密码朋克的社会实验（一）：开灯看暗网 – 作者:云鼎实验室

前言

本年度最严重的几次数据泄漏，都指向了同一个词——「暗网」。在中文的语境里，这是一个犹如「月黑风高夜」般的词汇，透着诡秘和犯罪的气息。而与「暗网」关系最密切的另一个词，则非「黑客」莫属。「黑」与「暗」的组合，意味着高超的匿名和隐身技巧，令人忍不住想揭开它精巧的面纱。

暗网是什么

要解释暗网，先给整个互联网做一个简单的分层定义，如图：

表网（Surface Web）

通常认为，普通用户或者搜索引擎能直接访问的内容属于表网。表现形式为网页或者 APP 提供的内容。

深网（Deep Web）

指不能被标准搜索引擎检索到的网络数据。通常是存储在各公司或组织的数据库中，需要用专有的接口查询或干脆不对外查询，例如 Google 的后端数据库。深网数据量远大于表层网络，犹如海面和大海的关系。

暗网（Dark Web）

需要通过特殊的加密通道访问的网页或数据。暗网通常具有匿名的特性，既保证访问者的匿名，同时也保证服务提供者的匿名。因此，其中充斥着各种犯罪信息和违法交易（枪支、毒品、色情、暴恐、黑客等）。

暗网有多个不同的实现版本，下文我们说暗网特指「Tor 网络」。

网络上有些说法说暗网远大于表层网络，其实很不严谨，是把深网和暗网混为一谈了，真实的暗网只有一小部分人使用，远小于大众使用的表层网络。

谁创造了暗网

密码朋克

故事要从90年代的一个极小众群体说起——「密码朋克」。这是一个由顶尖数学家、密码学家和程序员组成的群体，他们关注「匿名、自由、隐私」，其中许多人抱着自由主义和无政府主义的理念，并在美国掀起了「加密无政府主义运动」，他们以密码学和互联网为武器，与强权展开直接对抗。

正是这群人，创造了许多加密技术和协议，也奠定了互联网的许多底层技术和通信协议，从加密邮件到 HTTPS，从 RSA 到区块链，等等等等。

国外政府部门

花开两朵，密码朋克们希望保护自己的信息和隐私不被政府获取；而政府同样也有这个需求，甚至更强烈得多，因为他们要保证情报的传输安全，同时要保护情报人员传递信息时无法被网络追踪。因此，1995年，美国海军研究实验室也进行了匿名网络的相关项目研究，这也就是暗网的前身。

2004 年，「Tor 洋葱网络」正式对外发布，意味着普通用户也可以使用匿名网络技术来保证自己的匿名性。也就代表着「暗网」这个概念正式走向公众。为什么叫洋葱网络，因为其中的通信内容被三重加密，像洋葱一样，剥开一层还有一层。

Tor 网络虽然理论上比较安全，但其中的中转节点是由志愿者部署，如果掌握了其中足够的节点，也是有概率进行完整通信追踪的。而且这毕竟是孵化自美国海军的一个项目，是否有一些精心构造的安全缺陷，难以确认。

暗网上的数据泄露

一个能保证访问者和服务提供者都匿名的网络，天生就是法外之地。

因此，各路违法信息交流充斥暗网，尤其是2011年后，由于比特币技术的兴起，暗网终于从「匿名的信息交流」进化到了「匿名的价值交换」阶段，这个颠覆性变革，随着「Silk Road」的建立（丝绸之路：可以理解为基于比特币的暗网淘宝），掀起了违法交易的高潮。当然，大概同时也掀起了 FBI 相关部门的加班高潮。

很巧的是，同样是2011年底，国内发生了一轮标志性的大规模的用户数据泄漏事件，之后各种数据泄漏就成为了每年的常态。早期此类数据交易往往是黑客私下交易，而近年来逐渐被搬到暗网进行交易。为此，腾讯安全云鼎实验室对暗网的主要交易平台进行了监测，并抽取了近几个月针对国内用户的数据泄漏的情况进行了统计。

可以看到，近期泄漏数据，主要以网购/物流/身份证/酒店/社交帐号数据为主。

暗网上的业务

暗网最大的几个市场均在近年被 FBI 捣毁，如 Silk Road、AlphaBay，因此，2017年来暗网黑市有所收敛，并不如前几年火爆。我们统计了目前存在的几大市场商品分类，可以看出，毒品/药物类还是占据了超过50%的份额，海外使用违禁药物的情形非常严峻，其次是数字商品类，并充斥着各种色情、黑客、枪支、护照、假钞等违法内容。

