ミックスネットとVPN：次世代型プライバシー技術

ミックスネットとは何か、そしてそれが、次世代型VPNをどのように動かしているのか？

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## VPNの現状と課題

VPN（Virtual Private Networks）は、世界中で広く利用されており、市場の3分の1に達する人々が利用しています。しかし、多くのユーザーは、現在の大多数のVPNがオンラインでのプライバシーを十分に守れていないことを知らないかもしれません。実際、従来のVPNは、中央集権化されたシングルホッププロキシサービスに依存しており、ユーザートラフィックのメタデータが保存されるリスクが存在します。これにより、データ漏洩やサイバー攻撃、政府の監視などのリスクが高まります。

## メタデータ漏洩の問題

VPNは通信内容を暗号化することでプライバシーを守るツールとされていますが、そのアーキテクチャには重大な問題があります。たとえば、通信の中身自体は暗号化されていても、メタデータが露出することがあります。メタデータとは、タイムスタンプ、送信元と送信先のIPアドレス、通信頻度、データのサイズなど、通信に付随する情報のことです。

このメタデータは、通信内容そのものを解読しなくても、通信者の行動パターンや社会的つながりを明らかにする手がかりとなり得ます。例えば、誰が誰と通信しているのか、いつどのウェブサイトにアクセスしたのか、さらには、通信の頻度やタイミングから個人の行動や習慣を推測することができます。このように、メタデータはコンテンツ以上に多くの情報を漏洩する可能性があるのです。

# Mixnetの仕組みと歴史

## Mixnetの仕組み

「地球上の原子よりもデッキのカードを並べる方法が多い」という古い言い伝えがあります。Mix network（ミックスネット）は、この原理を利用して、通信パケットをカードのデッキと同様にシャッフルします。

トラフィックを単純にポイントAからポイントBに送信するのではなく、メッセージは暗号化されたパケットに分割され、連続した一連のサーバー、または「mix nodes（ミックスノード）」を通過します。さらに、ダミーデータパケットがネットワークに導入されることによって、ネットワーク全体で何が起こっているかをさらに複雑にし、混乱を増すことができます。このダミーパケットを「カバートラフィック（cover traffic）」と呼びます。

このミックスネット・アーキテクチャは、トラフィックの解析をほとんど不可能にします。Nym VPNを実際に使ってみると、コア・インターネット・プロトコルからメタデータが漏れる問題も解決できることが分かります。

## ミックスネットの歴史

学者や研究者は長い間、メタデータのプライバシー問題を解決しようとしてきました。1970年代、暗号解読の先駆者であるDavid Chaumは、転送中のデータのパターンを保護する「mixed network」を初めて概念化しました。Chaumは、インターネット通信のメタデータを隠し、ユーザーとリンクできないように設計されたリレーの分散型ネットワークを提案しました。

従来のミックスネットは、Chaumが想像していたように、サーバー（またはノード）を「固定カスケード（fixed cascade）」に配置し、すべてのデータパケットをバッチで順次ルーティングしていました。

各パケットは、Torの「オニオン暗号化」と同様に、公開鍵暗号を使用してレイヤーごとに暗号化されます。暗号化されたパケットは、パケットを混合するノードの複数のホップを通じて中継されます。各ノードはパケットの順序をシャッフルし（ミックス）、次に送信先の指示を得るために暗号化のレイヤーを削除します。これにより、各ホップが次のホップのみを見ることができ、送信者と受信者が分離されます。ネットワークを監視している監視者が、データパケットをデータのすべての部分を構成する1と0の順序（バイナリコード）によって追跡するのを防ぎます。

この設計を構築しようとする試みはあったものの、いくつかの理由で不十分でした。主な問題は、モデルのスケーリングが悪いことです。各クライアントとミックスノードは、時間がかかる公開鍵暗号を実行する必要があります。遅延が実際の問題となりました。

さらに重要なことに、「匿名セット（anonymity set）」と呼ばれるものは、単一の「バッチ」内のデータパケットの量に制限されていました。

## 匿名セット（Anonymity Set）とは？

匿名セットとは、基本的に数の中の安全性を意味します。あなたが追跡されており、追跡者から隠れたいと考えていると想像してください。あなたがただ一人でいる場合、簡単に見つかってしまいます。しかし、大勢の人々の中に移動することで、あなたを特定して追跡するのはずっと難しくなります。これが匿名セットの原則です。ネットワーク内のデータが多いほど、各個々のデータの匿名化が難しくなります。言い換えれば、あなたは「群れの中で迷子になる」のです。

