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Scavenging for Anonymity with BlogDrop Henry CorriganGibbs Bryan Ford Yale University Provable Privacy Workshop 910 July 2012 – Vigo, Spain

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Scavenging  for  Anonymity  with  BlogDrop  

Henry  Corrigan-­‐Gibbs   Bryan  Ford  Yale  University  

Provable  Privacy  Workshop  9-­‐10  July  2012  –  Vigo,  Spain  

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MoNvaNon  

•  Alice  is  a  ciNzen  of  country  X  •  Alice  uses  Tor  to  make  an  anonymous  blog  post  to  a  server  inside  of  country  X  

•  Government  of  country  X  wants  to  find  out  post  author’s  idenNty                      …how  hard  is  that?  

2  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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MoNvaNon  

Alice  

Blog  Server  

Country  X  

3  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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MoNvaNon  

•  Tor  average  daily  users  in  Q1  2012:  ~49  000  in  Iran  ~16  000  in  Syria  ~2  000  in  China  

•  Gov’t  X  can’t  arrest  thousands  of  people  on  a  hunch            …what  if  the  blog  post  has  a  Nmestamp?  

Tor  stats  from  h]ps://metrics.torproject.org/  4  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Internet  Usage  in  a  Day  

0%  1%  2%  3%  4%  5%  6%  7%  8%  9%  10%  11%  12%  

0   6   12   18   24  

Percen

tage  of  D

ay's    

Users  Online  

Hour  of  Day  AOL  Web  Search  Data  Set  

Data  mirrored  at  h]p://www.gregsadetsky.com/aol-­‐data/  

If  Alice  is  hiding  among  3%  of  daily  Tor  users  in  China,  she  might  be  in  trouble  

5  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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State  of  the  art  

User  Sessions  

Nme  

Anonymity  set  as  large  as  the  number  of  online  users  

6  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Outline  

•  MoNvaNon  •  Overview:  Anonymity  scavenging  •  Ciphertext  construcNon  •  Conclusion  

7  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Anonymity  Scavenging  

•  Can  Alice  increase  latency  to  gain  anonymity?  •  High-­‐latency  systems  are  unpopular  à  unsafe  – Mixmaster/mixminion  vs.  Tor  – Would  like  low-­‐latency  Bobs  to  protect  high-­‐security  Alices  

– Same  moNvaNon  as  alpha  mixing  (Dingledine  et  al.  PETS’06)  

8  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Anonymity  over  Nme  

User  Sessions  

Nme  

9  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Anonymity  over  Nme  

Blog  A  

User  Sessions  

10  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Anonymity  over  Nme  

User  Sessions  

11  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Blog  B  

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BlogDrop  Features  •  Anonymous  comm  protocol  in  which  user  defines  anonymity  set  size  (vs.  latency)  

•  High-­‐security  Alices  hide  amongst    low-­‐latency  Bobs  

•  Accountable:  protocol  violaNons  detectable  Assump@ons  •  At  least  one  server  is  honest  •  All  users  have  pseudonym  PK  of  blog  author…more  on  this  later  

9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop   12  

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Server  X  

Server  Y  Server  Z  

Blog  A  

Blog  B  

13  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Bob’s  Ciphertexts  for  Blogs  A  and  B  

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14  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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15  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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16  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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17  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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18  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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19  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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20  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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21  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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22  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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23  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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24  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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25  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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When  each  server  has  collected  enough  ciphertexts  to  saNsfy  closure  condi@on,  the  servers  each  add  their  own  ciphertext  to  the  set  

26  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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27  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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28  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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Plaintext  

29  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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Closure  CondiNon  •  How  long  do  servers  wait  before  revealing  the  plaintext  message?  

•  Blog  author  picks  a  “closure  condiNon”  –  Aoer  9  July  2012  AND  when  there  are  10  ciphertexts  –  Aoer  Alice,  Bob,  Carol,  and  Dave  (idenNfied  by  PKs)  have  all  submi]ed  ciphertexts  

– When  there  are  $1  000  000  in  Swiss  bank  acct  #098424713  –  Others…  

à Closure  condiNon  defines  anon  set  à Poorly  chosen  closure  condiNons  create  anonymity  risks…  area  for  future  work  

30  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Plaintext  

31  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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32  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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33  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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34  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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35  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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36  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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37  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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38  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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39  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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40  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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41  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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42  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

Server  X  

Server  Y  Server  Z  

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Review  

•  Scavenging:  Blog  A  and  Blog  B  have  different  latencies  and  different  anonymity  set  sizes  

•  One  honest  server  enforces  closure  condi2on  •  I  omi]ed  many  details  – e.g.,  Servers  can  fla4en  ciphertexts  into  an  O(L)  size  ciphertext  —  avoids  O(NL)  storage  

– How  servers  agree  on  ciphertexts  – …  

43  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Outline  

•  MoNvaNon  •  Overview:  Anonymity  scavenging  •  Ciphertext  construc@on  •  Conclusion  

44  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Alice  (ga)  gax  

gay  

Server  X  (gx)  

Server  Y  

mga(x+y+z)  

