Архитектура Протокола

Обзор Архитектуры

Phantom Protocol представляет собой многоуровневую систему обеспечения анонимности, основанную на принципах децентрализации, криптографической защиты и распределенной маршрутизации.

5 Слоев Защиты

Каждый слой обеспечивает независимую защиту, создавая оборону в глубину. Компрометация одного слоя не приводит к раскрытию пользователя.

// Пример конфигурации транспорта
{
  "transport": {
    "type": "obfs4",
    "bridge": "auto",
    "cert": "...",
    "iatMode": 1,  // Inter-Arrival Time obfuscation
    "padding": true
  }
}

Original Data
    ↓ Encrypt with Exit key
[Layer 3: Exit encryption]
    ↓ Encrypt with Middle2 key
[Layer 2: Middle2 encryption]
    ↓ Encrypt with Middle1 key
[Layer 1: Middle1 encryption]
    ↓ Encrypt with Guard key
[Layer 0: Guard encryption]
    → Передача в сеть

// DHT запрос ноды
{
  "method": "findNode",
  "target": "a8f3c9e2...",
  "k": 20,  // возвращает 20 ближайших нод
  "signature": "ed25519_sig..."
}

Система Маршрутизации

Выбор Пути (Path Selection)

Phantom использует сложный алгоритм выбора пути, учитывающий множество факторов:

Типы Нод

Circuit Building

// Построение цепи маршрутизации
async function buildCircuit() {
  // 1. Выбор Guard node
  const guard = await selectGuardNode();
  
  // 2. Установка соединения с Guard
  const guardConnection = await connectToNode(guard);
  
  // 3. Выбор Middle nodes через Guard
  const middle1 = await selectMiddleNode(guardConnection);
  const middle2 = await selectMiddleNode(guardConnection);
  
  // 4. Выбор Exit node
  const exit = await selectExitNode(guardConnection);
  
  // 5. Создание цепи: Guard -> Middle1 -> Middle2 -> Exit
  const circuit = await createCircuit([
    guard, middle1, middle2, exit
  ]);
  
  // 6. Обмен ключами с каждым hop
  await exchangeKeys(circuit);
  
  return circuit;
}

DHT Система (Distributed Hash Table)

Phantom использует модифицированный Kademlia DHT для децентрализованного обнаружения нод и хранения метаданных сети без центральных серверов.

Архитектура DHT

Каждая нода в сети имеет уникальный 160-битный идентификатор (Node ID), генерируемый как SHA-1(публичный_ключ).

Расстояние в DHT (XOR Metric)

Kademlia использует XOR метрику для определения "расстояния" между нодами:

// Вычисление расстояния между двумя Node ID
function distance(nodeId1, nodeId2) {
  // XOR между двумя 160-битными ID
  return nodeId1.xor(nodeId2);
}

// Пример: поиск 20 ближайших нод
async function findClosestNodes(targetId, k = 20) {
  const closestNodes = [];
  const queriedNodes = new Set();
  
  // Начинаем с нод из routing table
  let candidates = routingTable.getClosestNodes(targetId, k);
  
  while (candidates.length > 0) {
    const node = candidates.shift();
    if (queriedNodes.has(node.id)) continue;
    
    queriedNodes.add(node.id);
    
    // Спрашиваем ноду о её ближайших соседях
    const neighbors = await node.findNode(targetId);
    
    // Добавляем новые кандидаты
    for (const neighbor of neighbors) {
      if (!queriedNodes.has(neighbor.id)) {
        candidates.push(neighbor);
        closestNodes.push(neighbor);
      }
    }
    
    // Сортируем по расстоянию до targetId
    closestNodes.sort((a, b) => 
      distance(a.id, targetId) - distance(b.id, targetId)
    );
    
    // Оставляем только k ближайших
    closestNodes.splice(k);
  }
  
  return closestNodes;
}

K-Buckets (Routing Table)

Каждая нода поддерживает routing table из 160 k-buckets (k обычно = 20):

Защита от Атак

Криптографическая Защита

Криптографические Примитивы

Гибридная Криптосистема

Phantom использует гибридную схему, комбинируя классическую и пост-квантовую криптографию:

// Гибридный обмен ключами
async function hybridKeyExchange(peerPublicKey) {
  // 1. Классический X25519 ECDH
  const classicSharedSecret = x25519(
    myPrivateKey,
    peerPublicKey.x25519
  );
  
  // 2. Пост-квантовый Kyber KEM
  const kyberCiphertext = kyber768.encapsulate(
    peerPublicKey.kyber
  );
  const kyberSharedSecret = kyberCiphertext.sharedSecret;
  
  // 3. Комбинируем оба секрета через KDF
  const hybridSecret = hkdf({
    ikm: concat(classicSharedSecret, kyberSharedSecret),
    salt: "phantom-v1-hybrid-kdf",
    info: concat(myPublicKey, peerPublicKey),
    length: 32
  });
  
  // 4. Выводим ключи для шифрования/MAC
  const keys = {
    encKey: hkdfExpand(hybridSecret, "encryption", 32),
    macKey: hkdfExpand(hybridSecret, "mac", 32)
  };
  
  return { keys, kyberCiphertext };
}

Onion Encryption (Луковое Шифрование)

Каждый слой маршрутизации добавляет свой слой шифрования:

// Создание луковой структуры
function createOnion(payload, circuit) {
  let onion = payload;
  
  // Шифруем в обратном порядке (от exit к guard)
  for (let i = circuit.length - 1; i >= 0; i--) {
    const node = circuit[i];
    
    // Добавляем padding для скрытия размера
    onion = addPadding(onion, CELL_SIZE);
    
    // Шифруем с ключом ноды
    onion = chacha20Poly1305Encrypt(
      key: node.encryptionKey,
      nonce: randomNonce(),
      plaintext: onion,
      ad: node.id  // authenticated data
    );
  }
  
  return onion;
}

// Каждая нода снимает один слой
function peelOnion(onion, myKey) {
  const decrypted = chacha20Poly1305Decrypt(
    key: myKey,
    ciphertext: onion
  );
  
  return removePadding(decrypted);
}

Perfect Forward Secrecy (PFS)

Phantom использует эфемерные ключи для каждой сессии. Компрометация долгосрочных ключей не раскрывает предыдущие коммуникации.

Сравнение с Другими Системами

Когда использовать Phantom?

Производительность и Оптимизация

Метрики Производительности

Оптимизации

// Настройка preemptive circuits
{
  "circuits": {
    "preemptive": {
      "count": 3,           // Количество готовых circuits
      "renewBefore": 120    // Обновлять за 2 минуты до истечения
    }
  }
}

// Один circuit обслуживает множество streams
const circuit = await buildCircuit();

// Создаем streams для разных приложений
const httpStream = circuit.openStream(80);
const httpsStream = circuit.openStream(443);
const dnsStream = circuit.openStream(53);

Мониторинг Производительности

Phantom предоставляет встроенные метрики для отслеживания производительности:

# Просмотр метрик через CLI
phantom metrics

# Вывод:
# Circuits:
#   Active: 3
#   Total built: 127
#   Avg build time: 2.3s
#   Failure rate: 2.1%
#
# Bandwidth:
#   Download: 5.2 MB/s
#   Upload: 1.8 MB/s
#   Total transferred: 1.2 GB
#
# Latency:
#   Current: 145ms
#   Average: 152ms
#   P95: 280ms