・インターネットを統括する主要プロトコルであるBGPは30年以上前に設計されたもので、現在では目的に適していません。
・SCIONインターネットアーキテクチャは、成熟して安定した代替手段を提供します。
・SCIONは「形式検証」を用いて安定性を確保し、BGPに問題をもたらしている循環的依存関係を排除します。
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックは、デジタル通信への社会の依存を浮き彫りにし、さらに強めました。ビデオ通話の急増に対応するため、世界のネットワークは急速に拡張され、インターネットの帯域幅は35%（2020年）増加しました。WhatsAppやZoomなどの通信アプリは、インターネット全体でより効率的かつ安全なサービスを提供するために、絶えず更新・強化されています。
こうした取り組みは、インターネットを途切れなく利用できるようにするうえで確かに有益ですが、インターネット可用性に対する根本的な脅威は、デジタル基盤の奥深くに隠れたまま残っています。
インターネットの弱い「リンク」
境界ゲートウェイプロトコル（BGP）は、私たちがインターネットと呼ぶ単一のグローバル通信基盤へと相互接続する、70,000を超える異なるネットワーク間の連携を可能にしています。実のところ、BGPはインターネットの中で最も脆弱な部分の一つです。その結果、大半の毎週数百件の障害は、BGPの誤動作によるもので、通常は一部のユーザーにしか影響しないため、ほとんど気づかれずに終わります。しかし、長期にわたる障害も珍しくありません。
例えば2020年には、一件の大規模な障害が米国のサービスプロバイダーであるCloudflareに影響し、7時間続いて、世界のトラフィックが3.5%減少しました。この事象は些細な設定ミスによって引き起こされたもので、地域ルーターにおける小さな不具合が、インターネットの広範囲にわたる接続障害を引き起こしうる、いわゆるバタフライ効果を生み得ることを示しています。このような障害は企業に莫大なコストをもたらし、重要なサービスをインターネットに依存する機関に不均衡な影響を及ぼします。
インターネットの重要性を踏まえると、重要な問いが生じます。なぜ私たちは、これほど信頼性の低いインフラに依存するようになったのでしょうか。答えは驚くほど単純です。BGPは、今日の私たちが抱える世界規模と相互接続ネットワークの数を扱えるようには設計されていませんでした。有名にも「ナプキン2枚分のプロトコル」と呼ばれるこのプロトコルは（休憩時間にカフェテリアで考案されたため）、1980年代後半のはるかに小規模なインターネットの相互接続を支えるために作られました。過去30年間ほぼ問題なく機能してきたことで、安定性について誤った安心感が生まれました。信頼性の高い通信を強く保証するには、BGPが提供できるものを超える、より強い性質が必要です。
安定性が検証された代替手段
チューリッヒ工科大学（ETH Zurich）では、老朽化したBGPに代わる現代的な置き換え手段の開発に取り組んできました。次世代のSCIONインターネットは、大規模な障害や、さらにはハッカーに直面しても、証明可能な形で安定するよう設計されています。ここでいう「証明可能」とは、研究者らが最先端のソフトウェアの支援を受けて「形式検証」を適用し、SCIONの安定性を数学的に証明したことを意味します。形式検証により、複雑な相互作用プロトコルについて数学的に推論し、その結果に関する命題を証明することが可能になります。BGPは一般的な安定性を保証できない構造で構築されているため、この課題はBGPでは不可能です。
インターネットアーキテクチャ全体に形式検証を適用した先行研究はこれまでにありませんが、私たちはそこで止まりませんでした。さらにコード検証を用いて、SCIONのルーターがプロトコルを実行するよう正しくプログラムされていることを証明しています。これら二つの手法、すなわちプロトコル検証とコード検証は、これまで個別に用いられてきましたが、これほど複雑なシステムに対して組み合わせて用いられたことはありません。
循環を断ち切る
デジタル経済は、推計によると2019年に世界のGDPの4.5%から15.5%を占めました。その後も成長を続けています。さらに、最近のベルギーの主要ISPへの攻撃は、多くの政府機関がインターネット通信にどれほど依存しているかを示しています。
他の重要インフラや公共事業と同様に、インターネットは細心の注意を払って運用され、保護されるべきです。たとえば電力網は、精緻な緊急時対応計画によって障害から慎重に守られています。その分野では、このプロセスの重要な部分が依存関係分析であり、停電後のサービス再開を妨げうる循環的依存関係を明らかにします。最も重要なのは、電力網が「ブラックスタート」、すなわち完全停止からの復旧を可能にしなければならない点です。逆説的ですが、多くの発電所自体が電力を消費して発電するため、起動には外部電源が必要となります。
インターネットにも同様の機能が求められます。ネットワークの大部分が切断された後、接続性の再確立は長くとも数秒で完了すべきです。残念ながら、BGPでは、参加ネットワークを外部からの干渉から守るために設計されたセキュリティ拡張そのものが、循環的依存関係を生み出しています。安全なインターネット接続を実現するためにインターネット接続を必要とするのです。こうした依存関係は、上記の障害からの復旧をさらに遅らせます。
SCIONの構成要素の相互依存性を分析したところ、ブラックスタートから数秒以内に、インターネット全体の完全な接続性を提供できることが分かりました。ローカルな暗号技術に基づく信頼の根からのみ出発し、SCIONプロトコルに参加するネットワークは、通信経路を発見して認証し、安全なインターネットルーティングを迅速に可能にできます。これは「ビーコニング」と呼ばれるプロセスによって実現され、偽造不可能なメッセージが信頼された根から発し、ネットワーク間を伝わっていきます。
次世代のインターネット
形式検証と依存関係分析を通じて、SCIONの運用上の安定性とセキュリティに対して深い確信を持っています。その確信は、他のいかなるインターネットアーキテクチャよりも強固です。SCIONの設計と分析に取り組む一方で、これらの技術革新を現実世界で実用化する作業も進めてきました。すでに現在、7つのISPがSCION接続を提供しています。
世界経済フォーラムはサイバーセキュリティ分野で何を行っているか
サイバーセキュリティセンターは、リーダーが集まり、進化するサイバーリスクとその体系的な影響を理解するための信頼できるプラットフォームを提供しています。相互に結びつきを深めるデジタル社会において、理解と信頼の構築に注力しています。
セクターを横断する協力と知見の共有を促進することで、同センターはパートナーがサイバーレジリエンスを強化し、集団的な対応を必要とする課題に取り組む支援をしています。
ワクチンが世界各地で普及するにつれ、物理的につながった生活様式に、近いうちに戻れることを願っています。しかしながら、パンデミックによって加速された多くの技術革新は、今後も定着し続けるでしょう。SCIONインターネットアーキテクチャは、循環的依存関係がなく、形式的に検証された運用と、着実に拡大する実運用展開により、これらの技術革新に対して安全かつ信頼できる基盤を提供しています。
