密碼朋克的社會實驗（一）：開燈看暗網

作者：karmayu、murphyzhang @云鼎實驗室
公眾號：https://mp.weixin.qq.com/s/Dhe1k1spN2zVIjycc3HbRw
相關閱讀：密碼學幼稚園 | 密碼朋克的社會實驗（二）

…… 2018年3月8日，某視頻網站800余萬用戶數據在暗網銷售 2018年8月1日，某省1000萬學籍數據出現在暗網 2018年8月28日，某酒店集團5億數據疑似在暗網出售 ……

本年度最嚴重的幾次數據泄漏，都指向了同一個詞——「暗網」。在中文的語境里，這是一個猶如「月黑風高夜」般的詞匯，透著詭秘和犯罪的氣息。而與「暗網」關系最密切的另一個詞，則非「黑客」莫屬。「黑」與「暗」的組合，意味著高超的匿名和隱身技巧，令人忍不住想揭開它精巧的面紗。

暗網是什么

要解釋暗網，先給整個互聯網做一個簡單的分層定義，如圖：

表網（Surface Web）

通常認為，普通用戶或者搜索引擎能直接訪問的內容屬于表網。表現形式為網頁或者 APP 提供的內容。

深網（Deep Web）

指不能被標準搜索引擎檢索到的網絡數據。通常是存儲在各公司或組織的數據庫中，需要用專有的接口查詢或干脆不對外查詢，例如 Google 的后端數據庫。深網數據量遠大于表層網絡，猶如海面和大海的關系。

暗網（Dark Web）

需要通過特殊的加密通道訪問的網頁或數據。暗網通常具有匿名的特性，既保證訪問者的匿名，同時也保證服務提供者的匿名。因此，其中充斥著各種犯罪信息和違法交易（槍支、毒品、色情、暴恐、黑客等）。

暗網有多個不同的實現版本，下文我們說暗網特指「Tor 網絡」。

網絡上有些說法說暗網遠大于表層網絡，其實很不嚴謹，是把深網和暗網混為一談了，真實的暗網只有一小部分人使用，遠小于大眾使用的表層網絡。

誰創造了暗網

密碼朋克

故事要從90年代的一個極小眾群體說起——「密碼朋克」。這是一個由頂尖數學家、密碼學家和程序員組成的群體，他們關注「匿名、自由、隱私」，其中許多人抱著自由主義和無政府主義的理念，并在美國掀起了「加密無政府主義運動」，他們以密碼學和互聯網為武器，與強權展開直接對抗。

正是這群人，創造了許多加密技術和協議，也奠定了互聯網的許多底層技術和通信協議，從加密郵件到 HTTPS，從 RSA 到區塊鏈，等等等等。

國外政府部門

花開兩朵，密碼朋克們希望保護自己的信息和隱私不被政府獲取；而政府同樣也有這個需求，甚至更強烈得多，因為他們要保證情報的傳輸安全，同時要保護情報人員傳遞信息時無法被網絡追蹤。因此，1995年，美國海軍研究實驗室也進行了匿名網絡的相關項目研究，這也就是暗網的前身。

2004年，「Tor 洋蔥網絡」正式對外發布，意味著普通用戶也可以使用匿名網絡技術來保證自己的匿名性。也就代表著「暗網」這個概念正式走向公眾。為什么叫洋蔥網絡，因為其中的通信內容被三重加密，像洋蔥一樣，剝開一層還有一層。

Tor 網絡雖然理論上比較安全，但其中的中轉節點是由志愿者部署，如果掌握了其中足夠的節點，也是有概率進行完整通信追蹤的。而且這畢竟是孵化自美國海軍的一個項目，是否有一些精心構造的安全缺陷，難以確認。

暗網上的數據泄露

一個能保證訪問者和服務提供者都匿名的網絡，天生就是法外之地。

因此，各路違法信息交流充斥暗網，尤其是2011年后，由于比特幣技術的興起，暗網終于從「匿名的信息交流」進化到了「匿名的價值交換」階段，這個顛覆性變革，隨著「Silk Road」的建立（絲綢之路：可以理解為基于比特幣的暗網淘寶），掀起了違法交易的高潮。當然，大概同時也掀起了 FBI 相關部門的加班高潮。

很巧的是，同樣是2011年底，國內發生了一輪標志性的大規模的用戶數據泄漏事件，之后各種數據泄漏就成為了每年的常態。早期此類數據交易往往是黑客私下交易，而近年來逐漸被搬到暗網進行交易。為此，騰訊安全云鼎實驗室對暗網的主要交易平臺進行了監測，并抽取了近幾個月針對國內用戶的數據泄漏的情況進行了統計。

