شبكة ميكس

قدّم روادٌ مثل إيان غولدبرغ وآدم باك إسهاماتٍ جليلة في تقنية الشبكات المختلطة. وشهد هذا العصر تطوراتٍ ملحوظة في أساليب التشفير، التي كانت أساسيةً للتطبيق العملي لهذه الشبكات. وبدأت الشبكات المختلطة تجذب الأنظار في الأوساط الأكاديمية، مما أدى إلى مزيدٍ من الأبحاث لتحسين كفاءتها وأمانها. ومع ذلك، ظلّ تطبيقها العملي واسع النطاق محدودًا، وظلّت الشبكات المختلطة في مراحلها التجريبية إلى حدٍ كبير. وقد طُوّر برنامجٌ يُدعى " سايفر بانك ريميلر" لتسهيل إرسال رسائل بريد إلكتروني مجهولة الهوية باستخدام الشبكات المختلطة. ^{[ 8 ]}

في العقد الأول من الألفية الثانية، سلطت المخاوف المتزايدة بشأن خصوصية الإنترنت الضوء على أهمية الشبكات المختلطة. تميزت هذه الحقبة بظهور تور (موجّه البصل) في منتصف العقد تقريبًا. ورغم أن تور لم يكن تطبيقًا مباشرًا للشبكات المختلطة، إلا أنه استند بشكل كبير إلى أفكار ديفيد تشاوم الأساسية، لا سيما في استخدام شكل من أشكال توجيه البصل المشابه لمفاهيم الشبكات المختلطة. وشهدت هذه الفترة أيضًا ظهور أنظمة أخرى تبنت مبادئ الشبكات المختلطة بدرجات متفاوتة، وكان الهدف منها جميعًا تعزيز الاتصالات الآمنة والمجهولة.

مع بداية العقد الثاني من الألفية، شهدنا تحولاً ملحوظاً نحو جعل شبكات المزج أكثر قابلية للتوسع وكفاءة. وقد حفز هذا التغيير إدخال بروتوكولات وخوارزميات جديدة، ساهمت في التغلب على بعض التحديات الرئيسية التي أعاقت سابقاً انتشار شبكات المزج على نطاق واسع. وتزايدت أهمية شبكات المزج بشكل كبير، لا سيما بعد عام 2013، عقب كشف إدوارد سنودن عن برامج مراقبة عالمية واسعة النطاق . وشهدت هذه الفترة تركيزاً متجدداً على شبكات المزج باعتبارها أدوات حيوية لحماية الخصوصية .

دمجت بنية Loopix ^{[ 9 ]} ، التي طُرحت عام 2017، العديد من تقنيات تعزيز الخصوصية الموجودة مسبقًا لتشكيل تصميم شبكة مختلطة حديثة. وتضمنت العناصر الرئيسية لـ Loopix ما يلي:

• تنسيق حزمة "Sphinx" ^{[ 10 ]} ، مما يضمن عدم إمكانية الربط والتشفير متعدد الطبقات
• نقل الحزم القائم على عملية بواسون ، مما يُدخل العشوائية لمنع هجمات ربط حركة المرور.
• تأخيرات الاختلاط المتسارعة ، مما يجعل تحليل حركة المرور أكثر صعوبة.
• حركة المرور التغطية القائمة على الحلقات، حيث يتم حقن الحزم الوهمية (حزم العناصر النائبة التي لا تحتوي على بيانات فعلية) بشكل مستمر لإخفاء تدفقات البيانات الحقيقية.
• بنية عقدة مختلطة طبقية ، تعمل على تحسين إخفاء الهوية مع الحفاظ على كفاءة الشبكة.

أدى ظهور تقنيات البلوك تشين إلى فتح آفاق جديدة للأنظمة اللامركزية القابلة للتوسع ، مما مهد الطريق لشبكات المزج الموزعة واسعة النطاق.

