一种针对洋葱网络系统共识文件的加密方法技术方案

本发明专利技术涉及一种针对洋葱网络系统共识文件的加密方法，能够增加攻击者对于Tor共识文件的获取以及阅读难度，提高Tor的安全性与隐蔽性，达到维护Tor系统安全性的目的。首先，目录服务器将收到的信息进行周期性整合，最终由网络目录机构投票决定并生成共识文件。然后将共识文件信息采用AES加密的方式进行写入。对于节点服务器，获取共识文件。最后，将密钥写入源码中并以注释的方式隐藏，管理员用户只需要记住该密钥的绝对路径，即可查看该密钥。本发明专利技术方法安全性、适用性强，适用于目录服务器和节点服务器，对于用户使用友好。如管理员需要查看文件内容，只需要运行固定脚本或者根据路径查找密钥并解密，便可以查看，效率高且耗费资源少。资源少。资源少。

【技术实现步骤摘要】
一种针对洋葱网络系统共识文件的加密方法


[0001]本专利技术涉及一种基于AES算法(Advanced Encryption Standard)的数据加密机制，尤其涉及一种针对洋葱网络系统共识文件的加密方法，能够增强系统的安全性与隐蔽性，属于隐蔽通信中有关Tor(洋葱路由，The Onion Router)系统安全


