- Chinas Great Firewall (GFW) hat seit Anfang November 2021 eine neue Zensurtechnik eingeführt, die vollständig verschlüsselten Umgehungs-Traffic in Echtzeit passiv erkennt und blockiert
- Auch Protokolle nach dem „looks like nothing“-Prinzip wie Shadowsocks, VMess und Obfs4, bei denen die gesamte Payload wie Zufallsdaten aussieht, wurden zum Ziel der Blockierung
- Die GFW entschlüsselt den verschlüsselten Traffic selbst nicht, sondern filtert zunächst Verbindungen heraus, die anhand von Ausnahme-Heuristiken wie üblichen Protokoll-Fingerprints, Bit-Verteilungen sowie Anteil und Position von ASCII-Zeichen wie legitimer Traffic wirken
- Wendet man den erschlossenen Erkennungsalgorithmus auf realen Traffic an, könnten etwa 0,6 % legitimer Verbindungen blockiert werden; offenbar reduziert die GFW Kollateralschäden, indem sie nur 26 % aller Verbindungen und nur bestimmte IP-Bereiche in Rechenzentren überwacht
- Die auf dieser Analyse basierenden Umgehungsstrategien wurden mit den wichtigsten Anti-Zensur-Tools geteilt, seit Januar 2022 breit ausgerollt und sind Stand Februar 2023 in China weiterhin wirksam
Passive Erkennung und Blockierung seit November 2021
- Vollständig verschlüsselte Umgehungsprotokolle beginnen nicht wie TLS mit einem Klartext-Handshake, sondern sind so entworfen, dass sich jedes Byte der Verbindung nicht von Zufallsdaten unterscheiden lässt
- VMess, Shadowsocks und Obfs4 sind typische Protokolle, die diesen „looks like nothing“-Ansatz verwenden
- Am 6. November 2021 meldeten chinesische Internetnutzer die Blockierung von Shadowsocks- und VMess-Servern; am 8. November bestätigten Outline-Entwickler einen starken Rückgang des Traffics aus China
- Der Zeitpunkt der Blockierungen fiel mit der 6. Plenarsitzung des 19. Zentralkomitees der Kommunistischen Partei Chinas vom 8. bis 11. November 2021 zusammen
- China nutzt seit Mai 2019 bereits passive Traffic-Analyse zusammen mit aktivem Probing, um Shadowsocks-Server zu identifizieren; dieser Fall ist jedoch das erste bekannte Beispiel für eine großflächige Echtzeit-Blockierung vollständig verschlüsselter Proxys allein durch passive Traffic-Analyse
Wie die GFW erkennt
- Die GFW definiert „vollständig verschlüsselten Traffic“ nicht direkt, sondern schließt zuerst Verbindungen aus, die mit hoher Wahrscheinlichkeit kein vollständig verschlüsselter Traffic sind
- Verwendet werden mindestens fünf Gruppen grober, aber effizienter Ausnahme-Heuristiken
- Fingerprints gängiger Protokolle
- ein grober Entropietest anhand festgelegter Bit-Verhältnisse
- der Anteil druckbarer ASCII-Zeichen in der ersten TCP-Payload
- die Positionen von ASCII-Zeichen
- die maximale Anzahl aufeinanderfolgender ASCII-Zeichen
- Der verbleibende Traffic, der durch keine Ausnahme-Regel aussortiert wird, wird zum Ziel der Blockierung
- Da die GFW ein Black-Box-System ist, sind die erschlossenen Regeln möglicherweise nicht vollständig
Messergebnisse und mögliches Kollateralrisiko
- Die Forschenden untersuchten mit Internet-Scans, welchen Traffic und welche IP-Adressen die GFW inspiziert
- Sie wandten den erschlossenen GFW-Erkennungsalgorithmus auf realen Traffic an, der am Network Tap der CU Boulder gesammelt wurde, um Abdeckung und Fehlalarmrisiko zu bewerten
- Die erschlossenen Regeln überschnitten sich offenbar stark mit den tatsächlich von der GFW eingesetzten Regeln