خلال العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، ساهمت برامج بحث وتطوير عامة وخاصة متنوعة في إنشاء أولى الشبكات المختلطة واسعة النطاق. وبحلول عام 2025، يجري تطوير العديد من المشاريع ^{[ 6 ]} - بما في ذلك 0KN وHOPR وKatzenpost و Nym (كطبقة فوقية لشبكة NymVPN اللاحقة ) و xx.network (بقيادة ديفيد تشاوم ) - بهدف تعزيز التواصل الذي يحافظ على الخصوصية على نطاق أوسع.

${\displaystyle K_{m}(R1,K_{b}(R0,message),B)\longrightarrow (K_{b}(R0,message),B)}$

ولتحقيق ذلك، يأخذ المرسل المفتاح العام للمزيج (${\displaystyle K_{m}}$ويستخدمها لتشفير مغلف يحتوي على سلسلة عشوائية (${\displaystyle R1}$(أ) مغلف متداخل موجه إلى المستلم، وعنوان البريد الإلكتروني للمستلم ( ب ). يتم تشفير هذا المغلف المتداخل باستخدام المفتاح العام للمستلم (${\displaystyle K_{b}}$ويحتوي على سلسلة عشوائية أخرى ( R0 )، بالإضافة إلى نص الرسالة المرسلة. عند استلام المغلف المشفر من المستوى الأعلى، يستخدم النظام مفتاحه السري لفتحه. في الداخل، يجد عنوان المستلم ( B ) ورسالة مشفرة موجهة إلى B. السلسلة العشوائية (${\displaystyle R1}$يتم التخلص منه.

${\displaystyle R0}$يُعدّ تضمين سلسلة عشوائية في الرسالة ضروريًا لمنع المهاجم من تخمين الرسائل. يُفترض أن المهاجم قادر على مراقبة جميع الرسائل الواردة والصادرة. في حال عدم استخدام السلسلة العشوائية (أي فقط${\displaystyle (K_{b}(message))}$يتم إرسالها إلى${\displaystyle B}$) ويكون لدى المهاجم تخمين جيد بأن الرسالة${\displaystyle message'}$تم إرساله، ويمكنه اختبار ما إذا كان${\displaystyle K_{b}(message')=K_{b}(message)}$يحتفظ بها، ومن خلالها يمكنه معرفة محتوى الرسالة. عن طريق إلحاق السلسلة العشوائية${\displaystyle R0}$يُمنع المهاجم من تنفيذ هذا النوع من الهجمات؛ حتى لو تمكن من تخمين الرسالة الصحيحة (أي${\displaystyle message'=message}$(إذا كان ذلك صحيحًا) فلن يتعلم ما إذا كان على صواب لأنه لا يعرف القيمة السرية${\displaystyle R0}$عملياً،${\displaystyle R0}$يعمل كالملح .

ما نحتاجه الآن هو طريقة تمكن "ب" من الرد على "أ" مع الحفاظ على سرية هوية "أ" عن "ب" .

يتمثل الحل في أن يقوم A بتكوين عنوان إرجاع غير قابل للتتبع${\displaystyle K_{m}(S1,A),K_{x}}$أين${\displaystyle A}$هو عنوانه الحقيقي الخاص،${\displaystyle K_{x}}$هو مفتاح عام يُستخدم لمرة واحدة فقط، ويتم اختياره لهذه المناسبة فقط، و${\displaystyle S1}$هو مفتاح سيعمل أيضاً كسلسلة عشوائية لأغراض التشفير. بعد ذلك، يمكن لـ A إرسال عنوان الإرجاع هذا إلى B كجزء من رسالة يتم إرسالها باستخدام التقنيات المذكورة سابقاً.

يرسل ب${\displaystyle K_{m}(S1,A),K_{x}(S0,response)}$إلى M، وM يحولها إلى${\displaystyle A,S1(K_{x}(S0,response))}$.

يستخدم هذا المزيج سلسلة من البتات${\displaystyle S1}$والتي يجدها بعد فك تشفير جزء العنوان${\displaystyle K_{m}(S1,A)}$كمفتاح لإعادة تشفير جزء الرسالة${\displaystyle K_{x}(S0,response)}$لا يستطيع فك تشفير الناتج إلا المرسل إليه، أ ، لأن أ هو من أنشأ كلا الرسالتين${\displaystyle S1}$و${\displaystyle K_{x}}$المفتاح الإضافي${\displaystyle K_{x}}$يضمن ذلك عدم قدرة النظام على رؤية محتوى رسالة الرد.

