Mix Network

ترسل آنا رسالة خاصة إلى بيتر. لا يستطيع أحد قراءتها في الطريق، لكن قد يرى مراقب بيانات تخرج من آنا ثم تصل إلى بيتر بعد قليل. وإذا تكرر النمط، فقد يستنتج من يتواصل مع من. هذه دلائل تسمى البيانات الوصفية: معلومات تحيط بالرسالة، مثل الوقت والحجم وعناوين الشبكة. تناول بحث تشوم عام 1981 هذه المشكلة في البريد الإلكتروني. لم يسأل فقط كيف نغلق الرسالة، بل كيف نجعل تتبع مسارها أصعب. لذلك تقدم شبكة المزج حماية تختلف عن تشفير المحتوى وحده. [1] [2] [9]

لنتخيل مسارًا مبسطًا عبر العقد A وB وC. تشفر آنا أولًا نص الرسالة لبيتر، ثم تغلفه للعقدة الأخيرة C، وتغلف تلك الحزمة للعقدة B، وأخيرًا للعقدة الأولى A. تستخدم مفاتيحها العامة: معلومات تتيح إنشاء غلاف مشفر يفتحه المفتاح الخاص المقابل. المفاتيح بيانات عددية يستخدمها برنامج التشفير. يمكن مشاركة المفتاح العام، أما المفتاح الخاص فتحفظه العقدة المعنية سرًا. عندما تزيل A طبقتها تعرف إلى أين ترسل الحزمة الداخلية، من دون أن تحصل بذلك على سائر المفاتيح. تُجهز الطبقات بترتيب عكسي كي تزيلها العقد تباعًا أثناء الرحلة. هذا نموذج للتوضيح، وليس قولًا إن كل شبكة مزج تضم ثلاث عقد بالضبط. [1] [4] [5]

لو دخلت رسالة آنا وحدها إلى A وخرجت منها فورًا رسالة واحدة، لكانت مهمة المراقب سهلة. لذلك يجمع mix التقليدي الذي يعمل بالدُفعات عدة رسائل قبل تمريرها. تزيد معالجة المجموعة احتمالات المطابقة بين الرسائل الداخلة والخارجة. ومن المهم أيضًا توحيد أحجام الحزم، وإلا بقيت الشحنة الكبيرة على نحو استثنائي سهلة التمييز. تسمى إضافة بيانات للوصول إلى طول محدد padding. وليس عدد الأشخاص أو الرسائل وحده مقياسًا دقيقًا للخصوصية؛ فما يعرفه المراقب مسبقًا مهم أيضًا. [1] [3]

تزيل عقدة mix طبقة تشفيرها، وتفحص الرسالة وفق قواعد البروتوكول، ولا تمرر مجرد نسخة من الحزمة الخارجية نفسها. فلا يكفي المراقب أن يبحث عن بيانات متطابقة عند الدخول والخروج. ويتغير الترتيب أيضًا: كان اقتراح تشوم الأصلي يرتب مخرجات الدفعة بحسب بياناتها، بينما تستخدم تصميمات أخرى طرقًا مختلفة. المهم ألا يكشف ترتيب الخروج ترتيب الوصول. وتتحقق العقدة كذلك من الرسائل المقدمة مرة أخرى. تتابع العقدة التالية العمل بطريقة مشابهة، وتوجه الأخيرة الشحنة إلى المتلقي. ويظل محتوى الرسالة الموجهة إلى بيتر محميًا بتشفير منفصل مخصص للمتلقي. [1] [3] [5]

يمكن أيضًا تمرير الرسائل باستمرار مع فترات انتظار عشوائية مختلفة، بدل انتظار دفعة مشتركة. يضعف ذلك الصلة الزمنية بين وصول الحزمة ومغادرتها؛ والحزمة مجرد مجموعة من البيانات. وتساعد حركة التغطية أيضًا: رسائل لا تحمل كلامًا فعليًا للمستخدم، لكنها مصممة لتبدو حقيقية للمراقب. يصبح استنتاج متى كتبت آنا فعلًا أصعب من مجرد حركة البيانات. يعمل تصميم Loopix بهذه الفكرة، وتستفيد Nym من أفكاره. لكن الحماية تستهلك بيانات إضافية وعملًا من الأجهزة ووقت انتظار. وتؤثر إعدادات هذه التكاليف في الخصوصية المحققة. [3] [5]

