Tor

歷史

Tor的核心技術「洋蔥路由」，是在1990年代中期由美國海軍研究實驗室的員工，數學家保羅·西維森（Paul Syverson）和電腦科學家邁克·里德（G. Mike Reed）和大衛·戈爾德施拉格（David Goldschlag），為保護美國情報通訊而開發的軟體。之後，洋蔥路由於1997年交由美國國防高等研究計劃署進行進一步開發。
Tor的測試版由西維森和電腦科學家羅根·丁格倫（Roger Dingledine）和尼克·馬修森（Nick Mathewson）開發 ，並將其命名為「洋蔥路由專案」（The Onion Routing project，簡稱TOR專案）。這個測試版於2002年9月20日釋出。次年推出首個公開發行版本。2004年8月13日，西維森、丁格倫和馬修森在第13屆USENIX安全研討會上以「Tor：第二代洋蔥路由器」為題進行演講。2004年，美國海軍研究實驗室以自由軟體授權條款釋出了Tor程式碼，電子前哨基金會開始資助丁格倫和馬修森繼續開發。
2006年12月，丁格倫、馬修森等人成立了一個位於麻薩諸塞州的非營利組織——The Tor Project，負責維護Tor。電子前哨基金會擔任其早年的財政贊助商，Tor專案的早期贊助者還包括美國國際廣播局、新聞國際、人權觀察、劍橋大學、Google和荷蘭的NLnet。
此後維護Tor所需的一大部分費用由美國聯邦政府所捐助。
2014年11月，由於全球司法部門開展了一項名為「去匿名化行動」的反黑市行動，所以有推測指Tor的漏洞已被人利用。英國廣播公司引述評論指這是「技術性破解」，使得司法部門可以追蹤伺服器的物理位置。有關的法庭檔案於次年引起人們對研究倫理及《美國憲法第四修正案》所保證的「不能受到無理搜查」的權利之關注，這也可能與當時稍早時候發生且針對Tor的攻擊存有關係。
2015年12月，Tor專案公司宣布聘用莎麗·斯蒂爾（Shari Steele），由她擔任新任執行董事。莎麗在這以前領導過電子前哨基金會15年之久，且在2004年使得電子前哨基金會決定為Tor的早期維護提供資金。其目標之一為增加Tor的用戶友好度，使得更多人能夠匿名地瀏覽網頁。
2016年7月，Tor專案公司的董事會成員集體辭任，同時成立一個由馬特·布拉澤、辛迪·科恩、加布里埃拉·科爾曼、萊納斯·諾德伯格（Linus Nordberg）、梅根·普賴斯（Megan Price）及布魯斯·施奈爾組成的新董事會。

運作方式

Tor的設計原意在於保障用戶的個人隱私，以及不受監控地進行秘密通訊的自由和能力。它能夠實現洋蔥路由這一種使通訊加密，和在由全球志願者運行的中繼中隨機跳轉的技術。該些洋蔥路由器會對資訊進行多層加密（因此以洋蔥來比喻），由此確保中繼間的完美前向安全性，使用戶的網路位置得以匿名化。這種匿名性也使得Tor可以代管規避審查的匿名服務。此外其把一部分的入口中繼保密，這能使依賴封鎖Tor公開節點的網際網路審查失效。
由於接收者和發信者的IP位址在任何中繼中不是通過明文傳輸，所以若有人在中繼路徑中的任何一點竊聽，都無法同時識別兩端。此外對於發送者而言，接收者的出口節點正是其入口節點。

流量導源

Tor用戶的SOCKS解析應用程式可以透過嗅探TCP 9150這一個埠來獲取本地主機上的流量。Tor會定期透過Tor網路創立虛擬電路，使它可以多路復用，並透過洋蔥路由，使流量傳送至目標。從Tor網路內部的角度而言，雙方的流量是通過路由器沿著電路傳送至下一個路由器，最終到達出口節點；在出口節點的封包是明文的，並會轉送至原本的目標位址。從目標的角度而言，出口節點正是其入口節點。
Tor的獨特運作方式使得其跟其他匿名網路得以區分開來：它建立在傳輸控制協定（TCP）流之上。透過Tor匿名化的常見網際網路活動包括IRC、即時通訊以及瀏覽全球資訊網。