يوضح ما يلي كيف يستخدم B عنوان الإرجاع غير القابل للتتبع هذا لتكوين رد على A ، عبر نوع جديد من المزج:

الرسالة من أ${\displaystyle \longrightarrow }$ب :

${\displaystyle K_{m}(R1,K_{b}(R0,message,K_{m}(S1,A),K_{x}),B)\longrightarrow K_{b}(R0,message,K_{m}(S1,A),K_{x})}$

رسالة رد من ب${\displaystyle \longrightarrow }$أ :

${\displaystyle K_{m}(S1,A),K_{x}(S0,response)\longrightarrow A,S1(K_{x}(S0,response))}$

أين:${\displaystyle K_{b}}$= المفتاح العام لـ B ،${\displaystyle K_{m}}$= المفتاح العام للمزيج.

يمكن للمستلم الرد على المصدر دون المساس بهوية المصدر. وتتمتع رسالة الرد بجميع مزايا الأداء والأمان التي تتمتع بها الرسائل المجهولة المصدر إلى المستلم.

يمكن للمهاجم شنّ هجوم سلبي من خلال مراقبة حركة البيانات من وإلى الشبكة المختلطة. ويمكن لتحليل أوقات وصول الحزم المتعددة أن يكشف معلومات مهمة. ونظرًا لعدم إجراء أي تغييرات فعّالة على الحزم، يصعب اكتشاف هذا النوع من الهجمات. في أسوأ سيناريو للهجوم، نفترض أن جميع روابط الشبكة قابلة للمراقبة من قِبل المهاجم، وأن استراتيجيات الشبكة المختلطة وبنيتها التحتية معروفة. ^{[ 2 ]}

لا يمكن ربط حزمة بيانات على وصلة الإدخال بحزمة بيانات على وصلة الإخراج بناءً على معلومات وقت استلام الحزمة أو حجمها أو محتواها. ويتم منع الربط بين الحزم بناءً على توقيتها عن طريق تجميعها في دفعات، بينما يتم منع الربط بناءً على محتواها وحجمها عن طريق التشفير وإضافة حشو للحزم، على التوالي.

تُستخدم الفواصل الزمنية بين الحزم، أي الفرق الزمني بين رصد حزمتين متتاليتين على رابطين شبكيين، للاستدلال على ما إذا كان الرابطان يحملان نفس الاتصال. لا يؤثر التشفير والحشو على الفاصل الزمني بين الحزم المرتبط بنفس تدفق بروتوكول الإنترنت. تختلف تسلسلات الفواصل الزمنية بين الحزم اختلافًا كبيرًا بين الاتصالات، فعلى سبيل المثال، في تصفح الإنترنت، يحدث تدفق البيانات على شكل دفعات. يمكن استخدام هذه الحقيقة لتحديد نوع الاتصال.

يمكن تنفيذ الهجمات النشطة عن طريق حقن دفعات من الحزم التي تحتوي على بصمات توقيت فريدة في التدفق المستهدف. يستطيع المهاجم تنفيذ هجمات لمحاولة تحديد هذه الحزم على روابط شبكية أخرى. قد لا يتمكن المهاجم من إنشاء حزم جديدة نظرًا لحاجته إلى معرفة المفاتيح المتناظرة في جميع عمليات المزج اللاحقة. كما لا يمكن استخدام حزم إعادة الإرسال، إذ يمكن منعها بسهولة من خلال التجزئة والتخزين المؤقت. ^{[ 2 ]}

يمكن إحداث فجوات كبيرة في تدفق البيانات المستهدف إذا قام المهاجم بإسقاط كميات كبيرة من الحزم المتتالية. على سبيل المثال، عند إجراء محاكاة لإرسال 3000 حزمة إلى تدفق البيانات المستهدف، يقوم المهاجم بإسقاط الحزم بعد ثانية واحدة من بدء التدفق. مع ازدياد عدد الحزم المتتالية التي يتم إسقاطها، تتضاءل فعالية الإسقاط الدفاعي بشكل ملحوظ. يؤدي إحداث فجوة كبيرة في البيانات غالبًا إلى ظهور سمة مميزة.

