Mix (Netzwerk)

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Das 1981 von David Chaum eingeführte Konzept der (umkodierenden) Mixe dient der anonymen Kommunikation innerhalb eines Netzwerkes. Dabei werden Nachrichten nicht direkt vom Sender zum Empfänger übertragen, sondern über mehrere Zwischenstationen (Mixe genannt) geleitet. Das Ziel ist die Anonymisierung der Kommunikationsbeziehung, was abhängig vom zugrunde liegenden Konzept zu einer der folgenden drei Ausprägungen führt:

der Empfänger bleibt vor dem Sender anonym
der Sender bleibt vor dem Empfänger anonym
Sender und Empfänger bleiben voreinander anonym

Die wichtigste Eigenschaft, der Schutz von Verkehrsinformationen gegenüber außenstehenden Dritten, wird durch alle drei Konzepte realisiert.

Ein Mix spielt dabei die Rolle eines Nachrichtenvermittlers, ähnlich der Funktion eines Proxys. Er nimmt Nachrichten an und sorgt dafür, dass die von ihm dann weitergereichten Nachrichten nicht zu den von ihm angenommenen in Beziehung gesetzt werden können. Diese Zusatzfunktion unterscheidet ihn wiederum von einem üblichen Proxyserver.

[Bearbeiten] Grundfunktionen

Damit für Außenstehende keine Möglichkeit besteht, Nachrichten zwischen Eingang und Ausgang eines Mixes in Beziehung zu setzen, dies wird auch Überbrücken des Mixes genannt, muss ein Mix einige Grundfunktionen auf den Nachrichten durchführen:

Sammeln von Nachrichten

Anonymität ist nur innerhalb einer Gruppe von Individuen möglich. Demzufolge muss dafür gesorgt werden, dass Unbestimmtheit darüber besteht, von wem eine Nachricht gekommen ist. Dies ist nur möglich, wenn ausreichend viele Nachrichten von unterschiedlichen Teilnehmern eingetroffen sind.

Löschen von Duplikaten

Ein Angreifer in der elektronischen Welt hat immer die Möglichkeit Nachrichten zu kopieren. Sollten zwei genau identische Nachrichten beim Mix eintreffen, so würden auch zwei genau identische Nachrichten vom Mix weitergeleitet werden. Der Mix wäre überbrückt, da eindeutig eine Beziehung zwischen den beiden identischen Eingangsnachrichten zu den beiden identischen Ausgangsnachrichten herstellbar wäre.

Umkodieren der Nachrichten

Damit Nachrichten zwischen Eingang und Ausgang des Mixes nicht in Beziehung gesetzt werden können, müssen sie auch eine andere Gestalt annehmen. Dies wird durch Umkodieren mittels eines Konzelationssystems erreicht (gemeinhin verschlüsseln bzw. entschlüsseln genannt). Dadurch ist Außenstehenden kein einfacher bitweiser Vergleich zwischen Eingangsnachrichten und Ausgangsnachrichten mehr möglich.

Umsortieren der Nachrichten

Es darf auch nicht möglich sein von der Reihenfolge des Eintreffens der Nachrichten der verschiedenen Teilnehmer auf die Reihenfolge der Nachrichtenausgabe des Mixes zu schließen. Deshalb müssen die Nachrichten entsprechend umsortiert werden. Dadurch sind derlei Rückschlüsse nicht mehr möglich.

weitere Aspekte

Die größte Sicherheit wird erreicht, wenn alle Nachrichten die gleichen Mixe in der gleichen Reihenfolge durchlaufen (Mix-Kaskade). Die oben aufgeführte Umkodierung bewirkt die Verkürzung der Nachrichten beim Durchlaufen der Mixe. Kann aus Leistungs- oder Kostengründen keine Mix-Kaskade garantiert werden, ist diese Verkürzung problematisch. Ein Angreifer könnte anhand der Verkürzung Zusammenhänge zwischen eingehenden und ausgehenden Nachrichten eines Mixes herstellen. Um dem entgegen zu wirken, gibt es längentreue Verfahren.