洋蔥服務

Tor也可以為網站及伺服器提供匿名性。只接受透過Tor從外部連接的伺服器一般統稱為洋蔥服務（另有隱藏服務這個較正式的稱呼）。該些洋蔥服務一般能在配合Tor瀏覽器的情況下，經洋蔥位址來存取，而不像瀏覽一般網站般先找出伺服器的IP位址後再存取。Tor網路以找出相應的公鑰和分散式雜湊表（DHT）中的介紹結點（introduction points）的方式來得知其位址。它可以路由傳入洋蔥服務或從洋蔥服務傳出的資料，這同樣適用於在網路位址轉換（NAT）或防火牆背後的主機，並能保障雙方的匿名性。對於存取該些洋蔥服務而言，Tor是必要的。
洋蔥服務在2003年首次提出，並自次年起在Tor網路上配置。除了儲存洋蔥服務的描述符所需的資料庫之外，Tor在設計上是去中心化的；不存在一個列出所有洋蔥服務的可供閲讀列表，儘管一些洋蔥服務目錄會把知名的洋蔥網址列出。
由於洋蔥服務會把它們的所有流量皆經由Tor網路路由，所以它們的連接為端到端加密的，且不能夠成為竊聽的目標。但Tor的洋蔥服務仍有安全問題。例如所有能透過Tor洋蔥服務和公共網際網路存取的服務皆易受相關攻擊（correlation attacks）的影響，由此可見它的匿名性並不是完美的。其他隱患包括服務設定錯誤（例如Web伺服器的默認錯誤頁面可能會包含識別資訊）、運行和停機時間統計、交集攻擊（intersection attacks）以及用戶錯誤
。獨立安全研究者莎拉·傑米·劉易斯開發了一個名為「OnionScan」的開源軟體，用於全面檢測洋蔥服務上的漏洞（劉易斯還是研究透過洋蔥路由來進行遠程性愛的先驅，因為她認為性玩具不應透過網際網路不安全地連接。）
洋蔥服務也可在客戶端沒有連接Tor網路的情況下透過標準瀏覽器存取，比如使用像Tor2web般的服務即可存取之 。人們常在Pastebin 、Twitter、Reddit及其他網路論壇分享以.onion為頂級域的暗網鏈接。

弱點

Tor就像其他低延遲匿名網路般，不能夠也沒有嘗試阻止他人監聽Tor網路流量的邊界（亦即流量進出網路時的情形）。儘管Tor能保護人們免於受到流量分析，但它仍不能夠防止流量確認（traffic confirmation，亦即端對端確認）的發生。
一項發表於2009年的研究指出，Tor及另外一套匿名網路系統Java Anon Proxy比其他隧道協定更對網站指紋技術有適應力。
其原因在於單一節點的VPN協定的封包重新建構次數一般不比使用了多重節點的Tor及Java Anon Proxy多。利用網站指紋識別在傳統VPN協定上識別HTTP封包的準確率達90%，與此相比識別透過Tor傳送的封包的準確率只有2.96%。然而若使用了像OpenVPN及OpenSSH般的協定，那麼也需要大量資料才可識別HTTP封包。
密西根大學的研究者開發了一款網路掃描器，能一次掃描86%的可用Tor網橋。

自治系統監聽

如果「客戶至入口中繼」及「出口中繼至目標位址」這兩段網路路徑皆為同一個自治系統所管轄，那麼該系統就能經由統計把入口路段和出口路段劃上關係，且有可能推斷出客戶把封包傳送至哪個目的地。LASTor於2012年發表了一篇論文，當中提出如何預測處於上述兩條路徑的自治系統的方法，並建議如何在路徑選擇演算法中避免選擇由同一個自治系統管轄的路徑。在這篇論文中，作者們也以選擇較短路徑的方式來改善延遲性。

出口節點監聽

瑞典安全顧問丹·艾格斯塔德（Dan Egerstad）在2007年9月透露，他透過執行和監聽Tor出口節點來截獲一些電子郵件帳戶的用戶名稱和密碼。由於Tor不能加密出口節點至目標伺服器之間的流量，所以任一出口節點皆有能力截獲通過它而又沒經過傳輸層安全性協定（TSL）或安全通訊協定（SSL）進行端到端加密的流量。儘管這可能並不對來源端的匿名性構成任何影響，但截獲流量的第三方也可能能在實際資料和協定資料中找到來源端的資訊。艾格斯塔德同時擔憂情報機構會暗中破壞Tor：
「若你們認真找一下Tor節點的位置及規模，就會了解一些節點因為使用了大量頻寬及成為高負載伺服器等原因，而每月花費數千元，為的只是成為一台網路主機。誰會為此付出那麽多而不公開自己的身分？」 
法國計算機電子技術自動化工程師學院的一隊研究團隊在2011年10月宣稱找到危害Tor網路安全性的方法——解密經過它的通訊。這項技術的前設包括一張關於Tor節點的圖表、控制三分之一的Tor節點、獲取用於加密的金鑰以及演算法的隨機種子。他們宣稱他們能夠使用已知的金鑰及隨機種子，解密三層加密中的兩層，然後利用基於統計的攻擊來解密最後一層。最後為了將流量重新導向到他們控制的節點而使用阻斷服務攻擊。Tor對此在官方部落格上進行了回應，稱該些有關Tor網路的安全性受到損害的傳聞過分誇大。