+  

Ciphertext  ConstrucNon  

45  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

m  

gaz  Server  Z  

Using  some  group  G  =  <g>  in  which  ElGamal  cryptosystem  is  secure  

Client/server  secret  graph  (Chaum  ’88)  (Wolinsky  et  al.,  Eurosec’12)  

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Alice  (ga)  gax  

gay  

Bob  Server  X  (gx)  

Server  Y  

gbx  

gby  

gb(x+y+z)  mga(x+y+z)  

+  

Ciphertext  ConstrucNon  

46  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

m  

gaz  Server  Z   gbz  

Page 47: Scavenging)for)Anonymity) with)BlogDrop)...MoNvaon) • Tor)average)daily)users)in)Q1)2012:) ~49)000)in)Iran) ~16)000)in)Syria ~2)000)in)China • Gov’tXcan’tarrestthousands)of)people)on)a

Alice  (ga)  gax  

gay  

Bob   Carol  Server  X  (gx)  

Server  Y  

gbx  

gby  

gcx  

gcy  

gb(x+y+z)  mga(x+y+z)  

+  

gc(x+y+z)  

Ciphertext  ConstrucNon  

47  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

m  

gaz  Server  Z   gbz   gcz  

Page 48: Scavenging)for)Anonymity) with)BlogDrop)...MoNvaon) • Tor)average)daily)users)in)Q1)2012:) ~49)000)in)Iran) ~16)000)in)Syria ~2)000)in)China • Gov’tXcan’tarrestthousands)of)people)on)a

Alice  (ga)  gax  

gay  

Bob   Carol  Server  X  (gx)  

Server  Y  

gbx  

gby  

gcx  

gcy  

gb(x+y+z)  mga(x+y+z)  

+  

gc(x+y+z)  

Ciphertext  ConstrucNon  

48  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

m  

gaz  Server  Z   gbz   gcz  

g-­‐x(a+b+c)  

g-­‐y(a+b+c)  

g-­‐z(a+b+c)  

Client/server  secret  graph  (Chaum  ’88)  (Wolinsky  et  al.,  Eurosec’12)  

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9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop   49  

m  

Ciphertexts  use  iteraNve  ElGamal  encrypNon.  Non-­‐author  plaintext=1  

We  exploit  ElGamal’s  mulNplicaNve  homomorphism  to  recover  the  plaintext    

g-­‐x(a+b+c)  g-­‐y(a+b+c)  

mga(x+y+z)  gb(x+y+z)  gc(x+y+z)  

g-­‐z(a+b+c)  

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PrevenNng  Denial  of  Service  

PoK{  a,  k:  (Calice  =  (gxgygz)a  ∧  A  =  ga  )∨K  =  gk  }    

Alice  knows  the  author’s  secret  

key  and  Alice  can  send  whatever  

she  wants  

~  OR  ~  Alice  knows  the  log  of  Calice  and  that  log  is  equal  to  her  private  key.  i.e.,  Alice  generated  her  ciphertext  correctly    

Assume  that  all  users  know  anon  author’s  PK  

DoS-­‐resistant  DC-­‐net  (Golle  and  Juels,  Eurocrypt’04)  50  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Policy  Document  

•  The  Catch  22:  To  get  anonymous  communicaNon,  need  to  anonymously  communicate  the  blog  parameters  – author’s  pseudonym  PK,  closure  condiNon,  post  length,  etc  

•  Not  quite:  policy  document  only  needs  to  be  distributed  once  to  set  up  blog  

•  e.g.,  Use  once-­‐per-­‐month  mix  to  shuffle  policy  documents  

51  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Outline  

•  MoNvaNon  •  Overview:  Anonymity  scavenging  •  Ciphertext  construcNon  •  Conclusion  

52  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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Conclusion  

•  Most  exisNng  systems  allow  user  to  be  anonymous  only  among  set  of  online  users  

•  BlogDrop  (via  anonymity  scavenging)  gives  anonymity  among  set  of  users  over  @me  

•  High-­‐security  users  hide  amongst  low-­‐latency  users  

•  DoS-­‐resistant  

53  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  

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54  9  July  2012   Provable  Privacy  Workshop  


On the Anonymity of Anonymity Systems

Scavenging system of management

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Anonymity BB 022107 - phlesig.files.wordpress.com · Anonymity Baggio & Belderrain©2007 Anonymity Risk 3 Anonymity Risk 2 Anonymity Risk 1 Accountability Risk 3 Accountability Risk

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Anonymity - Beginnings

Manual Scavenging Kannada

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Privacy and Anonymity - University of California, Irvinesconce.ics.uci.edu/203-W17/anonymity-12.pdf · 4 7 What is Anonymity? Anonymity: is the inability to identify someone within

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Anonymity – Crowds R. Newman. Topics Defining anonymity Need for anonymity Defining privacy Threats to anonymity and privacy Mechanisms to provide anonymity

Bitcoin and Anonymity - Texas A&M Universityfaculty.cs.tamu.edu/.../2017A/Slides/BitcoinAndAnonymity.pdf · Cryptocurrency Technologies Bitcoin and Anonymity 6 Why Worry about Anonymity?

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