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ＤＨＴにおけるセキュリティ対策
Tomo’s Hotline
西谷 智広
第２回ＤＨＴ勉強会資料 西谷 智広
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１．自己紹介
Tomo’s Homepage（P2P関連）,Tomo’s Hotlineの執筆
-Skype Conference、Ｐ２Ｐ・ＤＨＴ勉強会立ち上げ
-UNIX Magazineに10が都合ＤＨＴ記事が掲載
-VoIP Conferenceを立ち上げ予定（２００７年前半）
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2.DHTのセキュリティとは？
 セキュリティ三大要素：ＣＩＡ
 機密性（Confidentiality)
 認証
 データのアクセス権設定
 信頼されたノードとの暗号化通信
 完全性(Integrity)
 データの改ざん
 データの紛失
 可用性(Availability)
 ノードＩＤの偽装
 悪意のノード注入によるアクセス妨害
 ルーティングテーブルの改ざん
 ＤＨＴセキュリティ研究は今後、注目される（されるべき）分野！！
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３．ルーティングの正当性検証
ノードＩＤの検証
ノードが管理する情報範囲（ハッシュ値の検
証）
ルーティングテーブルの正当性検証
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３-1．ノードＩＤの偽装対策
ノードＩＤを該当ノード情報から検証できるシス
テムが必要
方法としては、
ノードのＩＰアドレス＋ポート番号のハッシュ値を
ノードＩＤとする
ノードに払い出された電子証明書内容のハッシュ
値をノードＩＤとする（西谷案）
２種類が考えられる。
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３-1．ノードＩＤの偽装対策[案1]
[案１]ノードのＩＰアドレス＋ポート番号ハッ
シュ値をノードＩＤ
メリット
検証が楽（ＩＰアドレス、ポート番号は直接通信する時に
必要）
開発費用小
デメリット
ノードＩＤ衝突の可能性（プライベートアドレス同士）
ノードがグローバルアドレスを取得する機構等が必要（Ｕ
ＰｎＰ等）
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３-1．ノードＩＤの偽装対策[案1]
ＮＡＴ越え
案Ａ ＵＰｎＰ利用
案Ｂ ＳＴＵＮサーバ利用
ＳＴＵＮサーバ
インターネッ
ト
ルータ
インターネッ
ト
ＵＰｎＰ機構
（ＩＤＧ）
ノード
ルータ
ノード
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３-1．ノードＩＤの偽装対策[案1]
 ＳＴＵＮサーバを利用してもＮＡＴ越えできない場合あり。（Ｓｙ
ｍｍｅｔｒｉｃ ＮＡＴの場合等）
 上記の場合はＢ２ＢＵＡ的な通信が必要。[案C]このときには
案１の利用は困難。
案C 他ノードを介する
ノード
ルータ
ノード
インターネッ
ト
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ルータ
ノード
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３-1．ノードＩＤの偽装対策[案2]
 [案2]電子証明書内容のハッシュ値をノードＩＤ（西谷
案）
メリット
 ノードのネットワーク形態によらずノードＩＤの改ざんを検証でき
る。
 電子証明書を使うことにより、ノード間の認証、暗号化が（原
則サーバレスで）容易に可能。
デメリット
 ノードに電子証明書の配布する必要あり。証明書更改も順次
行う必要あり。
 上記に伴いＣＡ等が必要。
（ＰＧＰ的なアプローチもあるが、ここでは触れない）
 開発費用が高い。
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３-1．ノードＩＤの偽装対策[案2]
 証明書の内容例
氏名
証明書発行シリアル番号
発行日
有効期間
発行機関
 オプションを利用すれば、上記以外のデータも証明
書に格納化。
 証明書内容のハッシュ値をノードＩＤとする。
 証明書有効を検証するためのハッシュ値（デジタル
署名用ハッシュ値）をそのままノードＩＤとして利用す
るアイデアもある。
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３-1．ノードＩＤの偽装対策[案２]
案２に対する注意点
電子証明書のリポジトリ
案Ｐ：特定サーバを利用
• 通信集中、運用費高
案Ｑ：ＤＨＴノードに分散（通信分散、運用費ほぼ０）
• 通信分散、運用費用低
• 証明書の紛失対策が必要→後述
• Node_ID=hash(X+Y)に格納。Ｘは証明書のデータ、Ｙはある
数値。
• Ｙ＝０にすると証明書対象ノードが証明書保有ノードになり、
Ｙ≠０の方がセキュアと考えられる。（詳細検討が必要）
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3-2.情報管理範囲の正当性
Ｃｈｏｒｄを例にとる
１
１≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦４
５
５≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦８
９
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９≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１０
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3-2.情報管理範囲の正当性
１
１≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦４
５
５≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１２
９
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９≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１０
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3-2.情報管理範囲の正当性
次々隣接ノード利用による検証
１
５
１≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦４
５≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１２
矛盾！
情報管理範囲を
９
９≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１０
ヒアリング
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3-2.情報管理範囲の正当性
Lookup要求元ノードに自ノードの管理範囲を
返答するのもアイデア
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3-3.ルーティングテーブルの正当性
 検証可能な場合
Ｐａｓｔｒｙ→プレフィックス
 存在する全ノード数推定から検証可能？
→ノードが大局的には均一に存在することを
仮定
 ノードへの到達方法を複数持たせる
Ex.Chordでハッシュ値が小さい方向へのルーティング
もアリとする。
→悪意のノードによるノード到達性妨害を阻止
→可用性の向上
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3-3.ルーティングテーブルの正当性
 全ノード数推定方法（例）
1. 隣接ノード方向へホップし、極小的なノード
密度を観測する
2. リンクしているノードＩＤと本来すべてノード
が存在している場合、リンクすべきノードＩＤ
との差
3. ランダムなノードを選び、到達する際のホッ
プ数から推測
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４．データの紛失対策
 基本的にはレプリケーション
 情報Ｘに対して
Node_ID=Hash(X)
Node_ID=Hash(X+Y)
Node_ID=Hash(X+2Y) ….