流量分析攻擊

流量分析攻擊可分為兩種：被動式及主動式。採用了被動式流量分析攻擊的攻擊者先會從一端網路找出一段特定流量的特徵，然後在另一端網路尋找該些特徵。採用了主動式流量分析攻擊的攻擊者會在一端網路按特定模式修改封包的定時（timings），然後在另一端尋找符合該些模式的封包。攻擊者可以籍此把兩端的流量聯繫起來，使其去匿名化。即使在封包上加入定時雜訊也好，也有攻擊手段能夠抗衡它。
劍橋大學的史蒂文·默多克和喬治·達內茲（George Danezis）在2005年的IEEE流量分析研討會上發表了一篇論文，其內容提及到一種技術，其能使只知道一部分網路的攻擊者推斷出哪些中繼是用於傳遞匿名資料流。該些技術會大大減低Tor的匿名性。他們的研究也表明，即使資料流不相關，也可以把它們跟同一個來源聯繫起來。但這種攻擊無法找出原始用戶的身分。默多克自2006年起跟Tor合作，並受到其資助。

Tor出口節點封鎖

網站營運者有能力封鎖來自Tor出口節點的流量，或減少Tor用戶所能使用的功能。比如除非另有豁免，否則使用了Tor的用戶是不可能編輯維基百科的，因為維基百科使用了MediaWiki的擴充功能Torblock。 英國廣播公司的iPlayer封鎖了Tor所有的入口和出口節點，但沒有封鎖中繼和網橋。

壞蘋果攻擊

2011年3月，法國國家資訊與自動化研究所和其他外界研究者記錄了一種攻擊手段，其能夠找出利用Tor網路來進行BT上下載的用戶的IP位址。壞蘋果攻擊利用了Tor本身的設計，暴露同時使用兩者的Tor用戶的IP位址。其中一種攻擊手段取決於對出口節點的控制，或被劫持的BT伺服器的回應。另一種則基於對分散式雜湊表的追蹤統計。研究指出：
壞蘋果攻擊研究中作者所得出的結果是以針對Tor網路發起的外圍攻擊為依據的。該攻擊以6個出口節點為目標，時長23日，並找出了10,000名活躍Tor用戶的IP位址。這一研究的結果具有重大意義，因為它是首項存有正式記錄，並針對Tor網路上的P2P檔案分享應用程式的攻擊。BitTorrent可能佔了高達40%的Tor整體流量。此外壞蘋果攻擊不僅對BitTorrent有效，且還能有效攻擊任何運行在Tor之上的不安全應用程式。

狙擊手攻擊

詹森等人描述了針對Tor節點軟體的分散式阻斷服務攻擊（DDoS），以及針對該攻擊或其變體的防禦方式。攻擊者會使用串連在一起的伺服器和容戶端發動攻擊，不斷地往出口節點的任務佇列填入要求，直到節點的記憶體不足以應付為止。此舉能使受到攻擊的出口節點不能為其他（真正的）客戶提供服務。攻擊者可以透過這種方式來攻擊大部分出口節點，使網路降速，及增加用戶使用由攻擊者控制的節點的機會。

心臟出血漏洞

2014年4月，OpenSSL的心臟出血漏洞使Tor網路受到了幾天的影響，期間Tor網路的中繼要生成新的私有密鑰。Tor專案建議中繼和隱藏服務的營運者在修補OpenSSL後，應復原並生成新密鑰，但同時指出，兩套Tor中繼密鑰及多次跳轉的設計已最大限度地減少了單一中繼遭竊取所造成的影響。為了防止用戶受到此漏洞的影響，隨後發現存在漏洞的586個中繼被強制下線。

鼠標指紋

一位來自巴塞隆納的資訊安全研究者在2016年3月展示了一項實驗室技術，該項技術能透過JavaScript在1毫秒的層面上進行時間測量。它可以識別用戶的獨特鼠標移動方式，並使其跟先後利用Tor瀏覽器和常規瀏覽器存取了同一個「指紋識別」網站的用戶劃上關係。是項技術利用了「透過JavaScript進行時間測量」這一項在Tor專案上無指定驗證時間的概念。

