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$theme: gaia
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# Freenet
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## Cos'è Freenet?
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Freenet è una **rete peer-to-peer decentralizzata**, progettata per:
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* Resistere alla censura
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* Proteggere l'**anonimato**
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* Rispettare la libertà di espressione
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## Cenni Storici
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* Fondazione: **paper** di Ian Clarke, 2001
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Il paper contiene le basi del protocollo Freenet, tuttora in sviluppo continuo.
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Dal 2008 [**Freenet 0.7**] è divisa in **Opennet** e **Darknet**, supporta l'implementazione **open source** di JDK [**OpenJDK**] e supporta sia su TCP che su UDP a livello di trasporto.
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## Punti Chiave
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* Anonimato per **produttori e consumatori** di informazioni
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* **Resistenza** a tentativi di terze parti di **negare accesso** ai contenuti
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* Proteggere l' **anonimità dei dati salvati nei nodi**
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* Implementare **archiviazione e routing** in maniera **dinamica** ed **efficiente**
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* **Decentralizzare** tutte le funzioni della rete
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# Architettura
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## Freenet = Rete di Nodi
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Freenet è un network P2P **adattivo**, costituito da nodi che effettuano richieste ad altri nodi per salvare e ottenere **data files**.
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* Tutti i nodi sono **uguali** e comunicano **solo con i nodi prossimi**
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* Ogni nodo mantiene uno **spazio di archiviazione locale** che **condivide** con gli altri nodi
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* I data files sono indicizzati da **chiavi indipendenti dalla localizzazione** *[location-independent keys]*
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## Indirizzi
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Gli indirizzi dei nodi sono composti da:
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* Metodo di trasporto
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* Identificatore di trasporto specifico *[IP + porta]*
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Anonimato e modifica di indirizzi si ottengono con le **Address Resolution Keys** (o **Updatable Subspace Keys**), contenenti l'**indirizzo corrente** del nodo.
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Le ARK permettono di superare alcuni firewalls, NAT e blocchi su IP.
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USK@<...key...>/path/to/webpage
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## Richieste
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* Richiesta = **payload di un self-contained message**
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* Richiesta = **Ricerca di una chiave**
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corrispondente al data file da ottenere tra i nodi della rete. *[Key-Based Routing]*
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La procedura di richiesta avviene come una
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**catena di proxy requests** divisa in step.
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Ogni nodo **decide dove indirizzare la richiesta** durante lo step successivo.
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## Struttura di un messaggio
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* **ID** pseudo-unico e **casuale**, che permette ai nodi di evitare i loop di richieste.
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* Numero di **Hops-To-Live** *[HTL]*, simili al Time-To-Live di IP ma basati sul numero di hop. Servono ad **evitare catene di richieste infinite**.
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* **Profondità**, incrementata ad ogni hop.
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* **Payload** della richiesta / risposta.
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Il processo di passaggio delle richieste continua finchè la richiesta non è soddisfatta o gli HTL si esauriscono.
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## Struttura di un messaggio
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# Key-Based
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# Routing
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## Chiavi e Ricerche
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In Freenet, i files sono identificati da **chiavi binarie**:
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* **Keyword-Signed-Key** *[KSK]*
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* **Signed-Subspace-Key** *[SSK]*
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* **Content-Hash-Key** *[CHK]*
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Le chiavi sono ottenute utilizzando funzioni di hash tra cui *DSA* e *SHA*.
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## Keyword Signed Key
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La chiave più basica utilizzata da Freenet, derivata da **una stringa di testo scelta dall'utente** al momento del **file upload** in rete.
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La stringa è usata come input per ottenere una **coppia di chiavi asimmetriche**, di cui:
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* La **pubblica** viene passata alla funzione di hash, ottenendo la **file key**
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* La **privata** è utilizzata per firmare il file, provvedendo un **minimo controllo di integrità**.
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### KSK
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#### Analisi
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* Un sistema simile è soggetto a **dictionary attacks** contro la chiave privata, dato che **ogni nodo può ottenere una lista di stringhe descrittive**.
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Per questo il file è anche cifrato utilizzando la stringa descrittiva come chiave.
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* Le chiavi KSK **non sono uniche**, per questo motivo **sono state abbandonate** in funzione delle SSK.
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## Signed Subspace Key
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Evoluzione di KSK.
