现如今,人们在互联网中享受新型生活方式的同时,开始更加注重对自身网络行为的隐藏。洋葱路由(The Onion Router,Tor)作为一种可有效隐藏网络行为的匿名通信工具,受到众多用户的青睐。尽管Tor使用守卫节点机制来降低多种攻击的影响范围,但越来越多的研究表明,守卫节点机制并未达到理论所述的安全防御效果,同时还涌现出一批针对守卫节点机制运行规则的新型攻击。在当前已有的安全加固方案中,存在节点集生成质量难以保证、带宽异常节点管理不足以及抗流量分析能力较弱的问题。针对上述问题,本文通过使用K-Medoids聚类算法、基于标准差的节点集质量评估方法和数据填充传输,重点解决守卫节点集原始方案中存在的不足,提高Tor对自治系统(Autonomous System,AS)级别的攻击者发起流量分析攻击的防御能力。具体来说,本文主要做了以下三个方面的工作:(1)针对守卫节点集生成算法存在的不足,本文提出一种基于K-Medoids算法的守卫节点集生成管理方案。该方案可动态制定节点集的生成策略,有效评估生成结果,确保生成的节点集满足系统使用需求。本文通过搭建守卫节点集生成管理仿真测试系统,对方案的有效性进行了仿真测试,测试结果表明该方案能够在备用守卫节点带宽差异较大的情况下,有效保证节点集的生成质量。(2)针对守卫节点集在节点管理过程中存在的不足,本文提出一种守卫节点带宽异常监测管理方案。该方案可对节点集中带宽异常变化的节点进行有效监管,提高攻击者的攻击难度。本文通过搭建守卫节点带宽异常监测管理仿真测试系统,对方案的有效性进行了仿真测试,测试结果表明该方案能够有效抵御攻击者通过控制节点带宽对守卫节点集发起的攻击。(3)针对Tor难以抵抗AS级别攻击者发起的流量分析攻击这一问题,本文结合守卫节点的带宽使用统计数据,提出一种守卫节点数据回传填充管理方案。该方案可合理利用节点空余带宽资源,根据使用节点的用户数量动态生成填充策略,消除填充对象的数据传输特征,增加攻击者的攻击难度。本文通过搭建守卫节点数据回传填充管理仿真测试系统,对方案的有效性以及带宽开销控制情况进行了仿真测试,测试结果表明该方案能够有效控制节点使用填充策略产生的额外带宽开销,同时提高系统对AS级别攻击者发起流量分析攻击的防御能力。