資料大小相關資訊

一項研究指出「匿名方案僅能降低選擇監控目標的有效度」，它們一般「不會隱藏對於目標選擇而言是必要的資料大小資訊」。

實施方案

Tor主要由C語言編寫而成，緊隨其後的有Python、JavaScript等程式語言。截至2018年12月，它共有693,393行原始碼。

Firefox/Tor瀏覽器攻擊

2011年，荷蘭當局在調查網上流通的兒童色情作品時，發現Tor洋蔥服務網站「Pedoboard」的管理員的IP位址，並把這項資訊轉交給美國聯邦調查局跟進。聯邦調查局籍此鎖定其擁有者為亞倫·麥格拉思（Aaron McGrath）。在經過1年的監視後，聯邦調查局展開名為「Operation Torpedo」的行動，拘捕麥格拉思，並在由麥格拉思管理的3個洋蔥服務網站上安裝惡意軟體，獲取造訪用戶的資訊。 當中利用了Firefox/Tor瀏覽器經已修補的漏洞，故此以不安裝更新，並安裝了Flash的用戶為目標。該漏洞能讓聯邦調查局直接把用戶的IP位址ping回自身的伺服器，這個漏洞導致至少25名美國用戶以及眾多外國用戶的IP位址曝光。麥格拉思於2014年初被判處20年徒刑，隨後有18名用戶陸續被判刑，這包括一名美國衛生及公共服務部前網路安全代理總監。
2013年8月，有人發現很多舊版本的Tor Browser Bundle所捆綁的Firefox皆會受到一種JavaScript攻擊的影響。攻擊者可以藉此提取用戶的IP和MAC位址、以及Windows電腦名稱。新聞將此跟提供Tor匿名網頁代管服務的Freedom Hosting的負責人埃里克·埃恩·馬克斯（Eric Eoin Marques）被捕劃上聯繫，他因美國法院於7月29日發出的臨時引渡令而被捕。他被指控分發、密謀分發、宣傳，以及協助和教唆他人宣傳兒童色情物品。逮捕令稱馬克斯為「這個星球上最大的兒童色情物品推動者」。聯邦調查局於2013年9月12日在都柏林提交的法庭檔案中承認了這起JavaScript攻擊；愛德華·史諾登洩露的培訓演示文稿中透露了更多有關該漏洞的細節，並揭示了該漏洞的代號——「EgotisticalGiraffe」。而Mozilla已在2012年11月釋出Firefox 17版修補了該漏洞。

第三方應用

BitTorrent客戶端Vuze、匿名訊息系統比特信及即時通訊軟體TorChat皆支援Tor。
保衛者計劃是一項為了提高智慧型手機的通訊安全性，而開發相關韌體和應用的活動。由這個計劃開發的Tor相關產品包括Tor實施工具Orbot、隱私增強型移動瀏覽器Orweb（官方不再提供下載）、Orfox（Tor瀏覽器的移動版本）、Firefox附加元件ProxyMob （官方不再提供下載）。

側重安全的作業系統

一些側重安全的GNU/Linux發行版會廣泛使用Tor，包括Linux From Scratch、Incognito、Liberté Linux、Qubes OS、Subgraph、Tails、Tor-ramdisk、Whonix。

