VPN による暗号化とデータ保護



公開ウェブ上での暗号化は、個人データのセキュリティにとって大きな進歩をもたらしました。しかし、AIを活用したデータ追跡技術の台頭により、暗号化だけではユーザープライバシーの保護には不十分です。多くの個人情報が、暗号化されたトラフィック周辺のメタデータを収集・分析することで取得されています。これには、閲覧習慣、コミュニケーションパターン、欲望、さらには政治的傾向などが含まれます。

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このため、Virtual Private Network (VPN)は重要なプライバシーツールとなり得ます。プライバシー重視のVPNは、データに追加の暗号化層を追加するだけでなく、IPアドレスやトラフィックパターンを隠すことができます。プライバシーのためにVPNを選ぶ際には、基本的に異なるタイプのVPNが存在することを知っておくことが重要です（中には有害な場合もあります）。

## 今日のインターネット暗号化

データ暗号化はその起源が冷戦時代の米国政府の研究プロジェクトにあったことから大きく進化してきました。暗号戦争の間、政府と国家情報機関がそれを阻止しようとしましたが、2000年代初頭には暗号化が広範に普及し、公開インターネットリソースとなりました。現在、私たちのデータとオンライントラフィックのすべては、デフォルトで暗号化されている可能性があります。

### 暗号化とは何か？

暗号化とは、データを変換して、必要な暗号化および復号鍵を持つ者だけが読めるようにするプロセスです。暗号化は、クリアテキスト（cleartext）から暗号文（ciphertext）に、元のデータをコード化されたデータに変える数学的アルゴリズムを使用して行われます。現在、デバイス上での保存時やオンラインでの転送時にデータを暗号化するために使用されているアルゴリズムは多数あります（例えば、AESやRSA、ECCやChaCha20-Poly1305など）。暗号化プロトコルは、大まかに対称（symmetric、暗号化と復号に同じ鍵を使用）、非対称（asymmetric、暗号化と復号に異なる鍵を使用）、またはそのハイブリッドの3つに分類されます。

### エンドツーエンド暗号化とは何か？

エンドツーエンド暗号化とは、データがユーザーのデバイスから離れてウェブ上の目的地に到達するまでの間、暗号化されたままであることを意味します。データは、プロキシやVPNサーバーなどの中継地点を経由しても暗号化されたままです。

### デフォルトのウェブ暗号化

現在、ほとんどのインターネットトラフィックは、HTTPSおよびSSL/TLSプロトコルを通じてデフォルトでエンドツーエンド暗号化されています。これにより、ウェブアドレスの先頭にHTTPS:// が表示されるか、アドレスの隣にロックアイコンなどが表示されます。

## VPN暗号化

グローバルに広がるプライバシーの脅威を考慮すると、VPNの使用は強く推奨されます。VPNは、デフォルトのHTTPS接続に独自の暗号化層を追加するだけでなく、IPアドレスやトラフィックの経路を隠すことができます。

### VPNはどのように機能するのか？

VPNは、インターネットトラフィック全体のプロキシネットワークの一種です。VPNのサーバーは、あなたと公開ウェブの間の仲介者として機能します。したがって、ウェブサービスに接続すると、トラフィックや接続があなた自身のIPアドレスではなく、VPNの公開IPアドレスから来ているように見えます。

### VPNトンネリング

データ暗号化はVPNサービスの中核要素です。信頼できるVPNは、データがデバイスを離れる前にまず暗号化し、デバイスとVPNサーバー間の安全なVPNトンネルを作成する必要があります。これにより、VPNに向かう途中でデータを傍受してアクセスしようとする試みが無駄になります。

### VPN用の暗号化通信プロトコル

複数のパーティ間でオンラインデータ転送を暗号化することは、多段階のプロセスです。この作業は、通常WireGuardやOpenVPNのようなVPNトラフィック専用の暗号化通信プロトコルによって行われます。

## 従来のVPNの暗号化

市場に出回っているほとんどのVPNプロバイダーは、単一サーバー（または1ホップ）インフラストラクチャです。データは1つの会社のサーバーを経由して公開ウェブにアクセスします。これらのサーバーは物理的およびアーキテクチャ的なリソースです：それらを所有し運営するか、第三者から借りています。これは、それらを管理し、通過するトラフィックを見て記録する可能性があることを意味します。

### 単一サーバーVPNの暗号化

単一サーバーVPNでは、データはVPN自体によって1回だけ暗号化されます。デバイスとサーバー間のトンネル内でのみ暗号化されます。データ転送に使用される暗号化の種類は、サービスプロバイダーの暗号化プロトコルに依存します。