- Bei breiter Anwendung dieses Erkennungsalgorithmus könnten etwa 0,6 % aller Verbindungen im Network Tap blockiert werden, obwohl es sich um legitimen Internet-Traffic handelt
- Um übermäßige Blockierungen durch Fehlalarme zu vermeiden, überwacht die GFW offenbar strategisch nur 26 % aller Verbindungen und konzentriert sich nur auf bestimmte IP-Bereiche populärer Rechenzentren
Aktives Probing und Umgehungsstrategien
- Die neue passive Zensurmethode arbeitet parallel zum bestehenden System der GFW für aktives Probing (active probing)
- Auch das aktive Probing stützt sich auf diesen Traffic-Analyse-Algorithmus und verwendet zusätzlich paketlängenbasierte Regeln
- Umgehungsstrategien gegen die neue Blockierung können auch verhindern, dass die GFW Proxy-Server identifiziert und anschließend aktiv überprüft
- Die Forschenden teilten ihre Ergebnisse und Vorschläge für Umgehungen verantwortungsvoll mit den Entwicklern verschiedener Anti-Zensur-Tools, darunter Shadowsocks, V2Ray, Outline, Lantern, Psiphon und Conjure
- Diese Umgehungsstrategien wurden seit Januar 2022 breit übernommen und ausgerollt, halfen Hunderttausenden bis Millionen von Nutzern bei der Umgehung der neuen Zensurmethode und sind Stand Februar 2023 in China weiterhin wirksam
2 Kommentare
Es scheint, als wären der Artikeltext und die Kommentare anders zusammengefasst worden.
Hacker-News-Kommentare
Im Artikel war von VPNs überhaupt nicht die Rede, daher dachte ich zunächst, man könne doch einfach ein VPN benutzen. Im Wikipedia-Artikel zur GFW steht jedoch, dass die Nutzung von VPNs in China zwar Zugang zum internationalen Internet ermöglichen kann, aber ein rechtliches Risiko darstellen kann.
2017 erklärte die chinesische Regierung alle nicht genehmigten VPN-Dienste für illegal; als Beispiel wird die Studentin Vera Zhou von der University of Washington genannt, die beim Besuch ihrer hui-chinesischen Eltern in Xinjiang per VPN auf Studienaufgaben zugriff, daraufhin von Oktober 2017 bis März 2018 in ein Lager in Xinjiang gebracht wurde, anschließend unter Hausarrest stand und bis September 2019 nicht in die USA zurückkehren konnte.
周月明(Vera Yueming Zhou) scheint nicht deshalb in ein chinesisches Lager gebracht worden zu sein, weil sie per VPN auf die Website der University of Washington zugreifen wollte, sondern weil sie einer religiösen Minderheit angehörte.
Damals erfasste die Polizei in Kuytun mit digitalen Überwachungswerkzeugen, dass Vera VPN nutzte, um auf Websites wie ihr Uni-Gmail-Konto zuzugreifen, und aufgrund ihres Status als Mitglied einer muslimischen Minderheit konnte dies als „Signal religiösen Extremismus“ gewertet werden.
Während meines gesamten Jahres in Vietnam hatte die Polizei meinen Pass einbehalten, daher war ich vorsichtig. Einige Tage später öffnete ich die NYT aber einfach für ein paar Minuten, woraufhin das Internet für etwa drei Stunden ausfiel; beim nächsten Mal dann für 24 Stunden, sodass klar war, dass es kein zufälliger Ausfall war.
Es wurde nicht sofort gekappt, sondern dauerte einige Minuten, und ich war ziemlich sicher, dass jemand eigens dafür abgestellt war, meinen Traffic zu überwachen.
Ich nutzte kein VPN und ließ den Traffic absichtlich sichtbar, wusste aber, dass eine Verbindung per VPN nur noch verdächtiger wirken würde, deshalb benutzte ich später ein VPN zum E-Mail-Check nur kurz in Cafés.