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* Abilita i **personal namespaces**, identificati da una **coppia di chiavi asimmetriche**
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* Stringa descrittiva e chiave pubblica del namespace sono passate alla funzione di hash **indipendentemente**
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* Sui due hash ottenuti: **bit-by-bit XOR** -> **file key**
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* La chiave privata è utilizzata per firmare il file
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### SSK
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#### Analisi
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* Migliora KSK in quanto **la file key è generata da una coppia di chiavi casuali**
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Per ottenere un file, un nodo deve conoscere:
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* Stringa descrittiva
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* Public Subspace Key
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In aggiunta, ogni utente ha un **namespace** unico e gestibile.
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## Content Hask Key
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Hash diretto del file, ottenendo una
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**file key pseudo-unica**.
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I file sono successivamente cifrati con una ***encryption key*** generata casualmente.
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Per ottenere il file sono necessarie sia la file key che l'*encryption key*, che **non è mai salvata col file** ma solo pubblicata con la sua file key.
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### Updatable Subspace Key
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Le chiavi CHK sono utilizzate **in parallelo** con le SSK, per implementare l'**indirezione**:
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* Inserire il file sotto la sua CHK
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* Inserire la CHK in un **file indiretto** contenuto in una SSK
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* La **file key** è ottenuta in due step.
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Questo permette l'**update** dei files caricati, mantenendo la stessa SSK.
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CHK + SSK = USK
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# Decentralized
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# Data
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# Storage
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## Gestione dei dati salvati
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**Ogni nodo della rete condivide spazio locale**.
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* Gestito come una **cache LRU**
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*[Least Recently Used cache]*
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* Contiene **dati** e **routing table** del nodo
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* L'utente **non ha accesso diretto** ai file contenuti nel suo spazio locale *[data encryption]*
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* La quantità di spazio condiviso è configurabile dall'utente
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## LRU Cache
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La **Least Recently Used** cache ordina i dati contenuti in base all'**ordine temporale decrescente** di ricevimento delle **richieste**. *[insert,retrieve,update]*
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Questo significa che:
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* I files **più richiesti** sono in cima alla coda.
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* Se la capacità non è sufficiente per contenere un nuovo file, i file usati **meno recentemente** sono cancellati.
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### LRU Cache - Esempio
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La sequenza di accesso è *A,B,C,D,E,F*.
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Il **rank** *[priorità]* dei files è il numero in parentesi.
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### LRU Cache: Note
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* La cancellazione dei files utilizzati meno recentemente potrebbe rendere alcuni dati **non disponibili**
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Per questo **le entry nella routing table** corrispondenti ai dati cancellati rimangono anche dopo la cancellazione.
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* Il meccanismo di ***scadenza*** dei dati causa l'**aggiornamento** dei files vecchi, rimpiazzandoli con le nuove versioni in automatico.
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### Data Encryption
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È necessario che gli operatori dei nodi **non possano accedere** ai dati contenuti nello spazio locale.
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Questo è garantito dalla **cifratura** dei files.
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* I files sono divisi in **blocchi** distribuiti a diversi nodi
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* È possibile conoscere la **file key** ma non la **encryption key** a priori
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Questo consente la **plausible deniability** per gli operatori dei nodi.
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## Ottenere un File
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Utente manda la **file key** al proprio nodo. Ogni nodo, ricevuta una richiesta, controlla se la chiave è presente nel suo spazio locale.
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* **No**: *forward* della richiesta al nodo contenente
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**la chiave più vicina a quella cercata** della sua forwarding table
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* **Sì**: **success**, file mandato ai nodi upstream, ognuno dei quali fa **caching** di esso.
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* **HTL expired**: **failure** propagato verso l'upstream, la ricerca si ferma
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## Ottenere un file
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## Ottenere un file: Note
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* Una richiesta successiva per lo stesso file **può essere soddisfatta dai nodi che hanno fatto caching**
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* La forwarding table non deve diventare un elenco di file sorgenti:
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Ogni nodo può decidere **arbitrariamente** di proclamarsi sorgente
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* Se un nodo non può soddisfare una richiesta: messaggio di **failure** nella reply, il nodo upstream proverà con il secondo nodo più vicino *[backtracking]*
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## Ottenere un file: Note
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* La qualità del routing **migliora nel tempo**, dato che i nodi si specializzano nel localizzare
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**set di chiavi simili**, e salvarli in **cluster**
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* Il meccanismo **replica in maniera trasparente dati popolari** vicino ai nodi che li richiedono
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* Un nodo che risponde con successo a più richieste riesce a scoprire una **maggiore parte della rete** (ma gli altri nodi non lo contattano più facilmente)
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## Ottenere un file
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# Small World
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# Network
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## Opennet e Darknet
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Si può discriminare tra 2 tipi di reti P2P:
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* **Light**: comunicazione con qualunque nodo
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*[Gnutella, Distributed Hash Tables, Opennet]*
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* **Dark**: comunicazione sono con nodi **fidati** il cui indirizzo è conosciuto a priori.
