Anna Arikainen Tor-verkon rakenne ja toiminta Tietotekniikan kandidaatintutkielma 13. toukokuuta 2020 Jyväskylän yliopisto Informaatioteknologian tiedekunta Tekijä: Anna Arikainen Yhteystiedot: [email protected] Ohjaaja: Tytti Saksa Työn nimi: Tor-verkon rakenne ja toiminta Title in English: Structure and operation of the Tor network Työ: Kandidaatintutkielma Opintosuunta: All study lines Sivumäärä: 24+0 Tiivistelmä: Tämä kirjallisuuskatsaus käsittelee Tor-verkon rakennetta ja toimintaa sekä sii- hen liittyviä ilmiöitä. Tutkielmassa käsittellään internetin eri kerroksia, Tor-verkon rakennet- ta ja sipulireitityksen kehitystä vuosien varrella, reititystä, Tor-verkon ja virtuaalisen erillis- verkon (VPN) eroja, Tor-verkkojen laillisuutta ja sen käyttöä sorretuissa maissa. Avainsanat: Tor-verkko, Tor, VPN, sipulireititys, reititys Abstract: This literature review focuses on the structure and operation of the Tor-network and phenomenons related to it. The thesis focuses on the different layers of the internet, on the structure of the Tor network and on the evolution of the onion routing over the years. The thesis deals also with routing and the difference between Tor and VPN, the legality of the Tor network and its use in oppressed countries. Keywords: Tor network, Tor, VPN, onion routing, routing i Kuviot Kuvio 1. Tor-verkon rakenne .................................................................. 8 Kuvio 2. Esimerkki reitityksestä verkossa .................................................... 10 Kuvio 3. Tor-solun rakenne .................................................................... 12 Kuvio 4. Piilopalvelun arkkitehtuuri .......................................................... 15 ii Sisältö 1 JOHDANTO ............................................................................. 1 2 INTERNETIN ERI KERROKSET ..................................................... 2 2.1 Pintaverkko ........................................................................ 2 2.2 Syvä verkko........................................................................ 2 2.3 Pimeä verkko ...................................................................... 3 3 TOR-VERKKO.......................................................................... 4 3.1 Tor-verkon rakenne ja toiminta ................................................... 4 3.2 Sipulireitityksen kehitys .......................................................... 5 3.2.1 Ensimmäinen sukupolvi .................................................... 6 3.2.2 Toinen sukupolvi............................................................ 6 3.2.3 Kolmas sukupolvi........................................................... 7 4 REITITYS................................................................................ 9 4.1 Reititysprotokollat................................................................. 9 4.2 Sipulireititys ....................................................................... 10 4.2.1 Sipulireitityksen toiminta................................................... 11 4.2.2 Tor-solut ..................................................................... 11 4.3 TorjaVPN.........................................................................12 5 TOR-VERKON LAILLISUUS ......................................................... 14 5.1 Piilopalvelut ....................................................................... 14 5.2 Tor-verkon käyttö sorretuissa maissa ............................................. 15 6 YHTEENVETO.......................................................................... 17 LÄHTEET......................................................................................18 iii 1 Johdanto Nykypäivän hakukoneet eivät pysty löytämään kaikkea olemassa olevaa tietoa. Tiedonhaku on hyvin pitkälti verrattavissa sormien läpi valuvaan hiekkaan. On mahdotonta vahingossa päätyä pimeään verkkoon tavallisen verkkoselailun kautta, sillä pääsyn näihin syvempiin internet-kerroksiin mahdollistaa erillinen ohjelmisto. Eräs keino, jonka avulla pääsy syvempiin kerroksiin on mahdollista, on Tor-verkko. Tor on tällä hetkellä suosituin ja eniten käytetyin ohjelmisto (Europol 2015). Tämän takia I2P- ja Freenet-ohjelmistot tässä tutkielmassa sivuutetaan ja keskitytään tutkimaan Tor-verkon ra- kennetta ja toimintaa. Tutkielman tarkoituksena on selventää lukijalle mistä Tor-verkko koostuu, miten se toimii, miksi sitä tarvitaan pimeään verkkoon pääsyyn sekä miksi se helpottaa rikollisten toimintaa verkossa. Tutkielman tavoitteena on luoda yleiskuva Tor-verkosta ja sen toiminnasta sekä siihen liittyvistä ilmiöistä. Sivussa on tarkoitus tuoda lyhyesti esiin anonyymisyyden haitta- puolet. Tämä tutkielma koostuu kuudesta luvusta. Aluksi esitellään yleisesti internetin eri kerrok- set ja niiden sisältö. Sen jälkeen käsitellään Tor-verkon rakennetta ja toimintaa sekä Tor- ohjelmiston käyttämää sipulireititystekniikkaa. Tutkielmassa käydään myös yleisesti läpi VPN-palveluiden roolia Tor-ohjelmiston rinnalla. Lopussa käsitellään piilopalveluita ja Tor- verkkojen laillisuutta. 