Mix Network

Анна пише Петру приватне повідомлення. Дорогою ніхто не може його прочитати, але іноді видно, що від Анни пішли дані й невдовзі Петро їх отримав. Повторення такої послідовності дозволяє припустити, хто з ким спілкується. Це метадані: відомості навколо повідомлення, зокрема час, розмір і мережеві адреси. Стаття Чаума 1981 року розглядала саме цю проблему електронної пошти. Йшлося не тільки про те, як замкнути лист, а й про те, як ускладнити відстеження його шляху. Тому мікс-мережа дає інший захист, ніж саме шифрування змісту. [1] [2] [9]

Уявімо спрощений маршрут через A, B і C. Спочатку Анна шифрує саме повідомлення для Петра. Потім загортає його для останнього вузла C, цей пакет — для B, а наостанок — для A. Вона використовує їхні відкриті ключі: дані, з якими можна створити зашифровану оболонку, що відкривається відповідним приватним ключем. Ключі — це числові дані, з якими працює програма шифрування. Відкритим ключем можна ділитися, а приватний відповідний вузол зберігає в таємниці. Знявши свій шар, A дізнається, куди передати внутрішній пакет, але не отримує решту ключів. Шари готують у зворотному порядку, щоб вузли знімали їх за ходом маршруту. Це навчальна модель, а не твердження, що кожна така мережа має рівно три вузли. [1] [4] [5]

Якби до A надійшло лише повідомлення Анни й одразу вийшло одне повідомлення, спостерігачу було б легко. Тому класичний пакетний мікс збирає групу повідомлень перед пересиланням. Обробка групи збільшує кількість можливих відповідностей між входом і виходом. Важливо також вирівняти розміри пакетів: незвично велике відправлення інакше легко впізнати. Доповнення до визначеної довжини називають padding. Кількість людей чи повідомлень сама по собі не вимірює приватність точно; важливо й те, що спостерігач уже про них знає. [1] [3]

Мікс знімає свій шар шифрування, перевіряє повідомлення за правилами протоколу й не передає далі просту копію тієї самої зовнішньої оболонки. Тому недостатньо шукати однакові дані на вході й виході. Змінюється і порядок: у початковій пропозиції Чаума вихід групи сортували за даними, інші конструкції застосовують інші способи. Головне, щоб вихідний порядок не видавав порядок надходження. Мікс також перевіряє повторно подані повідомлення. Наступний вузол працює подібно, а останній передає відправлення в бік одержувача. Зміст для Петра залишається захищеним окремим шифруванням для одержувача. [1] [3] [5]

Повідомлення можна передавати й безперервно, з різними випадковими затримками, замість очікування спільної групи. Це послаблює часовий зв’язок між надходженням і відправленням пакета — порції даних. Додатково допомагає маскувальний трафік: повідомлення без користувацького змісту, що для спостерігача мають нагадувати справжні. За самим рухом даних тоді важче визначити, коли Анна справді щось написала. Так працює, наприклад, Loopix, і його ідеї використовує Nym. Захист коштує додаткових даних, роботи пристроїв та очікування. Налаштування цих витрат впливають і на отриману приватність. [3] [5]

У класичній моделі хоча б один мікс, який дотримується протоколу й не розкриває відповідності своїх входів і виходів, може приховати це внутрішнє зіставлення. Чесний тут означає саме таку поведінку, а не загальну оцінку оператора. Це не обіцянка, що один чесний сервер вирішить будь-яку ситуацію. Якщо нападник упізнав усі інші повідомлення групи, Аннине може залишитися за методом виключення. Важливі також спостереження на краях мережі, тривала активність користувачів і можливість змінювати трафік. Тому дослідники визначають модель загроз: що саме противник бачить і контролює. [1] [3]

Нападник може повторно надіслати перехоплений пакет і шукати відповідні повторення на іншому кінці. Може спробувати позначити повідомлення зміною даних, затримати трафік або відкинути частину повідомлень. Тому захист включає перевірку цілісності й облік повторень. Формат Sphinx, який використовують Loopix і Nym, дає вузлам дані для цих перевірок. У деяких конструкціях маскувальні повідомлення також допомагають виявляти втрати. Це конкретні засоби з конкретними припущеннями, а не обіцянка невразливості. Зашифроване повідомлення теж може не дійти. [3] [5]

Анна може передати Петру зашифровані вказівки для зворотного шляху. Він відповість за ними, не знаючи її звичайної мережевої адреси. Подібні зворотні адреси описував уже Чаум. Деякі сучасні системи використовують одноразові блоки відповіді, SURB (Single-Use Reply Block); одноразовість є частиною захисту. Псевдонім допомагає впізнати повідомлення одного автора без його справжнього імені, але водночас пов’язує ці повідомлення. Якщо Анна представиться в тексті чи надішле особисті дані, прихований маршрут не скасує такого розкриття. [1] [10]

Tor теж веде зв’язок через кількох посередників, але робить акцент на малій затримці для звичайного перегляду вебу. Спостерігач, розташований на обох кінцях, може порівнювати час і обсяг трафіку. Tor також має механізми padding, тож твердження, що він узагалі не використовує маскувального трафіку, було б неточним. Класичні мікс-мережі погоджуються на довше очікування, наприклад під час доставки повідомлень. Loopix досліджує компроміс із затримками порядку секунд. Nym відрізняє режим mixnet від швидшого dVPN. У режимі dVPN дані проходять зашифрованими тунелями замість описаного тут перемішування повідомлень. Назви й довжини маршруту недостатньо: важливі фактична передача та загроза, від якої потрібен захист. [4] [9] [8] [3] [5] [11]

Біткоїн-гаманець — це застосунок, що допомагає отримувати й надсилати платежі. Якщо гаманець або інша програма підтримує належний мережевий маршрут, мікс-мережа може ускладнити прив’язку її трафіку до конкретного інтернет-з’єднання. Це не автоматична функція протоколу Bitcoin і не те саме, що сервіс змішування монет. Публічні зв’язки між транзакціями залишаються в блокчейні, спільному реєстрі транзакцій: прихований шлях їх не стирає. BIP 324 також шифрує з’єднання між вузлами, а не змішує повідомлення для приховування відправника. Отже, приватність передачі й приватність історії платежів — різні речі. Mix Network пояснює перший рівень, але не перетворює кожен платіж на анонімну готівку. [6] [7]