技术介绍

[0002]随着信息化时代的到来，网络已经深入到经济社会生活的各个领域。同时，网络安全，尤其是在网络上对个人的隐私保护已经越来越得到人们的重视。隐蔽通信系统在这个大的环境下应运而生。
[0003]隐蔽通信系统具有很好的隐藏用户身份和保护数据传输安全的特征，在金融领域、军事领域、网络交易领域等得到了广泛的使用。相对于传统的互联网点对点通信，隐蔽通信的核心特征在于：在系统中增加多个虚假的服务器，并将加密过后的数据通过多个虚假的代理服务器访问目的主机，最后在到达目的主机之前解密，在实现隐藏用户真实身份的同时，保证数据传输过程中的安全性。
[0004]目前，常用的隐蔽通信技术包括：(1)采用I2P建立通信链路；(2)Freenet技术；(3)采用tor网络建立匿名通信；(4)ZeroNet匿名通信网络。在上述主流的隐蔽通信技术中，Tor的应用范围更加广泛并且用户众多。因此，关于Tor安全性显得额外的重要。
[0005]然而，针对Tor网络的服务器存在着安全隐患，即，共识文件以明文的方式存储(普通用户可以通过访问目录服务器的IP地址的形式来查看共识文件)。攻击者如果入侵Tor中任意服务器，就可以获取共识文件，并根据共识文件的内容来获取整个网络中和Tor相关的中间节点服务器的IP。同时，共识文件中的密钥也会泄露。这在极大程度上增加了系统的不稳定性和易受攻击性。在隐蔽通信系统Tor中，Tor客户端先访问目录服务器，从目录服务器中获取共识文件。然后根据共识文件里面的中间节点，随机选择三个节点组成电路。用户流量跳跃三个节点之后，最终到达目标网站服务器。每隔10分钟左右会重新选择三个节点。并且每个中间节点也会拥有这个共识文件。由于Tor的这种特性，共识文件必须满足以下条件：(1)可以被客户端获取。(2)可以被客户端解读。(3)基于HTTP协议传输。但是，由于是基于HTTP协议，这样导致任意用户(包括攻击者)可以直接获取明文的共识文件，属于敏感文件泄露漏洞。
[0006]因此，基于Tor搭建的隐蔽通信系统存在安全隐患，需要采用一种有效技术来实现对共识文件的隐藏和加密，从而增加攻击者对于共识文件的获取以及阅读难度，达到维护Tor系统安全性的目的。
[0007]现有的避免Tor共识文件泄露的方案，按其技术原理可分为以下几种：
[0008]1.更改Web服务的配置信息。之所以普通用户可以通过浏览器访问Tor网络中目录服务器的共识文件，是因为Tor目录服务器开启了Web服务。而目前为止最常用的Web容器有：Nginx、Apache、Tomcat。这些Web容器都会考虑自身安全而加入更多配置选项，而通过修改这些Web容器的配置文件。例如：Apache就可以修改httpd.conf中的标签属性，可以达到
拒绝某一些用户来访问这台服务器中的某些文件夹或者文件。只要配置得当，就可以避免攻击者窃取目录服务器中的共识文件
[0009]但是，该方案配置过程繁琐。Tor系统是使用C语言开发的一款隐蔽通信系统。其使用的Web容器并不属于常见类型，而是将配置写在源码当中，启动系统会自动开启HTTP服务。若想关闭，必须了解Tor整体源码架构，这使得学习和配置成本加大。且此方案不适用于中间节点被入侵情况。中间节点同样拥有共识文件，然而中间节点由于数量多，安全性差，容易遭受攻击。使得共识文件泄露。同时部分功能受限。共识文件的传输是基于HTTP协议，如果只是单纯停掉HTTP协议相关服务，很有可能导致共识文件传输失败，使得整体系统功能受损，严重情况会导致系统无法正常运行。
[0010]2.更改服务器配置。对于私网搭建Tor来说，用户数量和身份确定，所以可以考虑防火墙白名单策略。通常情况服务器开启HTTP服务会默认打开80/443端口。可以配置指定的IP，也可以修改目录服务器的80/443端口。进而使得攻击者无法访问目录服务器的Web服务，更不能获取其中的任何文件。保证了共识文件的安全。
[0011]但是，此种方案影响扩充性。配置防火墙白名单虽然可以有效抵御攻击者访问，但是也将会导致新增加的客户端用户和管理员用户无法访问。如果要扩充用户还需要更改防火墙策略，这样极大影响扩充性，增加不必要的时间成本。且此种方案不适用于中间节点被入侵情况。此方法同样无法保证中间节点被入侵后的共识文件安全性。
[0012]3.传统方式加密共识文件。为了防止共识文件内容泄露，可以将共识文件进行加密，从而达到了即使共识文件被窃取也无法查看内容的目的。例如：DES、DSA、ECDSA、Hash等等。
[0013]但是，此种方案影响管理员查看。若使用哈希算法等单向加密算法进行加密，虽然攻击者无法查看共识文件内容，但是哈希算法是有损加密，无法还原共识文件。增加了安全性，却会导致共识文件无法被使用。同时，密钥存储与分发不便。若使用非对称加密算法进行加密，需要同时拥有公钥和私钥，才可以完成加密解密的过程。而公钥和私钥的如何存储如何分发，又是一个比较难解决的问题。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是为了增加攻击者对于Tor共识文件的获取以及阅读难度，提高Tor的安全性与隐蔽性，创造性地提出了一种针对洋葱网络系统共识文件的加密方法，达到维护Tor系统安全性的目的。
[0015]本方法采用的核心算法如下：
[0016]AES密码是一种对称加密算法，它与分组密码Rijndael基本上完全一致，分组大小和秘钥大小都可以分为128、192或256位。但是，AES的标准只要求128位，所以，只有128位的Rijndael才称为AES算法。因此，首先将明文拆分为128bit的小块，结尾不足处用0补齐。
[0017]AES加密中随着密钥长度的不同，加密的轮数(次数)也随之不同，这种设计是根据NIST的要求来设计的，具体的密钥长度和轮数n关系，如表1所示：
[0018]表1
[0019]密钥长度轮数n128bit10
192bit12256bit14
[0020]首先，对初始的128明文进行分块，以8bit为基本单位分成16块，按照从上到下、从左到右的顺序填写到一个4
×
4的矩阵之中。在接下来的操作中都是以矩阵中每个元素来进行变化和运算，这个矩阵成为状态阵(state)(AES算法主要是对矩阵的有序变换和运算)，如图2所示，其中X代表8bit。
[0021]AES算法流程包括轮密钥加、字节代替、行移位、列混合四个部分，将每个部分按照图3所示的流程进行运算，最终得出加密后的结果。
[0022]有益效果
[0023]与现有技术相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对洋葱网络系统共识文件的加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：分析共识文件的生成过程；步骤2：目录服务器端操作：针对共识文件信息，采用AES加密的方式写入，具体流程为：首先，找到系统中writeConsensus()函数，此处泛指写入函数；然后，使用WriteConsenByAES()函数代替writeConsensus()函数，对共识文件加密；先截取待写入文件流，并将其内容进行分块操作，每一块数据长度为128bit，如果结尾不足128bit则用数字0填充，在后续操作中，均以矩阵中每个元素来进行变化和运算；之后，采用将每一块分别进行加密并拼接的方式：第一步：将每块128bit明文按照以8bit为基本单位分成16块，按照从上到下、从左到右的顺序填写到一个4
×
4的矩阵之中；第二步：对该矩阵进行轮密钥加，具体为：用密钥矩阵与明文矩阵对应位置逐一做异或运算；第三步：字节代替，使用一个S盒，S盒是一个16
×
16的固定矩阵，其非线性置换为：输入的列的每个元素用来指定S盒的地址：前4位指定S盒的行，后4位指定S盒的列；第四步：行位移，状态阵列的4个行循环以字节为基本单位进行左移，每行循环左移的偏移量由明文分组的大小和所在行数共同确定，即列数Nb和行号确定；第五步：列混合，将输入矩阵左乘一个固定矩阵，对应元素相乘再求和，其中，元素相乘遵循有限域GF(28)上的乘法，求和遵循有限域GF(28)求和，即异或运算；将上述步骤进行拼接：首先，使用初始密钥对明文矩阵做一次...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝烈煌，徐大伟，高家奇，高峰，晁代崇，
申请(专利权)人：长春大学，
类型：发明
国别省市：