1 2 Internetin eri kerrokset Tämä luku käsittelee internetin eri kerroksia ja niiden sisältöä. Luku koostuu kolmesta ala- luvusta. Aluksi käsitellään pintaverkkoa, joka sijaitsee muiden kerroksien yläpuolella ja on tavallisten hakukoneiden ulottuvissa. Sen jälkeen siirrytään käsittelemään syvää verkkoa, jo- ka sijaitsee pintaverkon alapuolella. Lopuksi käsitellään vielä pimeä verkko, joka muodostaa internetin viimeisimmän ja syvimmän kerroksen. 2.1 Pintaverkko Internetin kerrosmaista rakennetta havainnollistetaan usein jäävuorena. Pintaverkko (engl. surface web) muodostaa siten jäävuoren huipun. Pintaverkolla tarkoitetaan sitä kerrosta in- ternetistä, joka on tavallisten hakukoneiden, kuten Googlen, ulottuvissa (Bergman 2001). Pintaverkkoon kuuluu esimerkiksi YouTube, Google, Facebook ja Twitter (Weimann 2016). 2.2 Syvä verkko Syvä verkko (engl. deep web) oli tuotu käsitteenä ensimmäistä kertaa esiin vuonna 2001. Termin keksijä, tietojenkäsittelytieteilijä Michael K. Bergman, määrittelee sen osaksi maa- ilmanlaajuista verkkoa (engl. world wide web), jonka sisältöjä ei tavalliset hakukoneet voi indeksoida (Bergman 2001). Syvä verkko muodostaa jäävuoren toiseksi alimman kerroksen. Syvä verkko siis koostuu siitä datasta, joka on olemassa verkossa, mutta jota ei tekstihaku- koneet pysty löytämään (Khare, An ja Song 2010). Syvään verkkoon kuuluvat esimerkiksi verkkopankki, yksityiset viestit, sähköpostiviestit ja OmaKanta-verkkopalvelu. On useita syitä siihen, miksi hakukoneet eivät pysty löytämään kaikkea olemassa olevaa in- formaatiota. Suurin osa verkkosisällöstä on haudattu syvälle dynaamisesti tuotetuille verkko- sivuille. Syvän verkon useimmat verkkosivut eivät ole olemassa, kunnes verkkosivu luodaan dynaamisesti tarkennetun haun seurauksena. Koska tavalliset hakukoneet, kuten Google ja Yahoo, käyttävät hakurobotteja (engl. web crawler) verkkosivujen indeksointiin, eivät haku- robotit näe olemassaolemattomia sivuja eikä näin pysty palauttamaan mitään sisältöä selai- 2 meen. (Bergman 2001) Löydettävissä olevan verkkosivun tulee täyttää kaksi ehtoa (Bergman 2001): 1. Verkkosivun tulee olla staattinen. 2. Verkkosivun tulee olla linkitetty muihin verkkosivuihin. Internetin sisältö on vuosien mittaan vain kasvanut ja tällä hetkellä on vaikea arvioida, kuinka monta prosenttia kaikesta olemassa olevasta tiedosta esimerkiksi Googlen hakukone käyttä- jilleen tarjoaa. Elämme aikakautta, jolloin tietoa on saatavilla enemmän kuin koskaan ennen. Kuten Bergman (2001) huomauttaa: "Jos informaatioaikakauden halutuin hyödyke on tosi- aan informaatio, syvän verkon sisällön arvo on mittaamaton." 2.3 Pimeä verkko Pimeä verkko (engl. dark web) muodostaa jäävuoren alimman ja syvimmän keroksen (Berg- man 2001). Pimeä verkko on joukko verkkosivuja, joiden löytäminen perinteisillä hakuko- neilla on mahdotonta, ja joiden sisältö on tarkoituksella salattu (Weimann 2016). Erillinen ohjelmisto mahdollistaa pääsyn pimeään verkkoon (Jardine 2015). Pimeän verkon kuuluisin kauppapaikka on vuonna 2011 avattu Silk Road, silkkitie (Europol 2015). Sivusto tuli tunnetuksi palkkamurhien, huumekaupan, terrorismin sekä lasten hyväk- sikäytön ansiosta (Jardine 2015). Vuonna 2013 FBI sulki kauppapaikan ensimmäisen version (Weimann 2016). Silkkitie, kuten monet muutkin pimeän verkon osista, on saavuttavissa vain Tor-ohjelmiston kautta. On olemassa monia eri vaihtoehtoisia ohjelmistoja, jotka mahdollistavat pääsyn pimeään verkkoon. Yleisin niistä on kuitenkin Tor, jonka rakennetta ja toimintaa tässä tutkielmassa käsitellään. (Jardine 2015) 3 3 Tor-verkko Tämä luku käsittelee Tor-verkon rakennetta ja toimintaa sekä sen kehitystä. Pääluku koostuu kahdesta alaluvusta: ensimmäinen alaluku käsittelee Tor-verkon rakennetta ja toimintaa ja toinen Tor-verkon kolmea eri sukupolvea. Nimi Tor on akronyymi projektin englannin kielisestä nimestä The Onion Routing (The Tor Project: History 2020). Nykypäivän Tor-ohjelmisto on käytännössä kolmannen sukupolven sipulireititys (Syverson 2011). Maailmassa, jossa valtiot hyödyntävät omassa toiminnassaan tarkkailujärjestelmiä ja sensuuria, Tor mahdollistaa sen käyttäjille näiden toimien välttämi- sen tarjoamalla heille anonymiteetin (Casenove ja Miraglia 2014). 3.1 Tor-verkon rakenne ja toiminta Tor on vapaaehtoisten muodostama verkosto, joka tarjoaa tuhansia reitittimiä verkkoliiken- teen hajauttamiseen Tor-verkossa (Casenove ja Miraglia 2014). Tor-verkon toiminta perustuu verkkoliikenteen haajauttamiseen useiden eri solmujen (engl. node)