HOPR Basics: Mixnets

Das ist die vierte Folge in unserer Serie über die Grundlagen von HOPR. Links zu früheren Folgen findest du am Ende des Artikels.

In der letzten Folge haben wir einen ersten Blick auf das Problem geworfen, Daten privat online zu versenden, ohne dass jemand in der Lage ist, sie zu verfolgen oder herauszufinden, wer der Absender oder Empfänger ist. Die Lösung, Daten in Pakete aufzuteilen und jedes auf einer anderen Route durch ein Netzwerk von Nodes zu senden, ist ein guter erster Schritt, aber es ist immer noch möglich, dass ein mächtiger Angreifer genug Informationen sammelt, um das Netzwerk zu de-anonymisieren.

In dieser Folge werden wir uns anschauen, wie ein Mixnet wie HOPR die Komplexität auf ein Niveau heben kann, auf dem echter Metadatenschutz Realität zu werden beginnt und auch mächtige Angreifer keine Chance mehr haben.

Die Macht eines Netzwerkes

Im einfachen Beispielen vom letzten Mal haben wir uns zum einen die Weiterleitung einer einzigen Nachricht durch das Netz angeschaut und zum anderen die Aufteilung der Daten in nummerierte Pakete, um sie zusätzlich zu schützen. Diese Beispiele haben zwar das Konzept des Routings leichter verständlich gemacht, sie haben aber noch eine wichtige Tatsache verborgen, die wir jedoch zu unserem Vorteil nutzen können: Nämlich dass in der Realität viele Leute unser Netzwerk gleichzeitig benutzen werden.

Das bedeutet, dass Tausende oder Hunderttausende von Datenpaketen gleichzeitig durch das Netz fliessen. Und diesen Datenfluss können wir nutzen, um potenzielle Angreifer zusätzlich zu verwirren.

Mixing It Up

Anstatt jedes Paket einzeln weiterzuleiten, kann jede Node mehrere Pakete aus verschiedenen Nachrichten zusammenfassen und sie als Bündel an eine andere Node senden. Diese Node trennt dann die Pakete und kombiniert sie ein weiteres Mal mit neuen Paketen, die er von einer anderen Node erhalten hat. Dieser ganze Prozess wird als Mixing (auf Deutsch “Mischen”) bezeichnet.

Untenstehend eine Visualisierung, wie dieser Prozess aus der Perspektive einer einzelnen Node aussieht:

Eine HOPR-Node empfängt Pakete, die von drei verschiedenen Datenübertragungen stammen, dargestellt in Gelb, Hellblau und Dunkelblau. Wenn die Pakete in Gruppen in die Node eintreffen, werden sie dort aufgeteilt und neu gemischt. Diese neuen Kombinationen von Paketen werden dann an weitere verschiedene Nodes auf den Weg zu ihrem Ziel gesendet.

Achtung: In der obigen Animation sind die einzelnen Pakete getrennt dargestellt, damit du den Mischprozess leichter verstehen bzw. verfolgen kannst. In Wirklichkeit werden die einzelnen Pakete (Gelb, Hellblau, Dunkelblau) bei jeder Datenübertragung in einen Topf geworfen und nicht getrennt voneinander übertragen. Ein Aussenstehender kann somit den Weg der einzelnen Pakete durch die Node nicht verfolgen. Einige Pakete werden sogar extra bis zu späteren Mischzyklen zurückgehalten, damit keine Verbindung zwischen den Zeitpunkten gemacht werden kann, zu welchen die Pakete eine Node erreichen und wieder verlassen.

Um die Metadaten noch weiter zu verschleiern, verwendet das HOPR-Mixnet ein Paketformat, das sich Sphinx nennt. Sphinx stellt sicher, dass alle Paketbündel leicht zu mischen und nicht zu unterscheiden sind. Sprich jedes Paket, welches durch das HOPR-Mixnet läuft, hat die gleiche Anzahl an Bytes, um zu verhindern, dass man Daten anhand ihrer Grösse verfolgen kann.

Durch die Entwicklung eines ausreichend grossen Mixnets mit ausreichendem Datenverkehr ist echter Datenschutz für die Online-Kommunikation in greifbarer Nähe.

Problem gelöst?

Ist das also die Lösung? Leider noch nicht. Tatsächlich ist ein Mixnet nur die Hälfte des Problems, die einfachere Hälfte. Ein Mixnet ist ein äusserst kompliziertes System. Das ganze Verschlüsseln, Mischen, neu kombinieren und Weiterleiten ist sehr rechenintensiv im Vergleich zum direkten und offenen Senden von Daten. Ein Mixnet ist in der Theorie schön, aber in der Realität muss jemand für all diesen zusätzlichen Aufwand bezahlen.

Dies wird als Incentivierung bezeichnet. Es ist jedoch nicht so simpel gelöst, dass einfach Geld an eine Node gesendet werden kann, sonst wäre der bisher geleistete Datenschutz zunichte. Ausserdem muss zusätzlich sichergestellt werden, dass skrupellose Betreiber einer Node die Anonymität, die das Mixnet bietet, nicht missbraucht, um bezahlt zu werden, ohne tatsächlich Daten weitergeleitet zu haben.

In der nächsten Folge werden wir uns genauer ansehen, warum dieses Problem so schwierig zu lösen ist.

Dies ist eine Übersetzung vom Originalartikel “HOPR Basics: Mixnets”. Mehr zu HOPR und dem HOPR Protokoll findet ihr auf hoprnet.org oder auf medium.com/hoprnet

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HOPR Basics Folgen:

Folge 1: Was ist HOPR?
Folge 2: Was sind Metadaten?
Folge 3: Anonymes Weiterleiten
Folge 4: Mixnets
Folge 5: Incentivierungen
Folge 6: Proof of Relay
Folge 7: Tickets und Zahlungskanäle
Folge 8: Probabilistische Zahlungen
Folge 9: Cover Traffic
Folge 10: Cover Traffic Nodes
Folge 11: Cover Traffic ausgleichen