暗网匿名原理

暗网最重要的作用是保证匿名，其匿名性体现在两个方面：

访问普通网站时，网站无法得知访问者 IP 地址。

提供暗网服务时，用户无法得知服务器 IP 地址。

两个能力加起来则保障了暗网用户访问暗网网站时，双方都无法得知对方 IP 地址，且中间节点也无法同时得知双方 IP 地址。

听起来挺科幻的，毕竟我们平时使用的 VPN 等科学上网技术只使用了一层跳板，而 Tor 技术使用了三层跳板。

关于 VPN 的原理，可以参考下图：

VPN 原理图解

下面对暗网匿名原理进行详细解析：

访问普通网站

先来看一个真实访问普通网站的跳转情况：

从上图可以看到，我们使用浏览器访问 google.com，但中间经过了3个节点 IP 地址，分别在匈牙利、西班牙、德国，然后再访问到谷歌的服务器。

Tor 用户针对普通网站访问流程，如下图所示。Tor 网络中的每个节点都是随机选取，且每个节点看到的信息不超过一跳，所以通过网络流量监控嗅探到的 Tor 流量不能同时获取通信两端的 IP 信息；且每一个节点处都是加密形式。这里随机选取的三个节点的功能顺序是：入口节点、中间节点、出口节点；数据流方向为：客户端、入口节点、中间节点、出口节点、WEB 服务器。

Tor 网络有其特有的加密方式–三层密钥加密。三层密钥的建立是在网络请求的初始，当和下一个节点连接时创建一对非对称密钥，三个随机节点共创建了三对密钥并将公钥回传到客户端。数据经客户端三层密钥加密后，进行 Tor 网络的传输，每经过一个节点，便解开一层加密，顺序依次为：入口节点解开第一层加密，中间节点解开第二层加密，出口节点解开第三层加密。通过层层加密让流量监控无法嗅探明文数据。

访问匿名网站

先来看一次真实访问匿名网站的跳转情况：

从上图可以看到，我们通过浏览器尝试访问一个奇怪的域名（uffti3lhacanefgy.onion），但和前面普通网站不一样的是，中间经过了6个节点，其中前3个可见 IP，另外3个命名为 Relay，然后再访问到那个奇怪的域名。

这个访问匿名网站的流程比较复杂，在普通互联网上，当我们知道网站域名时，通过 DNS 协议解析到 IP 地址，然后访问。但 Tor 网络域名是 .onion 为后缀，并不是使用普通的 DNS 方式来解析，而是使用下面的方法。

下面我们结合 torproject.org 网站介绍的洋葱服务协议、业界约定俗成的各个环节的名称、及上面的原理图进行 Tor 访问匿名网站的原理复盘。在原Tor网络上增加了承载暗网网址导航功能的目录数据库(DB)，暗网服务器选定的允许与其通信的介绍点(Introduction point)，及进行两端数据传输的最终会合点(Rendezvous point)。原理图中的每一步连接，都是建立在 Tor 网络的三跳连接之上，杜绝流量监控嗅探到明文数据。下面我们了解一下访问匿名网站的过程。

Step 1: 暗网服务器连入 Tor 网络，并隐匿IP信息

这一步是通过介绍点来完成，方法是暗网服务器选取若干节点充当介绍点，建立Tor线路；并以介绍点充当影子功能，隐匿IP信息。

Step 2: 暗网服务器通过向目录数据库注册，公示自身的存在

这一步是通过目录数据库来完成，目录数据库收录了各个暗网服务器上传的自身标识（公钥、对应介绍点摘要等），这些标识以自身的私钥签名。暗网服务器的域名(例：uffti3lhacanefgy.onion)由公钥派生。

