore été confrontés à un
abus dans le réseau déployé. Un abus serait par exemple d’exploiter une faille bien
connue dans un script.
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4
Les points de Rendez-vous & Services cachés
Le réseau Tor permet aux utilisateurs de fournir des services TCP cachés, comme
un serveur web par exemple, sans que le “surfeur” ne connaissent l’adresse IP du
service. Ces services cachés ont pour but :
Le contrôle d’accès : le service a besoin d’une façon de filtrer le contenu qui arrive
afin que les attaquants ne pourront pas inonder de requêtes le service.
La robustesse : le service doit garder un anonymat même si une défaillance d’un
routeur oignon se produit, le système doit être capable de se répercuter sur un autre
OR.
La résistance au marquage : un service malveillant, ne doit pas être capable de
faire croire que le routeur “rendez-vous” est à l’origine du service illégal ou d’une
mauvaise réputation.
Transparence : même s’il faut qu’un utilisateur emploie un programme spécial
pour bénéficier des services cachés, il ne doit pas modifier son application.
L’idée est que si Alice doit se rendre sur le service de Bob - qu’elle connaitrait
parce qu’on lui a donné l’adresse - elle ne puisse pas le contacter directement. Elle va
devoir passer par un point de rendez-vous (qui n’est autre qu’un OR) et lui donner
le “rendez-vous cookie” qui permet à l’OR de reconnaitre Bob. Alice va construire
un flux anonyme et lui envoyer un message chiffré avec la clé publique de Bob et la
première partie de l’échange de clé Diffie-Hellman. Si ce dernier veut parler à Alice
il construira un circuit avec la deuxième partie de la clé DH et un hash de la clé de
session qu’ils partagent.
Alice et Bob sont connectés et peuvent échanger des informations normalement.
Cela permet aussi de protéger le serveur caché des attaques par déni - Denial of
Service (DoS) - puisque l’adversaire ne connait pas l’adresse IP du serveur mis en
place.
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Tor: The Second-Generation Onion Router
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Attaques et défenses
5.1
Les différents types d’attaques
Il existe 4 catégories d’attaques : les attaques dites passives, les actives, les at-
taques ciblant les serveurs d’annuaires et contre les points de rendez-vous. L’article
en détaille plusieurs ainsi que ce que l’adversaire peut en tirer comme informations
utiles.
5.1.1
Attaques passives
les attaques passives sont les attaques “d’écoute”. Celles-ci n’essaient pas de
modifier les données mais font des correspondances dans le trafic. En voici quelques
unes :
Observation du trafic de l’utilisateur : Observer le flux de connexion d’entrée et
sortie d’un utilisateur ne révèle pas la destination ou les données. De plus, plusieurs
applications peuvent envoyer et recevoir des informations en même temps, il faudrait
un traitement ultérieur des données.
Observation du contenu : Le contenu coté utilisateur est crypté, cependant, celui
du coté du destinataire peut ne pas l’être. Tor peut utiliser Privoxy ou un logiciel
apparenté pour filtrer et anonymiser le contenu non crypté.
La distinction des options : Tor permet de gérer plusieurs options par l’utilisateur.
Le problème étant que si les options sont spécialisées, l’utilisateur ne pourrait plus
être dans la masse et sortira alors du lot. Ce qui pourrait nuire à son anonymat.
Emprunte du site web : Plutôt que de confirmer un timing ou un volume de
données, l’attaquant crée une base de données des empruntes d’un site web, comme
la taille ou un modèle d’accès d’un site web cible. Il peut alors ensuite confirmer une
connexion de l’utilisateur en lisant la base de données qu’il aura construite.
5.1.2
Attaques actives
Les attaques actives sont plus agressives, elle essaient de modifier l’environnement
du réseau. En voici quelques unes :
Clés compromises : Un attaquant qui apprend la session TLS pourrait voir les
cellules de contrôle et les relais encryptés. Connaˆıtre une clé de session lui permettrait
de déchiffrer un calque. Le changement de clé périodique permet d’éviter ce genre
d’attaque.
Attaques “bavures” : Un utilisateur pourrait utiliser un serveur de sortie pour des
actes répréhensibles. Son fournisseur d’accès au réseau internet pourrait le fermer
pour des raisons légales. Il faut donc que chaque OR fasse attention à sa politique
de sortie.
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Faire fonctionner un (ou plusieurs) OR hostile : En plus d’être un observateur,
un adversaire pourrait ajouter plusieurs ORs et persuader les serveurs d’annuaires
qu’ils sont sûrs. Plus il en ajoute, plus il pourrait contrôler le passage des utilisateurs.
Une autre façon pourrait être de donner une police de sortie alléchante et donc il
pourrait récolter un maximum de trafic.
5.1.3
Attaques des serveurs d’annuaires
Les attaques contre les serveurs d’annuaires ont pour but de donner des infor-
mations hostiles aux clients du réseau. En voici quelques unes :
Destruction de serveurs d’annuaires : Si quelques serveurs disparaissent, les
autres pourront toujours déterminer un répertoire valide. Cependant, si la moitié
ne fonctionne plus, une intervention humaine sera nécessaire pour le client afin de
décider s’il faut faire confiance au résultat de l’annuaire.