[Bearbeiten] Grenzen

Bei korrekter Umsetzung mittels vollständiger Funktionalität kann eine bestimmte Kommunikationsbeziehung nur durch drei Möglichkeiten aufgedeckt werden.

Alle Mixe, die von einer Nachricht durchlaufen wurden, arbeiten zusammen.
Alle anderen Sender und Empfänger der in allen Mixen gleichzeitig gemixten Nachrichten arbeiten zusammen.
Ein Angreifer verfügt über unbegrenzte Rechenleistung (nicht komplexitätstheoretisch beschränkter Angreifer).

[Bearbeiten] Anwendungen

Innerhalb von Echtzeitsystemen, z.B. TOR oder JAP, die zum Surfen im Internet verwendet werden können, ergibt sich ein besonderes Problem: das Sammeln von Nachrichten ist praktisch kaum durchführbar. Für ein Sammeln von Nachrichten von möglichst vielen Sendern müsste man entsprechend lange warten. Das widerspricht aber der Funktionalität dieser Systeme, die möglichst kurze Antwortzeiten anstreben. Dadurch wird der Sammel-Schritt bei dieser Art von Systemen ganz weggelassen oder extrem kurz gehalten. Dementsprechend entfällt weitgehend auch das Umsortieren der Nachrichten, da stets nur auf Einzelnachrichten oder sehr kleinen Nachrichtengruppen gearbeitet wird. Hieraus ergeben sich damit Einschränkungen der Sicherheit dieser Verfahren. Die Mixe sind für einen Angreifer mittels der oben bei den Einzelschritten genannten Methoden überbrückbar.

Auch das Löschen von Duplikaten, auch Replay-Erkennung genannt, wird bei Echtzeitsystemen oft nicht durchgeführt. Die Begründung liegt darin, dass für eine solche Erkennung eine Datenbank aller bereits verarbeiteter Nachrichten existieren muss. Selbst wenn hier nur Hashwerte von Nachrichten gespeichert werden, so wachsen diese Datenbanken trotzdem sehr schnell an. Neben dem erforderlichen Speicherplatz dauern auch Suchaktionen in diesen Datenbanken entsprechend lange und benötigen Rechenleistung. Zeitstempelverfahren können hier aber Abhilfe schaffen, so dass die Datenbanken immer nur für gewisse Zeiträume vorgehalten werden müssen. Trotzdem wird bei Echtzeitsystemen oftmals nur der Umkodierungsschritt durchgeführt. Damit sind diese Systeme entsprechend leicht angreifbar.

[Bearbeiten] Schutz vor dem Mixbetreiber

Neben dem Absender einer Nachricht kann natürlich auch der Mixbetreiber selbst eine Zuordnung zwischen sämtlichen Eingangs- und Ausgangsnachrichten durchführen, da sämtliche Schritte des Mixes für ihn transparent sind. Aus diesem Grund werden mehrere dieser Mixe hintereinander verwendet, welche von verschiedenen Betreibern gesteuert werden. Die Hoffnung dabei ist, dass diese verschiedenen Mixbetreiber dann nicht alle zusammenarbeiten. Ansonsten könnten sie gemeinsam ebenfalls sämtliche Nachrichtenbeziehungen aufdecken. Sobald bereits aber ein Mixbetreiber nicht kooperiert, ist die Anonymität sichergestellt.

Es haben sich zwei verschiedene Verfahren dafür etabliert: das auf freiem Routing basierende Onion Routing und die Verwendung fester Mix-Kaskaden. Beide Verfahren unterscheiden sich bezüglich der zu Grunde liegenden Angreifermodelle. Deshalb sind sie besonders hinsichtlich des praktischen Schutzes der Anonymität schwer zu vergleichen.