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*[Friend-to-friend network: Waste, Darknet]*
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Freenet è diviso in **Opennet** e **Darknet**, implementazioni light P2P e dark P2P del protocollo.
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## Il fenomeno del mondo piccolo
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Identifica un network i cui nodi condividono le informazioni **solo con altri nodi conosciuti**. *[fidati]*
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Simile al principio dei **sei gradi di separazione** tra esseri umani, ma:
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* In una rete di nodi la conoscenza è tradotta come vicinanza o similarità *[closeness]*.
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**In uno Small World Network, peer simili hanno maggiore probabilità di essere connessi**.
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## SWN Routing
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* Peer vicini hanno maggiore probabilità di essere connessi
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* Applicazione del **Greedy Routing:** è possibile comunicare con qualunque peer mandando i messaggi **al peer più vicino**, ogni step.
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Questo principio è utilizzato sia da DHT che da Freenet per fare routing dei pacchetti.
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## Il principio di Kleinberg
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*L'efficacia del routing negli Small World Network dipende dalla proporzione tra le connessioni che hanno diversa lunghezza e la posizione dei nodi.* *[John Kleinberg, 2000]*
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Significa:
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**Il numero di connessioni con determinata lunghezza deve essere inversamente proporzionale alla lunghezza delle stesse**.
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Permette:
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Complessità dell'algoritmo greedy $O(\log^2N)$
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## Posizione e Closeness
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La posizione dei nodi **non può essere determinata direttamente** in un network anonimo come Darknet.
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* Non si conoscono gli **indirizzi** dei nodi
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* Non si conoscono le ***trusted connections*** dei nodi
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* Le informazioni contenute dai nodi sono distribuite **caoticamente**, non essendoci un'autorità che assegna gli indirizzi.
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Come si determina **quale nodo è più vicino al peer che devo contattare?**
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## Ottimizzazione del Network
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* Assegnare ID numerici **unici** e **casuali** ai nodi
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* Posizionarli **casualmente** in un grafo, connettendoli alle loro ***trusted connections***
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È un **reverse engineering** delle posizioni dei nodi in base alla loro connessioni. Fatto ciò:
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* Ogni nodo **scambia la propria posizione con gli altri**, di modo da **minimizzare il prodotto delle lunghezze** degli edge del grafo *[connessioni]*
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**La rete determina la miglior posizione dei nodi.**
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## SWN: Conclusioni
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* La rete ottimizza le posizioni dei nodi di modo da minimizzare la lunghezza delle connessioni
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* La rete così generata permette di raggiungere **qualunque peer** in un numero ragionevole di steps
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* La **vicinanza** tra peer è il **prodotto della lunghezza degli edge del grafo**
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* L'algoritmo di routing Greedy funziona **se e solo se i nodi vicini hanno più probabilità di conoscersi**. Questo rende l'ottimizzazione del network necessaria.
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## SWN: Simulazione
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Si è simulata uno Small World Network con 3 algoritmi di ricerca:
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* **Random** tra i nodi *[Random]*
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* **Ideal Greedy Routing** (Kleinberg), i nodi sono già disposti in maniera ottima *[Good]*
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* **Restored Greedy Routing**, i nodi sono riordinati da Darknet (2000 iterazioni per nodo). *[Restored]*
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*Numero di ricerche **successful** in $log_2^2N$ steps*.
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*La lunghezza media delle **successful routes***.
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# Conclusioni
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template: invert
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## Confronto di protocolli P2P
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Freenet non è l'unico protocollo che tenta di proteggere l'anonimato dei suoi utenti.
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A livello di userbase e maturità di progetto, si notano:
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* **Tor**, basato sull'**Onion routing**
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* **I2P**, basato sul **Garlic routing**
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(variante dell'Onion routing)
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Entrambi si identificano piu' come **proxy** che come rete decentralizzata, a differenza di Freenet.
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## Freenet e Tor
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||Freenet|Tor|
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|:-:|:-:|:-|
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|**Protocollo decentralizzato** |Sì |No\* |
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|**Accesso a Internet (proxy)** |No |Sì|
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|**Accesso a webserver anonimi** |No |Sì |
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|**Salvataggio distribuito dei dati** |Sì |No |
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|**Impossibilità di rimuovere i dati** |Sì |No |
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|**È stato bloccato con successo** |No\*\*|Sì |
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\* Tor necessita di una *directory authority* che gestisca gli *hidden services [webserver anonimi]*.
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\*\* Relativo a Darknet
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template: default
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# Grazie per l'attenzione
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