Manche nutzen sie, um beim Spielen ausländischer Games die Latenz zu senken; das Problem ist eher, dass VPN-Verbindungen leicht blockiert werden, nicht dass man sich große Sorgen um rechtliche Folgen macht.
Allerdings scheint es während der „Blanko-Proteste“ vorgekommen zu sein, dass die Polizei in bestimmten Regionen zu Leuten nach Hause ging und ihre Handys auf VPNs überprüfte.
Junge, technikaffine Menschen schienen fast alle ein VPN zu haben; es war so verbreitet und harmlos wie auf der Autobahn etwa 10 mph über dem Tempolimit zu fahren.
Die meisten werden nicht allein wegen der VPN-Nutzung verfolgt; es scheint eher etwas zu sein, das die Regierung nutzt, wenn sie einen Vorwand braucht, um jemanden festzusetzen, den sie ohnehin schon verfolgen wollte.
Dieser Fall wirkt weniger wie ein Beispiel für das rechtliche Risiko der VPN-Nutzung als vielmehr wie ein Fall, in dem jemand aus anderen Gründen ins Visier geraten ist und dann bestraft wurde.
Selbst wenn man also alle Gesetze gegen VPNs abschaffen würde, würde sich in der Praxis wahrscheinlich nichts ändern.
Vor der Pandemie war ich längere Zeit in China und habe ziemlich viel gegen die GFW experimentiert; es hat mich immer überrascht, wie schnell sie shadowsocks oder beliebige SSH-Tunnel aufspürte.
Normalerweise musste ich innerhalb von 48 Stunden die IP wechseln, und dieser Bericht klingt so, als würde es inzwischen sofort erkannt.
Die stabilste Methode war, sich auf eine physische Leitung von Shenzhen nach Hong Kong aufzuschalten und sich während der Bewegung innerhalb Chinas per VPN mit diesem Gateway in Shenzhen zu verbinden.
Soweit ich mich erinnere, funktionierte das immer, daher dachte ich, dass der Großteil der VPN-Traffic-Analyse und -Blockierung an der Grenze der GFW stattfindet und im Inland weniger, aber das kann inzwischen veraltet sein.
Es wurde sofort blockiert, sodass der Client keine Verbindung herstellen konnte, und schon vor dem Versuch gab es Verbindungsversuche von mehreren unbekannten IPs.
Es hat mich überrascht, wie lückenlos die GFW ist, und ich finde es wirklich schade, dass es dadurch so schwer ist, in China zu arbeiten und zu reisen, wenn man auf eine stabile Internetverbindung angewiesen ist.
Roaming-Traffic wird zum Provider im Heimatland getunnelt, und aus irgendeinem Grund wird dieser Tunnel überhaupt nicht inspiziert.
Mit eSIM kann man inzwischen innerhalb weniger Minuten eine Roaming-SIM kaufen und direkt auf dem Handy nutzen.
Es wirkte, als fände die Störung nicht an der Grenze, sondern im Inland statt, aber wie genau, weiß ich nicht.
Angesichts der technischen Fähigkeiten von Hangzhou könnte es auch sein, dass der dortige ISP kompetenter war und modernere Gegenmaßnahmen einsetzte.
