[en] Everyday all our activity in Internet leaves traces of ourselves and of our way of life through the storing of a big amount of personal data, becoming what we call our digital identity. Nowadays, the tracking of the user activities correlated with such digital identities has become one of the principal interest of not only private companies, but also governments. The nature of such interest can obey to different motivations: business, politics, surveillance or censorship among others. Moreover, the exponential growth of the available data and the capabilities to process it has lead to a worst situation. In response to these circumstances, the demand of privacy-preserving and anonymous technologies has been increased on the part of concerned users. In this line, in the sea of data which we call Internet, some of the underlying protocols that are underpinning its operation are detrimental to the safeguarding of the aforementioned privacy properties. The Domain Name System (DNS) is clearly an example of one of such protocols, specially if we consider that almost every activity on the Internet starts with a DNS query. In fact, when DNS was designed inthe early eighties it was not intended to guarantee the privacy of people's queries. In that sense, its underlying design is becoming insufficient to face the changes and innovations of today's Internet. In contrast, during the recent years, the Tor network has become one of the most popular overlay networks for anonymising TCP traffic. Tor is a low-latency anonymity system that can be installed as an end-user application on a wide range of operating systems, allowing to redirect the traffic through a series of anonymising virtual tunnels. In such a way, users can use network services over Internet without compromising their privacy. Also, it is employed as en extremely effective censorship circumvention tool, allowing to its users to connect against blocked resources. This dissertation is precisely focused on contributing to these two aforementioned topics -the DNS protocol and the Tor network- by studying the related privacy and anonymity problems and reinforcing current solutions. More precisely, our research efforts are centered on (1) The abuse of the DNS protocol performed by botnets and how we can detect such malicious purpose, (2) The lack of privacy of the DNS protocol and how we can improve it, and (3) How we can enhance the performance of the Tor network while security is preserved.

[es] Todos los días nuestra actividad en Internet deja rastros de nosotros mismos y de nuestra forma de vida a través del almacenamiento de una gran cantidad de información personal, convirtiéndose en lo que llamamos nuestra identidad digital. Hoy en día, el seguimiento de las actividades de los usuarios correlacionado con tales identidades digitales se ha convertido en uno de los principales intereses de no sólo compañías privadas, sino también de gobiernos. La naturaleza de este interés obedece a diferentes motivaciones: comerciales, políticas, vigilancia o censura entre otras. Además, el crecimiento exponencial de los datos disponibles y las capacidades de procesarlos ha conducido a una situación aún peor. En respuesta a estas circunstancias, la demanda de tecnologías que preservan la privacidad y el anonimato se ha incrementado por parte de los usuarios preocupados. En esta línea, en el mar de datos que llamamos Internet, algunos de los protocolos subyacentes que soportan su funcionamiento están en detrimento de la preservación de las propiedades de privacidad mencionadas. El sistema de nombres de dominio (DNS) es un claro ejemplo, especialmente si consideramos que casi todas las actividades en Internet comienzan por una petición DNS. De hecho, cuando el sistema DNS fue diseñado a principios de los ochenta no se pretendió garantizar la privacidad de las peticiones realizadas por personas. En este sentido, su diseño subyacente está siendo insuficiente para hacer frente a los cambios e innovaciones de la Internet de hoy. Por el contrario, durante los últimos años, la red Tor se ha convertido en una de las redes superpuestas más populares para la anonimización de tráfico TCP. Tor es un sistema de anonimato de baja latencia que se puede instalar como una aplicación de usuario final en una amplia gama de sistemas operativos, lo que permite redirigir el tráfico a través de una serie de túneles de anonimización virtuales. De esta manera, los usuarios pueden utilizar los servicios de red a través de Internet sin comprometer su privacidad. Además, se emplea como herramienta extremadamente eficaz para eludir la censura, lo que posibilita a sus usuarios conectarse a recursos bloqueados. Esta tesis doctoral se centra precisamente en contribuir en estos dos temas antes mencionados -el protocolo DNS y la red Tor- a través del estudio de los problemas de privacidad y anonimato, y reforzando las soluciones actuales. De forma más precisa, nuestros esfuerzos de investigación se centran en (1) El abuso del protocolo DNS realizado por parte de botnets y cómo podemos detectar tales fines maliciosos, (2) La falta de privacidad del protocolo DNS y cómo podemos mejorarla, y (3) De que manera podemos incrementar el rendimiento de la red Tor mientras que la seguridad se preserva.