## dVPNの暗号化

近年、新しい分散型モデルのVPNサービス（dVPN）が開発されました。

### dVPNとは何か？

真に分散型であるためには、dVPNはデフォルトでマルチホップであり、ユーザートラフィックデータの中央集権化されたログを保持することができない設計である必要があります。

### 一般的なdVPNの暗号化

マルチホップサービスとして、dVPNは従来のVPNの1回の暗号化ステップではなく、複数の暗号化段階を提供する必要があります。NymVPNの2ホップdVPNモードでは、データはユーザーのデバイス上で2回暗号化され、多層の暗号化されたパッケージがdVPNノードにトンネルされます。最終的な目的地に送信される際には、エンドツーエンドのSSL/TLS暗号化の層が残っている必要があります。

## オニオン暗号化

Torネットワークは技術的にはVPNではありませんが、その分散型ルーティングと暗号化手順はdVPNに非常に類似しています。

### Torとは何か？

Torは、Torブラウザからのみアクセス可能な分散型の3ホップネットワークです。ネットワークは、クライアントのトラフィックをルーティングして匿名化するためにサーバーを提供するボランティアによって運営されています。そのオニオン暗号化プロトコルにより、ユーザートラフィックは、entry guard、middle relay、最終的なexit nodeの3つのノードを経由してルーティングされます。

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## ミックスネット暗号化

Nymの新しいmixnet（mix networkの略）は、分散型ネットワークとルーティングプロトコルです。Nymミックスネットは、品質の高いネットワークサービスを維持するためにインセンティブを与えられた独立したプロバイダーとオペレーターで構成されています。

### Nymミックスネットの強力なプライバシーメカニズム

- **マルチホップ（Multi-hops）**: 3つのmix nodeとネットワークへのアクセスを守る2つのgatewayを使用して、5ホップのルーティング手順を使用します。
- **ミキシング（Mixing）**: ユーザーデータが同様のサイズの暗号化されたブロックに分割され、ランダムにシャッフルされることで、データのトラッキングを困難にします。
- **タイミングの難読化（Timing obfuscation）**: ミックスノードは、パケットの送信を遅延させることで、送信と復号の時間に基づく高度なトラフィック分析をより困難にします。
- **カバートラフィック（Cover traffic）**:データ追跡の試みを阻止するために、ミックスネットはネットワーク循環にダミーデータパケットを導入し、クライアント通信のパターンを難読化し、個別のプロファイリングを防ぎます。この技術は、群衆の中に隠れるようなものです。

### Nym Mixnetの暗号化とSphinxプロトコル

Nym mixnetは、Sphinxという暗号化プロトコルを用いて、ミックスパケットルーティングを処理しています。Sphinxは、ユーザーデータを4層の暗号化パッケージに分割します。このパッケージは、ペイロード（クリアテキストデータ）とヘッダー（公開鍵暗号化キーを介してアクセス可能なルーティング情報を含む）で構成されています。

**Sphinxの暗号化手法：**
1. **ノードの復号手順**：ノードは、パケットのヘッダーに含まれる公開鍵暗号化キーを利用して共有鍵を計算します（Diffie-Hellman鍵交換による）。これにより、最初のノードが暗号化の層を解除し、パケットを次のホップに転送します。
2. **データの保護**：このプロセスにより、途中の悪意のあるノードがデータ、IPアドレス、またはトラフィックの完全な経路を知ることができません。ノードはルーティングチェーン内の前後のノードのみを知っており、ユーザーのIPアドレスやオンライン活動を関連付けることはできません。
3. **計算時間の短縮**：Sphinxは、共有鍵生成にかかる計算時間を短縮し、マルチホップルーティングプロセスを迅速にします。これにより、トラフィック分析が非常に困難になり、ネットワーク全体の視点を持つ仮想の敵に対しても有効です。

このように、SphinxプロトコルはNym mixnetのセキュリティを高め、プライバシー保護を実現しています。


## 結論

VPNは、デフォルトで暗号化されたトラフィックをさらに保護し、プライバシーを強化する強力なツールです。ただし、プライバシー保護の強化には、選択したVPNが提供する暗号化とその設計の深い理解が必要です。dVPNやミックスネットのような新しい技術は、より優れたプライバシー保護を提供します。ユーザーとしては、これらのツールを利用して、自分のデータを保護し、オンラインでのプライバシーを最大限に高めることができます。

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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)

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- [Nym日本コミュニティ - Telegram](https://t.me/nymjapanese)
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