Ich erinnere mich daran, wie ich mich mit der frühen GFW herumschlagen musste, als ich vor etwa 20 Jahren bei einer Firma arbeitete, die Mitarbeiter vor Ort in Shanghai hatte
Jeden Morgen öffneten die chinesischen Kollegen ihren Mail-Client und verbanden sich mit unserem Server im Ausland; bei der ersten Person klappte es meist noch, aber bei den danach folgenden schlug die Verbindung fehl
Damals war über die GFW kaum etwas bekannt, und sie war auch noch nicht so clever wie heute, aber wir stellten fest, dass POP-Verbindungen nach ein paar Minuten schnell blockiert wurden; es wirkte, als würde zeitversetzt irgendeine langsame Firewall-Regel greifen, und es schien einigermaßen zufällig, weshalb wir vermuteten, dass die Firewall-Konfiguration nicht einheitlich war
Der Umstieg auf POPS/SMTPS half eine Zeit lang, aber es gab immer noch zufällige Sperren; erst als wir den Server dazu brachten, POP/SMTP-Verbindungen statt über bekannte Ports über mehrere zufällige Ports anzunehmen, verschwand das Problem bis zur Umstellung des Systems einige Jahre später
Ich habe das nicht tiefer untersucht, aber ich vermute, dass die Verbindungen zur Inspektion umgeleitet werden; falls das stimmt, wäre Industriespionage auf Basis der dabei zugänglichen Daten kaum überraschend
Ich finde es interessant, dass gegen Shadowsocks mit Obfuscation-Plugin vorgegangen wird
Als ich 2017–2019 in China war, war die Kombination aus SS und v2ray praktisch der Standard
Damals gab es Anfang Juni oder zu bestimmten Zeiten wie großen Regierungssitzungen immer wieder VPN-Durchgreifen; offenbar war es prozedural schwer, präzise zu blockieren, daher wurde wohl grob und breit alles gedrosselt oder blockiert, was nach VPN aussah
Die Verbindung kam meist noch zustande, aber mit einer Drosselung, die sie praktisch unbrauchbar machte
Es fühlte sich so an, als würden VPNs ab einem gewissen Komplexitätsgrad inoffiziell toleriert, während man eher daran interessiert war, einfache Ziele zu stoppen, die die breite Masse leicht nutzen konnte
Bei der kleinen Minderheit technischer Nerds mit ausgefeilteren Tools wusste man vermutlich ohnehin schon, wer sie waren, und zog es vor, sie bei Bedarf direkt aufzusuchen
China scheint nicht zu merken, wie sehr es sich selbst ausbremst, indem es in so etwas sinnlos Zeit und Fachwissen investiert
Der Anteil des BIP, der in den internen Repressionsapparat fließt, ist fast so hoch wie der Anteil, den die USA fürs Militär ausgeben
Dass so viel Talent und Wohlstand dafür verbrannt wird, die interne Informationsweitergabe ineffizienter zu machen, ist für die Welt vielleicht sogar ein Glück
Dass die PRC überhaupt ein eigenes inländisches Informationsökosystem hat, liegt ja gerade daran, dass externe Inhalte vorausschauend herausgefiltert wurden, und dieses System hat seine Kosten bereits mehrfach eingespielt
Man muss auch sehen, dass die PRC im Verhältnis zum BIP gar nicht so viel für das Militär ausgibt
Wenn etwas Verschwendung ist, dann dass die PRC für innere Sicherheit ähnlich viel ausgibt wie die USA, und wenn man bedenkt, wie militarisiert die US-Polizei ist, ist das kein gutes Zeichen
Dagegen liegen die Verteidigungsausgaben der PRC unter 2 % und die der USA bei etwa 3,5 %; selbst mit Schätzungen zu Schattenbudgets eher bei ungefähr 3 % gegenüber 6 %
Man muss sich nur ansehen, wie soziale Medien weltweit Demokratien ruiniert haben
Die US-Demokratie steckt in gewisser Weise in einer Todesspirale: https://www.theatlantic.com/ideas/archive/2021/04/how-stop-m...