في النموذج التقليدي، قد تكفي عقدة mix واحدة على الأقل تلتزم بالبروتوكول ولا تكشف للمهاجم الربط بين مدخلاتها ومخرجاتها لإخفاء هذه المطابقة الداخلية. والأمانة هنا تعني هذا السلوك تحديدًا، لا حكمًا عامًا على المشغل. ولا تعني أن خادمًا أمينًا واحدًا يحل كل الحالات. فإذا تعرف المهاجم على جميع رسائل المجموعة الأخرى، فقد يحدد رسالة آنا بالاستبعاد. كما يهم رصد طرفي الشبكة، ونشاط المستخدمين عبر الزمن، والقدرة على تغيير الحركة. لذلك تحدد الأبحاث نموذج التهديد: ما الذي يستطيع الخصم رؤيته والتحكم فيه بالضبط؟ [1] [3]

يمكن للمهاجم إعادة إرسال حزمة التقطها، ثم البحث عن تكرار مقابل في الطرف الآخر. وقد يحاول وضع علامة بتغيير البيانات، أو يؤخر الحركة عمدًا، أو يحذف بعض الرسائل. لذلك تشمل الدفاعات التحقق من سلامة البيانات وتسجيل التكرارات. يوفر تنسيق Sphinx، الذي تستخدمه Loopix وNym، المعلومات اللازمة لهذه الفحوص للعقد. وفي بعض التصميمات تساعد رسائل التغطية أيضًا في اكتشاف فقد الحركة. لكنها دفاعات محددة بافتراضات محددة، وليست وعدًا باستحالة تعطيل الشبكة. فالرسالة المشفرة قد لا تصل أصلًا. [3] [5]

تستطيع آنا إعطاء بيتر تعليمات مشفرة لمسار العودة. يستخدمها للرد دون أن يعرف عنوان شبكتها المعتاد. وقد وصف تشوم عناوين عودة مشابهة. تستخدم بعض الأنظمة الحديثة كتل رد لمرة واحدة تسمى SURB (Single-Use Reply Block)؛ والاستخدام مرة واحدة جزء من الحماية لا عائق اعتباطي. ويمكن لاسم مستعار أن يبين أن عدة رسائل لكاتب واحد دون إظهار اسمه الحقيقي، لكنه يربط تلك الرسائل أيضًا. وإذا عرّفت آنا نفسها في النص أو أرسلت بيانات شخصية، فلن يلغي إخفاء المسار هذا الإفصاح. [1] [10]

تمرر Tor الاتصال عبر عدة وسطاء أيضًا، لكنها تعطي الأولوية للتأخير المنخفض حتى تصلح لتصفح الويب المعتاد. وقد يقارن مراقب في موضع مناسب عند الطرفين توقيت الحركة وحجمها. ولدى Tor آليات padding أيضًا، لذا ليس دقيقًا القول إنها لا تستخدم أي حركة تغطية. تقبل شبكات المزج التقليدية انتظارًا أطول، مثلًا عند تسليم الرسائل. وتدرس Loopix حلًا وسطًا بتأخير في حدود ثوان. وتميز Nym بين وضع mixnet ووضع dVPN الأسرع. في وضع dVPN، تمر البيانات عبر أنفاق مشفرة بدل عملية مزج الرسائل الموضحة هنا. لذلك لا يكفي الاسم أو طول المسار؛ بل تهم طريقة النقل الفعلية والتهديد الذي نريد الحماية منه. [4] [9] [8] [3] [5] [11]

محفظة البيتكوين تطبيق يساعد على استلام المدفوعات وإرسالها. إذا كان تطبيق المحفظة أو أي تطبيق آخر يدعم مسارًا مناسبًا، فقد تجعل شبكة المزج ربط حركته باتصال إنترنت محدد أصعب. لكن ذلك ليس ميزة تلقائية في بروتوكول Bitcoin ولا هو خدمة خلط عملات. تبقى الروابط العامة بين معاملات Bitcoin في سلسلة الكتل، وهي السجل المشترك للمعاملات؛ وإخفاء الطريق لا يمحوها. كما يشفر BIP 324 الاتصالات بين العقد، بدل مزج الرسائل لإخفاء مرسلها. ينبغي إذن التمييز بين خصوصية النقل وخصوصية سجل المدفوعات. تساعد Mix Network على فهم الطبقة الأولى، لكنها لا تحول كل دفعة إلى نقد مجهول الهوية. [6] [7]