Subvertir une majorité des serveurs d’annuaires : Un adversaire qui contrôle
plus d’une moitié des serveurs d’annuaires pourrait ajouter des OR non reconnus
officiellement. Pour éviter ce genre d’ennui, les serveurs d’annuaires doivent chacun
résister aux attaques.
Convaincre les annuaires qu’un OR qui ne fonctionne pas bien, fonctionne bien :
Dans l’implémentation, les serveurs d’annuaires supposent qu’un OR fonctionne bien
s’il peuvent démarrer une connexion TLS avec lui. L’OR d’un attaquant pourrait
flouter ce test en ignorant les cellules. Les serveurs d’annuaires doivent activement
tester les ORs en créant des circuits et des flux comme c’est demandé.
5.1.4
Attaques des points de rendez vous
Les attaques contre les points de rendez vous sont aussi une des façons d’attaquer
le réseau :
Créer beaucoup de requêtes d’introduction : Un attaquant pourrait essayer de
créer une attaque DoS sur le service de Bob en l’inondant de requêtes. Cependant,
les points de “rendez-vous” peuvent ne pas répondre à un acquittement (Acknow-
ledgment,“ACK”) non reçu. Mais en plus le propriétaire du service caché peut filtrer
le volume de demande ou demander des calculs pour chaque demande.
Compromettre un point d’introduction : Un attaquant qui contrôle le point d’in-
troduction de Bob pourrait inonder de requêtes le service de Bob directement. Ce
dernier pourrait toutefois détecter une submersion dans le circuit et alors le fermer.
5.2
Attaques répertoriées
Il existe une multitude d’articles, parlant d’attaques sur le réseau Tor. Qu’elles
soient commisent pas le “Federal Bureau of Investigation” des Etats Unis d’Amérique
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( le FBI), la “National Security Agency” (NSA), ou encore par
Éric Filiol [20],
nous ne décrirons pas ces différentes méthodes dans ce document. Retenons qu’Éric
Filiol répond à une interview sur le sujet dans le “journaldunet” [20]. Le réseau Tor
quant à lui écrit une version qui diffère de cette dernière attaque : https://blog.
Nous n’entrerons pas plus dans les détails de toutes les attaques citées sur le
net, la liste est vaste et demande un travail d’investigation plus en profondeur pour
filtrer les “on dit”.
6
La gestion du réseau
6.1
Congestion
La congestion est une problématique connue sur le réseau internet. Le protocole
TCP se charge d’ailleurs de régler cela à son niveau. Dans Tor, le problème est qu’un
nœud pourrait, s’ il est trop sollicité, comme par exemple pour le transit d’un gros
fichier, créer un goulot d’étranglement.
Tor met en place un principe pour contrôler le flux des cellules DATA qui sont
les plus nombreuses sur le réseau. Deux niveaux de congestion sont pris en compte :
Au niveau du circuit, deux fenêtres sont utilisées pour vérifier l’utilisation de la
bande passante : la fenêtre de “packaging”, qui est le nombre de cellules que l’OR
est prêt a délivrer à l’OP, et la fenêtre de livraison (delivery windows), qui piste
le nombre de cellule de relais prêtent à être délivrée au flux TCP (autrement dit
en dehors du réseau). Les deux fenêtres ont un nombre défini lors de l’initialisation.
Quand un paquet est emballé ou délivré, la fenêtre appropriée se décrémente ; quand
il reçoit un relay sendme il incrémente ce même nombre. Une fois le numéro de la
fenêtre à zéro, l’OR arrête de lire le flux et attend un relay sendme pour continuer.
Au niveau du flux, un mécanisme similaire se trouve au niveau du circuit (entre
les ORs et les OPs) et utilise le relay sendme pour implémenter un contrôle bout à
bout.
6.2
Limite de cadence de transmission
Les personnes volontaires (i.e. celles qui font fonctionner un OR) préfèrent que le
réseau ne soit pas trop gourmand en bande passante. Dans la technique du “Seau à
jetons” [21](utilisée par Tor), le flux s’écoule à une allure définie, cependant le réseau
accepte un débordement ponctuel de la part d’une requête. C’est un paramètre que
l’on retrouve dans la configuration d’un relais Tor (voir Figure 11).
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7
Le futur de Tor
L’article énumère plusieurs points sur le futur de Tor. En voici une liste non
exhaustive datant de l’article de référence [1] :
La classification des bandes passantes des nœuds dans le réseau. Tor suppose que
toutes les bandes passantes sont équivalentes. Une gestion de cette partie pourrait
éviter les goulots d’étranglement des flux.
Les récompenses pour les volontaires. Afin d’augmenter le nombre d’ORs et donc
augmenter l’anonymat, le projet s’interroge sur la façon d’attirer plus de volontaires.