に格納する。（Ｙはある数値）
 レプリケーションノードを多くするほど、紛失は起こり
にくくなる。しかしながらＤＨＴシステムに蓄積される
データ量やデータ参照通信量は多くなる。
 結論：紛失対策とＤＨＴノード負荷はトレードオフ
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５．データの改ざん対策
 電子証明書をノード配布すれば解決可能。
 ノードＹが情報ＸをNode_ID=Hash(X)に格納する際に
 情報Ｘ
 Hash(X)
 S_Key(Hash(X)、ノードＹの秘密鍵）
 ノードＹの秘密鍵でＨａｓｈ（Ｘ）を暗号化
 Hash(ノードＹの証明書情報）
 ノードＹの証明書を保有するノードＩＤを参照するための情報
を格納する。
 ノードＹの証明書を取得できれば、
 情報ＸがノードＹによって格納したこと
 情報Ｘが改ざんされてないこと
の２点が検証可能。
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６．ノード間の認証
 ノードに電子証明書を配布すれば解決可能。
 基本的にはＰＫＩと同様な方法
 電子証明書＋チャレンジレスポンスで認証
 ノードＸをノードＹが認証する場合
手順１：ノードＹはノードＸの電子証明書をリポジトリから取得
（リポジトリはＤＨＴノード、サーバどちらでも可能）
 電子証明書自体の検証も必要（発行者検証、ＣＲＬ等）
手順２：ノードＹはノードＸへチャレンジレスポンス処理を要求
手順３：チャレンジレスポンスが成功すれば認証成功
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７．ノードに蓄積するデータの暗号化
ノードＹが情報ＸをノードＺ=Hash(X)に蓄積し
たい
ノードＹ以外に情報Ｘは見られたくない
ノードＹは以下の情報をノードＺに格納すれば
よい。
S_Key(情報Ｘ、ノードＹの秘密鍵）
S_Key(Ｈａｓｈ（Ｘ）,ノードＹの秘密鍵）
Hash(ノードＹの証明書情報）（オプション）
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
多数の悪意のノードによって、ルーティングを
しない攻撃を同時に行う場合を考える
ただし選択的攻撃はしないとする
[問題]どの程度の悪意のノードがあればＤＨＴ
システム全体としての機能がダウンするだろ
うか？
物性物理学で用いられるパーコレーション
（浸透）理論を応用してみる
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
 パーコレーション理論
 サイトパーコレーション
 ボンドパーコレーション
 ゲル物体を研究するために使われ始めた
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
サイトパーコレーション
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
×
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
連続する確率
（Θ）
１
Θ（Ｐ）
０
・ΘはＰ≦Ｐｃで０
Ｐｃ
１
正規のノード率
（Ｐ）
・ΘはＰ＞Ｐｃで単調増加連続関数
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
 次元が上がるほどPcは低くなる
 ２次元正方格子の場合、Ｐｃ＝０．５
 ＤＨＴの場合、リンク数はＬｏｇ（Ｎ）程度のため、「次元が高
い」と類推すると、悪意のノードが相当多くてもシステムとして
は動作する確率が高いと考えられる
 ＤＨＴ⇔パーコレーションの解析的な理論はまだ研究されて
ない？（のはず）
 ただし複雑ネットワーク関連で解析的な研究はすでに活発に
されている。
 Ｗｉｎｎｙシステムがなかなか停止できない理由が説明できる
（かも？）
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
ボンドパーコレーション
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8.多数の悪意ノード注入による攻撃
Ｓｔａｔｉｃな解析は今後急速に進むだろう？
→悪意のノード数とホップ数の関係
→悪意のノードに対抗できるＤＨＴの開発
Ｄｙｎａｍｉｃｓはまだ手をつけてない（はず）
→ワーム感染
→ＮＷの成長
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参考文献
Emi Sit et.al.
Security Considerations for Peer-to-Peer
Distributed Hash Tables
In IPTPS 2002
増田 直紀 他「複雑ネットワークの科学」
（産業図書）
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終わりに
日本発のＤＨＴセキュリティ研究を一緒に促進
しましょう！
複雑ネットワーク関連の研究がヒントになるか
も？
数学：群論、グラフ理論、複雑ＮＷ、トポロジー
物理：パーコレーション、平均場理論、繰り込み
理論、格子ゲージ理論・・・
関連する分野は多いはず。
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