可以看到，近期泄漏數據，主要以網購/物流/身份證/酒店/社交帳號數據為主。

暗網上的業務

暗網最大的幾個市場均在近年被 FBI 搗毀，如 Silk Road、AlphaBay，因此，2017年來暗網黑市有所收斂，并不如前幾年火爆。我們統計了目前存在的幾大市場商品分類，可以看出，毒品/藥物類還是占據了超過50%的份額，海外使用違禁藥物的情形非常嚴峻，其次是數字商品類，并充斥著各種色情、黑客、槍支、護照、假鈔等違法內容。

暗網匿名原理

暗網最重要的作用是保證匿名，其匿名性體現在兩個方面：

• 訪問普通網站時，網站無法得知訪問者 IP 地址。
• 提供暗網服務時，用戶無法得知服務器 IP 地址。

兩個能力加起來則保障了暗網用戶訪問暗網網站時，雙方都無法得知對方 IP 地址，且中間節點也無法同時得知雙方 IP 地址。

聽起來挺科幻的，畢竟我們平時使用的 VPN 等科學上網技術只使用了一層跳板，而 Tor 技術使用了三層跳板。

關于 VPN 的原理，可以參考下圖：

下面對暗網匿名原理進行詳細解析：

訪問普通網站

先來看一個真實訪問普通網站的跳轉情況：

從上圖可以看到，我們使用瀏覽器訪問 google.com，但中間經過了3個節點 IP 地址，分別在匈牙利、西班牙、德國，然后再訪問到谷歌的服務器。

Tor 用戶針對普通網站訪問流程，如下圖所示。Tor網絡中的每個節點都是隨機選取，且每個節點看到的信息不超過一跳，所以通過網絡流量監控嗅探到的 Tor 流量不能同時獲取通信兩端的IP信息；且每一個節點處都是加密形式。這里隨機選取的三個節點的功能順序是：入口節點、中間節點、出口節點；數據流方向為：客戶端、入口節點、中間節點、出口節點、WEB服務器。

Tor 網絡有其特有的加密方式--三層密鑰加密。三層密鑰的建立是在網絡請求的初始，當和下一個節點連接時創建一對非對稱密鑰，三個隨機節點共創建了三對密鑰并將公鑰回傳到客戶端。數據經客戶端三層密鑰加密后，進行Tor 網絡的傳輸，每經過一個節點，便解開一層加密，順序依次為：入口節點解開第一層加密，中間節點解開第二層加密，出口節點解開第三層加密。通過層層加密讓流量監控無法嗅探明文數據。

訪問匿名網站

先來看一次真實訪問匿名網站的跳轉情況：

從上圖可以看到，我們通過瀏覽器嘗試訪問一個奇怪的域名（uffti3lhacanefgy.onion），但和前面普通網站不一樣的是，中間經過了6個節點，其中前3個可見 IP，另外3個命名為 Relay，然后再訪問到那個奇怪的域名。

這個訪問匿名網站的流程比較復雜，在普通互聯網上，當我們知道網站域名時，通過 DNS 協議解析到 IP 地址，然后訪問。但 Tor 網絡域名是 .onion 為后綴，并不是使用普通的 DNS 方式來解析，而是使用下面的方法。

下面我們結合 torproject.org 網站介紹的洋蔥服務協議、業界約定俗成的各個環節的名稱、及上面的原理圖進行 Tor 訪問匿名網站的原理復盤。在原Tor網絡上增加了承載暗網網址導航功能的目錄數據庫(DB)，暗網服務器選定的允許與其通信的介紹點(Introduction point)，及進行兩端數據傳輸的最終會合點(Rendezvous point)。原理圖中的每一步連接，都是建立在 Tor 網絡的三跳連接之上，杜絕流量監控嗅探到明文數據。下面我們了解一下訪問匿名網站的過程。

• step 1: 暗網服務器連入 Tor 網絡，并隱匿IP信息

這一步是通過介紹點來完成，方法是暗網服務器選取若干節點充當介紹點，建立Tor線路；并以介紹點充當影子功能，隱匿IP信息。

• step 2: 暗網服務器通過向目錄數據庫注冊，公示自身的存在

這一步是通過目錄數據庫來完成，目錄數據庫收錄了各個暗網服務器上傳的自身標識（公鑰、對應介紹點摘要等），這些標識以自身的私鑰簽名。暗網服務器的域名(例：uffti3lhacanefgy.onion)由公鑰派生。