Step 3: 客户端获取暗网网址对应的标识信息，拿到网址对应的公钥与介绍点

这一步是客户端通过Tor线路访问目录数据库拿到的结果，此外还进行标识的篡改验证。

Step 4: 客户端随机选取节点构建会合点，为后续与暗网服务器传输数据做准备

这一步是会合点的生成，除为选取的会合点创建Tor线路外，同时会合点还会收到一次性「验证信息」，用来校验暗网服务器。

Step 5\6: 客户端通过介绍点，通告暗网服务器会合点的地址和「验证信息」

这一步的核心是让暗网服务器知道会合点的存在，媒介是客户端在目录数据库中获取到的对应暗网网址的介绍点，同时传递了后续用来对接验证的「验证信息」。

Step 7: 暗网服务器通过Tor线路连接会合点，最终与客户端达成数据传输

这一步暗网服务器也通过Tor线路与会合点建立连接，但两端还未达成真正的通信，必须进行「验证信息」的核实，当真正验证成功后，才能达成真正的通路。

经过以上复杂流程，客户端和暗网服务器建立通信成功，形成一个上面截图的六跳连接，并成功保证了双方的匿名性。

Tor 网络节点

从前面可以看到，暗网的匿名性基于其众多的节点，但如果部署足够多的节点，是否就能探测到双方的 IP 地址和通信数据呢？先来看看暗网节点的情况。

节点介绍

暗网节点一共分为以下3类：

入口节点/中间节点

入口节点和中间节点没有本质的差别，通常各IDC 运营商都允许服务器被部署为入口节点和中间节点，新节点上线只能是中间节点，当稳定性和带宽都比较高时，才允许被升级为入口节点。

出口节点

出口节点从技术上看和入口节点一样，但通常IDC 运营商是不允许服务器部署出口节点的，因为如果引发了犯罪行为，由于无法进行往回追踪，会导致运营商背锅。因此，出口节点通常是学术机构、ISP、科研单位、公共图书馆等才会部署。

网桥

由于入口节点是公开的，因此很容易被封锁。为了保证这些地区的人也能访问 Tor 网络，还存在一个秘密的入口列表，称之为网桥节点。这个秘密列表每次只可以查询到3个入口节点，通过一些机制保证不能简单被遍历，以此来对抗封锁。

节点数据

截止当前，目前运行的 Tor 节点数量大概有7500，普通节点大约6500，网桥节点接近1000。

普通节点中，入口节点（Guard）大约2400，出口节点（Exit）大约800多。

从这个数据来看，假设我们在「入中出」三类节点中各有一台机器，能检测到完整数据的概率大约是 1/(3400 * 800 * 3300) = 1/8976000000。大约是九十亿分之一。

其中大多数节点主要分布在欧美国家。

节点详情

完整的公开节点列表可以在以下网址查询到https://torstatus.rueckgr.at/，云厂商可以根据这个列表进行自查。

部分节点详细数据

Tor 用户

全球每天使用 Tor 网络的用户基本稳定在200万人，相对于数十亿的互联网用户，其实非常小量，而其中访问暗网匿名网站的用户更是其中的一小部分。

暗网用户分布国家 TOP10。

国家	用户数	占比
美国	368318	18.08 %
俄罗斯	246790	12.11 %
阿联酋	218387	10.72 %
德国	152382	7.48 %
印度尼西亚	99310	4.87 %
法国	93784	4.60 %
乌克兰	76365	3.75 %
英国	61983	3.04 %
印度	45523	2.23 %
荷兰	43386	2.13 %

其它平行网络

前面说过，Tor 网络只是暗网的一个实现版本，其他的还有 Freenet 和 I2P 网络，但用户量远远低于 Tor，因此仅作了解就好。

近年来由于区块链技术的发展，又出现了一种基于区块链技术的分布式匿名网络，其典型例子是 ZeroNet（零网）。

具体用法可以参见官网，https://zeronet.io，用来搭建自己的网站，不但匿名，甚至无需服务器。

写在最后

技术本身是中立的，尤其是在密码学的领域，一方面保障着整个互联网的安全和信任基础，一方面也包庇了暗网下的种种犯罪。Tor 网络也一样，一方面为大众提供了一种安全的匿名方案，一方面也为非法交易提供了温床。阴阳总是交融地存在，所幸黑色领域终究是少数，如何将黑色领域尽量压缩，道阻且长。

揭开了暗网的面纱，本系列下一篇，将用最科普的方式，继续讲述暗网背后的密码学原理。

参考资料

[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

*本文作者：karmayu、murphyzhang@云鼎实验室，转载请注明来自FreeBuf.COM

来源：freebuf.com 2018-12-20 13:00:56 by: 云鼎实验室