影響及反應

Tor因能為擔憂監控和被捕的政治活動家、規避網路審查的網友、受到纏擾者暴力對待或威脅的人提供匿名隱私保護，而受到讚賞。美國國家安全局稱Tor為「具有高安全性及低延遲性特點的網際網路匿名系統之王」；《彭博商業周刊》形容Tor為「規避各國情報機構所嘗試進行的線上監控的最有效方案」。此外其他媒體對Tor有著以下的評價：「一款極為成熟的隱私保障工具」、「容易上手」、「即使是世界上最頂尖的電子間諜也對如何破解Tor束手無策」。
Tor的支持者稱它能透過保障用戶的匿名性和隱私性的方式，來促進表達自由；即使是在網際網路受到審查的國家也好也是如此。還有評價指「Tor就像基礎設施的一部分，政府自然會為他們想要使用的基礎設施付費」。
Tor最初是由美國情報機構開發的，此後維護Tor所需的一大部分費用也是由美國聯邦政府所捐助，因此有批評指：「它更像是一個間諜專案，欠缺問責性及透明度，只是一款因文化而生的工具」。截至2012年，Tor的200萬美元總年度預算當中有約8成來自美國政府，當中大多數捐款來自美國國務院、美國國際媒體署、國家科學基金會，用以「幫助專制國家的民主支持者」。其他有參與捐款的公共機構包括美國海軍研究實驗室、國防高等研究計劃署、瑞典政府。有意見指政府重視Tor對推動言論自由的承諾，並會暗中利用暗網收集情報。Tor也有收到部分非政府組織和私人機構的捐款，包括人權觀察、Reddit、Google。丁萊迪稱美國國防部的捐款「與其說是採購合同，倒不說其更像研究補助金」。Tor的前任執行董事德魯·勒曼稱，雖然它接受了美國聯邦政府的捐款，但「我們沒有跟美國國家安全局合作，沒有跟其一起找出用戶的身分」。
批評者指責Tor不像其所標榜的那樣安全，並以絲路、Freedom Hosting等例子為佐證。《衛報》在愛德華·史諾登洩露一糸列分析性檔案後，報導指美國國家安全局曾不斷地嘗試破解Tor，但仍未能破壞其核心安全性，不過在攻擊Tor用戶的電腦方面取得了部分成功。《衛報》也把美國國家安全局的2012年幻燈片刊出，其內容指：「我們一直以來都無法使所有Tor用戶去匿名化」，即使「加上了人手分析，我們也就只能使極少一部分的Tor用戶去匿名化」。被捕的Tor用戶多因為人為錯誤而被捕。《明鏡周刊》在2014年末的報告中使用了經由史諾登洩露出去的資料，指截至2012年為止，美國國家安全局認為Tor本身就是其使命的「主要威脅」，並把與「像OTR、Cspace、ZRTP、RedPhone、Tails、TrueCrypt般的隱私工具」併用的情況稱為「災難性的」，令「我們幾乎完全喪失/缺乏對目標通訊的洞察力」。
2011年，Tor贏得自由軟體基金會的2010年度社會福利自由軟體大獎。該基金會指：「Tor已使全世界大約3600萬人能夠在網際網路上實現存取和表達自由，同時而又能夠保障他們的隱私性和匿名性。它的網路已在伊朗和埃及的持不同政見者運動中發揮關鍵作用。」
在2012年，《外交政策》把丁格倫、馬修森、西維森並列在FT 100全球知識分子名單之上，因為他們為「告密者提供一個更安全的網路環境」。
電腦安全研究員雅各·布阿貝爾鮑姆在2013年稱Tor為「軟體生態系統的一部分，其能幫助人們收回及重新獲得他們的自主權。它有助於使人們賦權、助人自助。它是開放的，並得到了各個大型社群的支援。」
愛德華·史諾登於2013年6月利用Tor把稜鏡計畫的資料傳送給《華盛頓郵報》和《衛報》。
在2014年，俄羅斯政府簽訂了一份值111,000美元的合同，為的是「研究在Tor匿名網路中獲取用戶及其裝置的技術性資訊的可能性。」
2014年10月，Tor項目從外部公關公司聘請了公關，以改善其公眾形象（特別是想改善黑暗網路方面的負面印象），並就Tor的應用技術向記者提供教育。

安全性

儘管Tor以修補漏洞及增進安全性的方式來回應上述弱點，但是人為錯誤可引致用戶身分遭到識別。Tor專案在其官網上提供了如何正確地使用Tor的指引。不正確地使用Tor是不能夠保障用戶的身分不遭到識別。譬如Tor提醒其用戶只有經Tor瀏覽器路由的流量受到保護，其他流量一概不受保護。Tor還提醒用戶應使用HTTPS版本的網站、不要在Tor之上進行BT下載、不要再自行加插拓展和外掛程式、不要在保持連線時打開經由Tor下載的檔案、使用安全的網橋。此外Tor亦警告用戶不要在網上披露真實名稱等個人訊息，同時應在網路上保持匿名。
儘管情報機構在2013年的分析聲稱，他們能在6個月內把8成Tor用戶去匿名化，但這終究沒有得到實現。事實上截至2016年9月，FBI仍無法找到入侵希拉蕊·柯林頓電子郵件伺服器的Tor用戶的真實身分。
從手段來看，執法機構對Tor用戶進行去匿名化的最佳策略仍是自行運行一個節點和依賴於Tor用戶的人為錯誤，比如經Tor瀏覽器下載影片後，再在保持連線的情況下，以未受保護的硬盤開啓之。