Mixnetを作成する際の主な難しさの1つは、匿名性を維持しつつ、スケーラビリティを可能にすることです。Chaumian mix networkは、単一のカスケード（single cascade）と「batch-and-reorder」技術を使用します。この場合、バッチ内のデータの総量が匿名セットの最大サイズです。つまり、「群衆」のサイズがより小さな上限閾値に制限されるのです。

しかし、NymのミックスネットVPNは、階層型トポロジー（stratified topology）を使用しています。これにより、ネットワークがスケーラビリティを考慮して設計されているため、はるかに大きな匿名セットが提供されます。階層モデルは、他のミックスネットの設計と比較して、匿名性の強化において優れた効果を発揮します。


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## NymVPNの特徴

NymVPNは、mixnet技術を活用した最初の商用VPNです。このVPNは、従来のVPNが抱えるメタデータ漏洩の問題を解決し、ユーザーに高度なプライバシー保護を提供します。

### 主な特徴

- **暗号化**: NymVPNは、Sphinxと呼ばれる多層のオニオン暗号化を使用して、ユーザートラフィックを保護します。これにより、遅延オーバーヘッドを最小限に抑えながら、効率的なネットワークパフォーマンスを実現します。
- **マルチホップルーティング**: ユーザートラフィックは5つのホップを経由してルーティングされ、偽の区別できないカバートラフィックと混合されます。これにより、監視者がネットワークを分析するのをさらに難しくします。
- **階層型トポロジーと匿名セット**: Nymのミックスネットは、ネットワークの需要に応じてスケーリングし、匿名セットのサイズを自動的に拡大します。これにより、ネットワークが成長するにつれて、ユーザーの匿名性がさらに高まり、プライバシー保護が強化されます。

## まとめ

NymVPNは、従来のVPNが抱えるプライバシーリスクを解決するために設計された、次世代型のVPNです。ミックスネット技術を活用し、ユーザーデータのメタデータ漏洩を防ぎ、オンラインプライバシーを保護するための革新的なアプローチを提供しています。ネットワークの利用者が増加するにつれて、匿名セットが大きくなり、ユーザー一人一人のプライバシーが強固に守られる仕組みとなっています。プライバシーに対する脅威が増す中で、NymVPNのようなサービスが、今後ますます重要な役割を果たすことが期待されます。


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# 参考リンク

- [Nym公式サイト](https://nymtech.net/)
- [Nymのミキシングネットワーク - Wikipedia](https://ja.wikipedia.org/wiki/Nymミックスネット)
- [Nymホワイトペーパー](https://nymtech.net/nym-whitepaper.pdf)
- [分散型VPN と中央集権型VPN:違いの全て](https://note.com/koko_crypto/n/n71fe7e92b68a)
- [ミックスネットとは何か？ VPNによる比類なきオンラインプライバシー](https://note.com/koko_crypto/n/n302e7516f691?magazine_key=m0129d65e3526)
- [Sphinx暗号-Nymを支える匿名データフォーマット](https://qiita.com/pseudonym2/items/107cf005e9cab0b165b6)
- [ココナッツ認証（Coconut Credentials）とは？- プライバシーを保護するゼロ知識証明技術](https://qiita.com/pseudonym2/items/b2739ae32f4fb29de0b6)

# コミュニティ

- [Nym日本コミュニティ - Telegram](https://t.me/nymjapanese)
- [Nym日本コミュニティ - Discord](https://discord.com/invite/nym)
- [Nym日本コミュニティ - LINEオープンチャット](https://line.me/ti/g2/0YGYYq4EoQZ8fL5FYQmqU4O9SRuE_a6YX19GtA?utm_source=invitation&utm_medium=link_copy&utm_campaign=default)
- [Nym 公式LINE(現在非稼働)](https://line.me/R/ti/p/@986ytsdx?from=page&accountId=986ytsdx)
- [Nymプロジェクト日本語アカウント - X](https://x.com/nymproject_jp)