Mix Network

Ana envia uma mensagem privada a Pedro. Ninguém a consegue ler durante o percurso, mas um observador pode ver dados a sair de Ana e a chegar pouco depois a Pedro. A repetição deste padrão permite inferir quem comunica com quem. São metadados: informações à volta da mensagem, como a hora, o tamanho ou os endereços de rede. O artigo de Chaum de 1981 tratava precisamente deste problema do correio eletrónico. Não perguntava apenas como fechar uma carta, mas também como tornar o seu percurso mais difícil de seguir. Uma rede de mistura oferece, portanto, uma proteção diferente da simples encriptação do conteúdo. [1] [2] [9]

Imaginemos uma rota simplificada por A, B e C. Ana começa por encriptar a mensagem para Pedro. Depois envolve-a para o último nó C, envolve esse pacote para B e, por fim, para A. Usa as chaves públicas desses nós: dados que permitem criar uma camada cifrada aberta pela chave privada correspondente. As chaves são dados numéricos usados pelo programa de encriptação. A chave pública pode ser partilhada; cada nó mantém a sua chave privada em segredo. Ao retirar a sua camada, A descobre para onde enviar o pacote interior, sem receber as restantes chaves. As camadas são preparadas de trás para a frente, para serem retiradas pela ordem do percurso. É um exemplo explicativo, não uma afirmação de que todas estas redes têm exatamente três nós. [1] [4] [5]

Se apenas a mensagem de Ana entrasse em A e saísse imediatamente uma única mensagem, o observador teria a tarefa facilitada. Um mix clássico por lotes reúne por isso várias mensagens antes de as encaminhar. Tratá-las em grupo aumenta as correspondências possíveis entre entradas e saídas. Também importa uniformizar os tamanhos dos pacotes: uma encomenda excecionalmente grande continuaria a ser reconhecível. Acrescentar dados até uma extensão definida chama-se padding. O número de pessoas ou mensagens não mede sozinho a privacidade; também conta aquilo que o observador já sabe sobre elas. [1] [3]

O mix retira a sua camada de encriptação, verifica a mensagem segundo o protocolo e não encaminha uma simples cópia do mesmo pacote exterior. Já não basta procurar dados idênticos à entrada e à saída. A ordem também muda: a proposta original de Chaum ordenava as saídas do lote pelos seus dados; outras construções usam outros métodos. O essencial é que a ordem de saída não revele a de chegada. O mix verifica ainda mensagens apresentadas novamente. O nó seguinte prossegue de modo semelhante e o último encaminha a entrega para o destinatário. O conteúdo destinado a Pedro continua protegido pela encriptação separada destinada ao recetor. [1] [3] [5]

As mensagens também podem seguir continuamente, com esperas aleatórias diferentes, em vez de aguardarem um lote comum. Isso enfraquece a relação temporal entre a chegada e a saída de um pacote, ou seja, um conjunto de dados. O tráfego de cobertura acrescenta mensagens sem comunicação de utilizadores, destinadas a parecer reais aos olhos do observador. Só pelo movimento dos dados, torna-se mais difícil perceber quando Ana escreveu de facto. É assim que funciona o projeto Loopix, cujas ideias são aproveitadas pela Nym. A proteção custa dados adicionais, trabalho dos dispositivos e espera. As configurações desses custos também influenciam a privacidade alcançada. [3] [5]

No modelo clássico, pelo menos um mix que cumpra o protocolo e não revele as relações entre as suas entradas e saídas pode manter oculta essa correspondência interna. Honesto designa aqui esse comportamento específico, não uma avaliação geral do operador. Não significa que um servidor honesto resolva todas as situações. Se o atacante reconhecer todas as outras mensagens do grupo, pode identificar a de Ana por exclusão. Também importam a observação nas extremidades, a atividade prolongada dos utilizadores e a capacidade de alterar o tráfego. Por isso os estudos definem um modelo de ameaça: exatamente aquilo que o adversário pode observar e controlar. [1] [3]

Um atacante pode reenviar um pacote capturado e procurar repetições correspondentes na outra extremidade. Pode tentar marcar uma mensagem alterando dados, atrasar o tráfego ou descartar mensagens. As defesas incluem, por isso, verificações de integridade e registos de repetições. O formato Sphinx, utilizado por Loopix e Nym, dá aos nós informação para estas verificações. Nalgumas construções, as mensagens de cobertura também ajudam a detetar perdas de tráfego. São defesas concretas, com pressupostos concretos, não uma promessa de invulnerabilidade. Uma mensagem encriptada também pode nunca chegar. [3] [5]

Ana pode dar a Pedro instruções cifradas para o regresso. Ele usa-as para responder sem precisar de conhecer o endereço de rede habitual dela. Chaum já descrevia endereços de retorno deste género. Alguns sistemas modernos usam blocos de resposta de utilização única, chamados SURB (Single-Use Reply Block); a utilização única faz parte da proteção. Um pseudónimo permite reconhecer várias mensagens do mesmo autor sem revelar o seu nome civil, mas também as liga entre si. Se Ana se apresentar no texto ou enviar dados pessoais, esconder a rota não desfaz essa divulgação. [1] [10]

Tor também encaminha comunicações por vários intermediários, mas dá prioridade a uma resposta rápida para permitir navegar na web. Um observador bem colocado nas duas extremidades pode comparar os tempos e volumes do tráfego. Tor também possui mecanismos de padding, pelo que seria errado afirmar que não utiliza qualquer tráfego de cobertura. Os mixnets clássicos aceitam mais demora, por exemplo na entrega de mensagens. Loopix estuda um compromisso com atrasos da ordem de segundos. A Nym distingue o modo mixnet do seu modo dVPN, mais rápido. No modo dVPN, os dados passam por túneis encriptados em vez do processo de mistura de mensagens aqui descrito. O nome e a extensão da rota não bastam: contam o transporte real e a ameaça contra a qual queremos proteção. [4] [9] [8] [3] [5] [11]

Uma carteira Bitcoin é uma aplicação que permite receber e enviar pagamentos. Se uma carteira ou outra aplicação suportar um percurso adequado, um mixnet pode dificultar a associação do seu tráfego a uma ligação específica à Internet. Não é uma função automática do protocolo Bitcoin nem equivale a um serviço de mistura de moedas. As relações públicas entre transações continuam na blockchain, o registo partilhado das transações; esconder o percurso não as apaga. BIP 324 também encripta ligações entre nós, em vez de misturar mensagens para ocultar o remetente. É preciso distinguir privacidade no transporte de privacidade do histórico de pagamentos. Mix Network ajuda a compreender a primeira camada; não transforma cada pagamento em dinheiro anónimo. [6] [7]