匿名通信

匿名通信的基本框架可以從三個方面加以闡述：匿名屬性(anonymity property)、對手能力(adversary capability)和網絡類型(network type)。

1.匿名屬性

匿名屬性包括不可辨識性(unidentifiability)和不可聯繫性(unlinkability)。不可辨識性是指對手無法識別用户的身份和行為；不可聯繫性是指對手無法通過觀察系統將消息、行為和用户相關聯。

不可辨識性由發送者匿名、接收者匿名、相互匿名和位置匿名四個部分構成。發送者匿名是指不能辨識消息發送者的身份；接收者匿名是指不能辨識消息接收者的身份；相互匿名是指既不能辨識消息發送者的身份，也不能辨識消息接收者的身份；位置匿名是指無法辨識消息發送者和消息接收者的位置、移動、路由或拓撲信息。

不可聯繫性主要是通信匿名。通信匿名是指特定的消息不能和任意通信會話相關聯，或者特定的通信會話不能和任意的消息相關聯。通信匿名的匿名程度要低於發送者匿名和接收者匿名。

2.對手能力

對手是意圖降低、消除通信匿名的通信網絡用户或用户的集合。匿名通信系統一般通過提出威脅模型(threadmode)，來表明該系統能夠抵抗的對手能力。對手能力分為三個方面：可達能力(reachability)、攻擊能力(attackability)和適應能力(adaptability)。

對手的可達能力分為全局(global)和本地(local)兩種。具有全局能力的對手可以訪問網絡中所有的節點和鏈路，而具有本地能力的對手只能訪問網絡中部分的節點和鏈路。攻擊能力分為被動(passive)和主動(active)兩種。攻擊的目的是為了識別消息的發送者或接收者。被動攻擊一般由匿名通信網絡的外部觀測者發起，其主要行為為觀測網絡中傳輸的消息、網絡中數據的流量，並通過對消息和流量的分析達到攻擊的目的。主動攻擊一般由匿名通信網絡的內部節點發起，其主要行為為通過其控制的部分通信節點修改通信消息、追溯通信行為、修改通信行為，來達到攻擊的目的。

適應能力分為動態和靜態兩種。在匿名通信系統中，對手的適應能力一般是動態的，動態地跟蹤網絡的變化，實時地收集路徑選擇算法信息，實時地監控網絡傳輸的消息和流量的變化。

3.網絡類型

匿名通信系統的網絡類型由以下三個因素確定，分別為：路徑拓撲(pathto pology)、路由機制(route scheme)和路徑類型(path type)。

匿名通信系統的路徑拓撲有兩種，分別為：瀑布型(cascade)和自由型(free)。在瀑布型的網絡中，發送者從匿名通信網絡中選擇固定的通信路徑進行消息的傳輸；在自由型的網絡中，發送者可以選擇任意長度的通信路徑進行消息的傳輸。一般意義上，自由型的網絡拓撲比瀑布型的網絡拓撲具有更強的匿名。

匿名通信系統的路由機制分為單播(unicast)、組播(multicast)、廣播(broadcast)和任意播(anycast)。目前基於系統效率和系統部署等實際問題的考慮，大多數實際部署的匿名通信系統的路由機制都是單播的機制。

匿名通信系統的路徑類型分為簡單(simple)和複雜(complex)。簡單的路徑類型不允許出現路徑的循環，中繼的節點在整個路徑中只能出現一次；複雜的路徑類型可以出現路徑的循環，中繼的節點在整個路徑中可以出現多次。

現階段匿名通信的研究主要分為三類：基於Mix算法的匿名通信系統、基於OnionRouting算法的匿名通信系統和基於泛洪算法的匿名通信系統。

基於Mix算法的匿名通信系統是在的匿名通信算法基礎上發展起來的。該類通信系統的核心思想是利用單個Mix節點或瀑布型的多個Mix節點實現匿名通信。Mix節點是指網絡中向其他節點提供匿名通信服務的節點，它接收用其公鑰加密的數據，並對數據進行解密、批處理、重序、增加冗餘字節等處理，然後將數據傳輸給下一個Mix或最終接收者。基於Mix算法的匿名通信系統具有以下特點：

(1)匿名通信系統網絡中一部分節點為其他節點提供匿名通信服務；

(2)發起者需要在發起匿名通信之前確定整個通信的傳輸路徑，該路徑在傳輸中不會改變；

(3)發起者需要在發起匿名通信之前，得到整個傳輸路徑中各個Mix節點的信息，包括地址、密鑰信息等；

(4)Mix節點對來自多個發送者的通信信息進行解密、複用、批處理、重序、增加冗餘字節等處理，系統匿名較高，但通信傳輸的時延較高，一般不適合實時的數據通信。

基於Mix算法的匿名通信系統包括Babel、Cyberpunk(TypeI)、Mixmaster(TypeII)、Mixminion(TypeIII)等。

基於OnionRouting算法的匿名通信系統是在Reed等人1998年提出的Onion Routing算法基礎上發展起來的。相比於基於Mix算法的匿名通信系統，基於Onion Routing算法的匿名通信系統更注重數據通信的實時性以及系統的簡單性、有效性和可實施性，其特點為：

(1)基於Onion Routing算法的匿名通信系統建立在TCP傳輸的基礎上，節點之間通常通過SSL方式傳輸；

(2)基於Onion Routing算法的匿名通信系統在路徑建立時採用非對稱密鑰算法加密，在數據通信時採用對稱密鑰算法加密，以提高數據傳輸效率，降低時延；

(3)基於Onion Routing算法的匿名通信系統採用實時複用並轉發，不對通信數據進行亂序、固定輸入輸出流量等批處理。基於Onion Routing算法的匿名通信系統包括Tor、FreeNet等。Tor是目前Internet中最成功的公共匿名通信系統。目前，Tor在全球具有超過1300箇中繼節點，大部分的節點位於美國和德國；正常狀態下，全球有超過20Gbps的匿名通信傳輸數據流量。

基於泛洪算法的匿名通信系統是近期匿名通信傳輸領域新的研究熱點，主要基於flooding、epidemic等類洪泛算法實現匿名通信，目前仍處於實驗室研究階段，沒有實際部署的成熟的匿名通信系統。基於泛洪算法的匿名通信系統一般具有以下特點：

(1)發起者在發起匿名傳輸之前完全不清楚匿名傳輸的路徑，也無需得到傳輸中間節點的任何信息；

(2)發起者的每一次匿名傳輸路徑並不固定；

(3)匿名通信網絡中的任何一箇中間節點都不知道匿名通信的發起者和接收者。

基於泛洪算法的匿名通信系統主要面臨的挑戰是系統會產生大量的網絡傳輸流量，對於網絡帶寬的需求較大；同時在目前的狀態下，系統算法的穩定性和可靠性還不夠。 ^[1]