Ich mag Unterdrückung nicht, aber China macht so etwas seit Tausenden von Jahren, und inzwischen bin ich mir nicht mehr sicher, ob wir wirklich etwas Besseres haben. Es gibt ja auch Fälle wie Citizens United, Roe v. Wade und affirmative action, und Chinas Lebenserwartung hat die der USA gerade überholt
Der Anwendungsbereich ist begrenzt, aber um Informationen in solche Systeme hinein oder aus ihnen heraus zu bewegen, könnte man vielleicht chaffing and winnowing nutzen: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chaffing_and_winnowing
Einige Reaktionen sind ziemlich komisch; sie klingen, als sei man noch nie in einem eingeschränkten Land gewesen
Wahrscheinlich funktionieren einige VPN-Anbieter, die eher genehmigten Schattenservices ähneln, aber ich glaube kaum, dass das daran liegt, dass sie klüger sind als die GFW
Ich bin sicher, dass sie ohne Sanktionen zugelassen sind und überwacht werden
Wenn man mit der Regierung keinerlei Probleme hat, ist das vielleicht in Ordnung, aber ob man Probleme hat, weiß man erst, wenn sie tatsächlich auftreten
socks5, shadowsocks, WireGuard und Ähnliches waren schon vor langer Zeit nutzlos
Es ist ein bisschen so, als wäre man im Haus, für niemanden sichtbar, und wollte nach draußen gelangen; egal wie gut man es versucht, schon der Versuch selbst wird sichtbar und man wird erwischt
Genauso ist es mit dem Entkommen aus der GFW: Genehmigte VPNs oder lang laufende RDP-Verbindungen ohne Metering sind die beste Option
Ich weiß nicht, ob ich klüger bin als die GFW, aber meine selbstgebauten Tools zur Umgehung der Zensur haben jedes Mal funktioniert, und selbst die faulste Methode hat gereicht
Einen VPN-Anbieter habe ich noch nie benutzt
Zur Einordnung: Selbst unverändertes WireGuard funktioniert immer noch, aber es scheint eine Offline-Traffic-Analyse zu geben, die das aufspürt; ungefähr einmal pro Woche wache ich auf und die VPN-Verbindung ist tot, und ich muss den ListenPort des Servers ändern
Für mich persönlich ist am nervigsten, dass die Egress-Kosten bei AWS viel zu hoch sind
Ob sie die Nutzung eines VPN erkennen können, steht auf einem anderen Blatt, aber den Inhalt des Traffics könnten sie dann wohl nicht überwachen
Dieses Paper ist gut, geht aber ziemlich ins technische Detail
Es handelt zwar nicht direkt um die GFW selbst, aber Projekte wie https://github.com/salesforce/ja3 behandeln, wie sich vollständig verschlüsselter Traffic (TLS/HTTPS) per Fingerprinting identifizieren lässt
Der Abschnitt „How it works“ in der README erklärt das gut
Wenn selbst Open-Source-Firewalls so etwas tun, wäre es eher überraschend, wenn die GFW das nicht täte
Trotzdem kann man weiterhin Fingerprints bilden, indem man die Reihenfolge ignoriert und die gemeinsam beworbenen TLS-Parameter betrachtet
Das verlinkte Paper verweist auf einen Vorfall, bei dem Tor-obfs-Verbindungen anhand der Cipher-Suite-Liste erkannt wurden[2][3]
[1] https://www.fastly.com/blog/a-first-look-at-chromes-tls-clie...
[2] https://gitlab.torproject.org/legacy/trac/-/issues/4744
[3] https://blog.torproject.org/ethiopia-introduces-deep-packet-...