Un piste serait d’utiliser des récompenses autres que le fait d’être plus anonyme -
Puisque un OP qui est aussi un OR permet d’ajouter une couche d’anonymat - mais
aussi comprendre pourquoi la plupart des utilisateurs n’utilisent pas un système
anonyme.
Le déploiement d’un réseau plus large : En 2004, le projet avait assez d’utilisa-
teurs pour évaluer les décisions de la structure de données choisies comme dans la
robustesse du réseau. Depuis, le réseau s’est agrandit, le nombre d’ORs disponibles
a atteint plus de 7000 au 22 Mai 2016 [22] alors que les serveurs d’annuaires,eux
,sont maintenant au nombre de 10 -voir 3.1-.
8
Conclusion
Tor est un réseau informatique qui fournit aux utilisateurs d’application TCP via
le protocole SOCKS un anonymat sur internet. C’est un réseau mature et largement
utilisé depuis plusieurs années. Il ne cesse d’évoluer et les gestionnaires du projet
Tor utilise le réseau internet, ce qui permet aux utilisateurs et aux volontaires qui
aident le réseau en devenant un routeur oignon de ne pas modifier le comportement
ni le noyau de leur ordinateur. Pour naviguer sur le web, Tor Browser est la meilleure
option et en utilser un autre est une mauvaise idée [15]. Son installation est simple
et il existe des solutions si le téléchargement n’est pas disponible directement via le
site web.
Il apporte, grâce aux différents points de connexion, les OPs et ORs, une réponse
concrète à l’anonymat sur internet. Il est conçu pour rendre impossible une identi-
fication d’utilisateur en n’écoutant qu’un point de passage. Tor utilise des concepts
qui sont intégrés sur le réseau internet, comme le protocole TCP, TLS, mais aussi
le chiffrement AES.
Toutefois, il est important de suivre les règles définies pour l’utilisation du projet
Tor [23, Want Tor to really work ?] afin d’être sur de ne pas commettre un impair
et casser son anonymat sur le réseau. Des attaques sur le réseaux sont toujours
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possibles à différents niveaux et des solutions existent.
Références
[1]
Roger Dingledine, Nick Mathewson, and Paul Syverson. Tor : The second-
generation onion router. In Proceedings of the 13th Conference on USENIX
Security Symposium - Volume 13, SSYM’04, pages 21-21, Berkeley, CA, USA,
2004. USENIX Association.
[2]
[3]
Tor Project. Tor browser,
[4]
Tor Project. Tor messenger beta : Chat over tor, easily, 2015. https://blog.
[5]
vwochnik on howtoforge.com. Anonymous ssh sessions with tor, ? https:
[6]
[7]
M. Leech, M. Ganis, Y. Lee, R. Kuris, D. Koblas, and L. Jones. Socks protocol
[8]
Michael J. Freedman and Robert Morris. Tarzan : A peer-to-peer anonymizing
network layer. In Proceedings of the 9th ACM Conference on Computer and
Communications Security, CCS ’02, pages 193-206, New York, NY, USA, 2002.
ACM.
[9]
Marc Rennhard and Bernhard Plattner. Practical anonymity for the masses
with morphmix. In Ari Juels, editor, Proceedings of Financial Cryptography
(FC ’04), pages 233-250. Springer-Verlag, LNCS 3110, February 2004.
[10]
[11]
[12]
Nick Mathewson and George Kadianakis. Stegotorus - github, 1995 -2016.
[13]
Zachary Weinberg, Jeffrey Wang, Vinod Yegneswaran, Linda Briesemeister,
Steven Cheung, Frank Wang, and Dan Boneh. StegoTorus : A camouflage proxy
for the Tor anonymity system. In Proceedings of the 19th ACM conference on
Computer and Communications Security (CCS 2012), October 2012.
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[14] Tor Project.
To toggle, or not to toggle
:
The end of tor-
button,
May
2011.
[16] Tor Project. The design and implementation of the tor browser. https://www.
[17] Tor Project. Stem docs, mirror mirror on the wall.
[18] T. Dierks and C. Allen. RFC 2246 : The TLS Protocol Version 1.0. IETF RFC
2246, January 1999.
[19] E. Rescorla. The transport layer security (tls) protocol version 1.3 - draft, 2016.
[20]
[23] Tor Project.
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A Annexes
Figure 6 - Capture d’écran du site Blutmagie.de : Le relais Tor personnel pour ce
travail est listé dans le serveur d’annuaire.
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Figure 7 - Capture d’écran : Envoi des instructions sur l’adresse e-mail
Figure 8 - Capture d’écran :Réceptions des informations
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Figure 9 - Official directory server “Faravahar” - page d’accueil.
Figure 10 - Réponse de Robert Dingledine (Arma) -Président, Directeur, et cofon-
dateur du Projet Tor à la question qu’est ce que la clé éphémère.
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Figure 11 - Fichier de configuration d’un relais Tor : spécifiquement concernant la
bande passante.
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