• step 3: 客戶端獲取暗網網址對應的標識信息，拿到網址對應的公鑰與介紹點

這一步是客戶端通過Tor線路訪問目錄數據庫拿到的結果，此外還進行標識的篡改驗證。

• step 4: 客戶端隨機選取節點構建會合點，為后續與暗網服務器傳輸數據做準備

這一步是會合點的生成，除為選取的會合點創建Tor線路外，同時會合點還會收到一次性「驗證信息」，用來校驗暗網服務器。

• step 5\6: 客戶端通過介紹點，通告暗網服務器會合點的地址和「驗證信息」

這一步的核心是讓暗網服務器知道會合點的存在，媒介是客戶端在目錄數據庫中獲取到的對應暗網網址的介紹點，同時傳遞了后續用來對接驗證的「驗證信息」。

• step 7: 暗網服務器通過Tor線路連接會合點，最終與客戶端達成數據傳輸

這一步暗網服務器也通過Tor線路與會合點建立連接，但兩端還未達成真正的通信，必須進行「驗證信息」的核實，當真正驗證成功后，才能達成真正的通路。

經過以上復雜流程，客戶端和暗網服務器建立通信成功，形成一個上面截圖的六跳連接，并成功保證了雙方的匿名性。

Tor 網絡節點

從前面可以看到，暗網的匿名性基于其眾多的節點，但如果部署足夠多的節點，是否就能探測到雙方的 IP 地址和通信數據呢？先來看看暗網節點的情況。

節點介紹

暗網節點一共分為以下3類：

• 入口節點/中間節點

入口節點和中間節點沒有本質的差別，通常各 IDC 運營商都允許服務器被部署為入口節點和中間節點，新節點上線只能是中間節點，當穩定性和帶寬都比較高時，才允許被升級為入口節點。

• 出口節點

出口節點從技術上看和入口節點一樣，但通常 IDC 運營商是不允許服務器部署出口節點的，因為如果引發了犯罪行為，由于無法進行往回追蹤，會導致運營商背鍋。因此，出口節點通常是學術機構、ISP、科研單位、公共圖書館等才會部署。

• 網橋

由于入口節點是公開的，因此很容易被封鎖。為了保證這些地區的人也能訪問 Tor 網絡，還存在一個秘密的入口列表，稱之為網橋節點。這個秘密列表每次只可以查詢到3個入口節點，通過一些機制保證不能簡單被遍歷，以此來對抗封鎖。

節點數據

截止當前，目前運行的 Tor 節點數量大概有7500，普通節點大約6500，網橋節點接近1000。

普通節點中，入口節點（Guard）大約2400，出口節點（Exit）大約800多。

從這個數據來看，假設我們在「入中出」三類節點中各有一臺機器，能檢測到完整數據的概率大約是 1/(3400 * 800 * 3300) = 1/8976000000。大約是九十億分之一。

其中大多數節點主要分布在歐美國家。

節點詳情

完整的公開節點列表可以在以下網址查詢到 https://torstatus.rueckgr.at/，云廠商可以根據這個列表進行自查。

Tor 用戶

全球每天使用 Tor 網絡的用戶基本穩定在200萬人，相對于數十億的互聯網用戶，其實非常小量，而其中訪問暗網匿名網站的用戶更是其中的一小部分。

暗網用戶分布國家 TOP10。

其它平行網絡

前面說過，Tor 網絡只是暗網的一個實現版本，其他的還有 Freenet 和 I2P 網絡，但用戶量遠遠低于 Tor，因此僅作了解就好。

近年來由于區塊鏈技術的發展，又出現了一種基于區塊鏈技術的分布式匿名網絡，其典型例子是 ZeroNet（零網）。

具體用法可以參見官網，https://zeronet.io，用來搭建自己的網站，不但匿名，甚至無需服務器。

寫在最后：

技術本身是中立的，尤其是在密碼學的領域，一方面保障著整個互聯網的安全和信任基礎，一方面也包庇了暗網下的種種犯罪。Tor 網絡也一樣，一方面為大眾提供了一種安全的匿名方案，一方面也為非法交易提供了溫床。陰陽總是交融地存在，所幸黑色領域終究是少數，如何將黑色領域盡量壓縮，道阻且長。

揭開了暗網的面紗，本系列下一篇，將用最科普的方式，繼續講述暗網背后的密碼學原理。

參考資料：

[1] Tor: Overview
https://www.torproject.org/about/overview.html.en

[2] Tor: Onion Service Protocol
https://www.torproject.org/docs/onion-services

[3] Tor: Relays and bridges
https://metrics.torproject.org/networksize.html

[4] Tor: Relays by relay flag
https://metrics.torproject.org/relayflags.html

（部分圖片來源網絡）

騰訊安全云鼎實驗室 關注云主機與云內流量的安全研究和安全運營。利用機器學習與大數據技術實時監控并分析各類風險信息，幫助客戶抵御高級可持續攻擊；聯合騰訊所有安全實驗室進行安全漏洞的研究，確保云計算平臺整體的安全性。相關能力通過騰訊云開放出來，為用戶提供黑客入侵檢測和漏洞風險預警等服務，幫助企業解決服務器安全問題。

本文由 Seebug Paper 發布，如需轉載請注明來源。本文地址：http://www.bjnorthway.com/762/