Der gefundene Algorithmus wirkt so kontraintuitiv, dass ich mich frage, ob ihn eine KI gefunden hat
Es läuft wohl darauf hinaus, dass die Verbindung weiter zugelassen wird, wenn das erste vom Client gesendete TCP-Payload eine der Ausnahmen erfüllt, andernfalls wird sie blockiert
Die Ausnahmen sind: Das Verhältnis von popcount zu Länge liegt außerhalb eines bestimmten Bereichs, oder die ersten mindestens 6 Byte liegen im Bereich [0x20,0x7e], oder mehr als 50 % der Byte liegen in diesem Bereich, oder mehr als 20 aufeinanderfolgende Byte liegen in diesem Bereich, oder es passt zu einem TLS-/HTTP-Protokoll-Fingerprint
Das Ziel ist, ungewöhnlichen verschlüsselten Traffic herauszufiltern
Die erste Regel nutzt im Wesentlichen die IND-CPA-Eigenschaft der meisten Verschlüsselung aus, um Traffic zu verwerfen, der „zufällig aussieht“, also bei dem pro Byte ungefähr 4 Bit auf 1 gesetzt sind
Die nachfolgenden Regeln sind dann Ausnahmen für erlaubten verschlüsselten oder komprimierten Traffic
Komprimierung ist zwar nicht IND-CPA, erzeugt aber hohe Entropie und könnte daher unter die erste Regel fallen
Das kann ziemlich gut funktionieren, und die Forschenden des Papers bestätigen das auch
Falls die CCP gemeint ist, haben sie es wahrscheinlich mit grundlegender statistischer Analyse erzeugt und so abgestimmt, dass Nebenwirkungen und Kollateralschäden unter einen akzeptablen Schwellenwert sinken
Ungefähr 0,6 % des weltweiten Traffics werden dabei unbeabsichtigt blockiert
Falls die Forschenden gemeint sind, beschreibt das Paper die grundlegende statistische Analyse, mit der diese Regeln entdeckt wurden, recht ausführlich
Bei Daten mit hoher Entropie konvergiert die Verteilung von 1 und 0 gegen den Mittelwert, und verschlüsselte Daten sehen nach hoher Entropie aus
Das ist grob, aber für Embedded-Hardware rechnerisch sehr effizient
Ex2–4 behandeln viele unverschlüsselte Protokolle als Ausnahme, zum Beispiel ASCII-Text wie bei IMAP, und solcher Text kann ebenfalls genügend Entropie haben, um den ersten Test statistisch oft nicht zu bestehen
Ex5 ist nötig, weil TLS seinem Wesen nach verschlüsselt und damit hochentropisch ist, und HTTP scheint ebenfalls ausgenommen zu sein, damit komprimierte Uploads, etwa Bilder oder Videos, nicht hängenbleiben
Dass der Schlüssel zur Umgehung der GFW in niedriger Entropie liegt, ist überhaupt nicht überraschend. Hohe Entropie ist schließlich eine nahezu unverzichtbare Eigenschaft der meisten Kryptoverfahren
Theoretisch wäre auch ein Chiffrat-Verfahren denkbar, das die Entropie nach mehreren objektiven Maßstäben erhält, da Verschlüsselung keine Information hinzufügt, sofern man nicht vor der Verschlüsselung komprimiert, aber außer einem Meta-Verfahren, bei dem vor der Verschlüsselung komprimiert und der Ciphertext danach steganografisch aufgepolstert wird, kenne ich keines
Natürlich würde das Information in Höhe der Negentropie der Nachricht preisgeben, aber normalerweise nur Dinge, die sich aus dem Kontext ohnehin nicht erschließen lassen, etwa dass die Nachricht HTML+Text ist
Sollte man TLS dann einfach base64-kodieren?
Das war schon vor 10–12 Jahren ziemlich offensichtlich
Als ich in China studierte, hielt das VPN der Hochschule nur ein paar Tage
Dann kursierte aber eine winzige VPN-Software, und soweit ich mich erinnere, hieß es damals, Falun Gong habe dabei mit der CIA kooperiert, wobei ich nicht weiß, ob das stimmt
Damals konnte sie der Erkennung entgehen, vermutlich indem ständig die IP gewechselt wurde
Interessant war, wie schnell sich das Tool unter ausländischen Studierenden „offline“ verbreitete
Auch Chinesen hatten es, aber unter ihnen war es weniger bekannt
Ich weiß nicht, ob es noch funktioniert: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Freegate
[Edit] Ein alter HN-Kommentar, der sagt, dass es nicht funktioniert, sowie andere Optionen, die ebenfalls schwierig sind: https://news.ycombinator.com/item?id=10101965