يستطيع المهاجم إحداث تدفقات بيانات مصطنعة. ويتم ذلك عن طريق إنشاء توقيع من حزم بيانات مصطنعة، وذلك بتعليقها على رابط لفترة زمنية محددة ثم إطلاقها دفعة واحدة. لا يوفر إسقاط الحزم أي حماية في هذه الحالة، ويمكن للمهاجم تحديد مسار البيانات المستهدف. توجد تدابير دفاعية أخرى يمكن اتخاذها لمنع هذا الهجوم، ومنها خوارزميات الحشو التكيفي. فكلما زاد تأخير الحزم، سهُل تحديد سلوك المهاجم، وبالتالي تحسّنت فعالية الدفاع.

قد يبحث المهاجم أيضًا في هجمات التوقيت الأخرى غير استهداف الفواصل الزمنية بين الحزم. إذ يمكنه تعديل تدفقات الحزم بشكل فعّال لمراقبة التغييرات التي تطرأ على سلوك الشبكة. ويمكن إتلاف الحزم لإجبار إعادة إرسال حزم بروتوكول التحكم بالنقل (TCP)، وهو سلوك يسهل رصده للكشف عن معلومات. ^{[ 12 ]}

بافتراض أن المهاجم يستطيع رؤية الرسائل المرسلة والمستلمة في قنوات المزج، لكنه لا يستطيع رؤية آلية عمل هذه القنوات أو محتوى الرسائل المرسلة منها، فإذا ترك المهاجم رسائله الخاصة في قنوات المزج، واستلم إحداها، فإنه يستطيع تحديد الرسالة المرسلة والمرسل. يجب على المهاجم وضع رسائله (المكون النشط) في قناة المزج في أي وقت، ويجب أن تبقى هذه الرسائل موجودة قبل إرسال أي رسالة أخرى. لا يُعد هذا عادةً هجومًا نشطًا، ولكن يمكن للمهاجمين الأضعف استخدام هذا الهجوم مع هجمات أخرى لإحداث مشاكل أكبر.

تستمد شبكات المزج أمانها من خلال تغيير ترتيب الرسائل الواردة لتجنب إنشاء علاقة جوهرية بين الرسائل الواردة والصادرة. تُحدث عمليات المزج تداخلاً بين الرسائل، مما يحد من معدل تسرب المعلومات إلى مراقب عملية المزج. في عملية مزج بحجم n، يواجه المهاجم الذي يراقب المدخلات والمخرجات من عملية المزج حالة من عدم اليقين من الدرجة n في تحديد التطابق. يمكن لهجوم "النائم" استغلال هذا. في شبكة متعددة الطبقات من عمليات المزج العتبية، مع وجود "نائم" في كل عملية مزج، توجد طبقة تستقبل المدخلات من المرسلين، وطبقة ثانية من عمليات المزج تُعيد توجيه الرسائل إلى الوجهة النهائية. من خلال ذلك، يستطيع المهاجم معرفة أن الرسالة المستلمة لا يمكن أن تكون قد أتت من المرسل في أي عملية مزج من الطبقة الأولى لم يتم تفعيلها. هناك احتمال أكبر لمطابقة الرسائل المرسلة والمستلمة مع عمليات المزج هذه، وبالتالي فإن الاتصال ليس مجهول الهوية تمامًا. قد تكون عمليات المزج أيضًا مؤقتة بحتة: فهي تُغير ترتيب الرسائل المستلمة في فترة زمنية محددة بشكل عشوائي، وتُلحق بعضها بعمليات المزج، وتُعيد توجيهها في نهاية الفترة بغض النظر عما تم استلامه خلالها. ستتداخل الرسائل المتاحة للمزج، ولكن إذا لم تكن هناك رسائل متاحة، فلن يكون هناك تداخل مع الرسائل المستلمة. ^{[ 13 ]}