密码朋克的社会实验（一）：开灯看暗网
本文作者：karmayu、murphyzhang @云鼎实验室
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2018年3月8日，某视频网站800余万用户数据在暗网销售
2018年8月1日，某省1000万学籍数据出现在暗网
2018年8月28日，某酒店集团5亿数据疑似在暗网出售
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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：
|图片来源网络
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。
|图片来源网络
➢ 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 | 图片来源网络
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。
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。
l 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」。
l 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：
1)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。
2)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。
3)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。
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
（部分图片来源网络）
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