本記事は MIT Newsとの協力により掲載されたものです。
匿名性ネットワークは公開インターネットの上に構築され、人々のウェブ閲覧の習慣を詮索する目から隠すことを目的としている。その中で最も普及しているTorは、10年以上にわたって存在しており、毎日数百万人が利用している。
しかし、最近の研究では、攻撃者は匿名ネットワーク内の適切に選ばれた少数のノードを通じてデータトラフィックを監視することで、匿名とされる通信の発信元について 多くのことを 推測できることが示されている。10月に開催されたAssociation for Computing Machinery（ACM）のオペレーティングシステム原理シンポジウムで、MITの研究者チームは、最も強力な攻撃者でさえ阻止することを目的とした、新しい追跡不可能なテキストメッセージングシステムを発表した。
このシステムは、ユーザーの匿名性について強力な数学的保証を提供する一方、実験結果によれば、テキストメッセージのやり取りを約1分に1回程度可能にする。
「Torは、世界中のすべてのリンクに注意を払っているグローバルな攻撃者が存在しないという前提の下で動作しています」と、新システムを開発したグループを率いるコンピュータサイエンス・工学部准教授のニコライ・ゼルドヴィッチは述べる。「おそらく今日では、それはかつてほど良い前提ではないでしょう。Torはまた、単一の悪意ある者がそのシステム内の多数のノードを支配していないと想定しています。私たちは今、あなたのサーバーの半数を侵害できる人々が存在するかもしれないとも考えています。」
このシステムは、露見につながるトラフィックパターンを偽の情報、すなわち「ノイズ」の中に埋没させることで攻撃者を混乱させるため、開発者はこれを「Vuvuzela」と名付けた。これは2010年の南アフリカワールドカップでサッカーファンが好んで使った騒音発生器にちなんでいる。
本論文ではゼルドヴィッチに加え、共同筆頭著者である、電気工学・コンピュータサイエンス学専攻の博士課程学生デイビッド・ラザーと、その春にMITで修士号を取得したジェル・ファン・デン・フーフ、そして、コンピュータサイエンス・工学部の助教授で、ゼルドヴィッチと同様に、MITコンピュータサイエンス・人工知能研究所の並列・分散オペレーティングシステムグループの共同リーダーの一人であるマテイ・ザハリアが参加している。
痕跡を隠す
Vuvuzelaは「デッドドロップ」方式のシステムで、一方のユーザーが事前に定められた場所（この場合はインターネットに接続されたサーバー上のメモリアドレス）にメッセージを残し、もう一方のユーザーがそれを取り出す。ただし、ユーザーの痕跡を隠すために、いくつかの難読化の層が追加されている。
システムの仕組みを説明するため、ラザーは、暗号分野の慣例に従ってアリス、ボブ、チャーリーと名付けられた3人のユーザーのみが存在する簡略化したシナリオを示している。アリスとボブはテキストメッセージをやり取りしたいが、二人が連絡を取り合っていることを誰にも推測されたくないと考えている。
アリスとボブがデッドドロップ・サーバーにメッセージを送信し、チャーリーが送信しなければ、観察者はアリスとボブが通信していると結論づけるだろう。そのため、このシステムの最初の要件は、すべてのユーザーが、情報を含むか否かにかかわらず、定期的にサーバーにメッセージを送信することである。
ただし、攻撃者がサーバーに侵入している場合、どのユーザーがどのメモリアドレスにアクセスしているかを確認できる。チャーリーのメッセージが一つのアドレスに送られ、アリスとボブのメッセージの両方が別のアドレスに送られている場合、攻撃者は再び、誰が会話しているかを把握してしまう。
そこで、Vuvuzelaは単一のサーバーではなく三台のサーバーを使用する。三台のサーバーに対応して、システムを通じて送信されるすべてのメッセージは三層の暗号化で包まれる。最初のサーバーは、メッセージを二台目のサーバーに渡す前に最初の暗号化の層を剥がす。ただし、メッセージの順序もランダムに並べ替える。例えば、アリスのメッセージがボブのメッセージより先に最初のサーバーに到着し、ボブのメッセージがチャーリーのメッセージより先に到着した場合、最初のサーバーはボブ、アリス、チャーリー、あるいはチャーリー、ボブ、アリスなどの順序で二台目に渡すことになる。
二台目のサーバーは二層目の暗号化を剥がし、メッセージの順序をさらにもう一度並べ替える。どのメッセージがどのメモリアドレス宛てであるかを見ることができるのは三台目のサーバーだけである。しかし、そのサーバーに侵入されていた場合でも、また攻撃者が最初のサーバーに到着したメッセージの順序を観察していたとしても、誰のメッセージがどこに行き着いたかは特定できない。
ただし、攻撃者は、一定の時間枠内に最初のサーバーにメッセージが届いた二人のユーザーが会話していたことは把握できる。そして、それでさえ、Vuvuzelaの設計者が開示したいと考える以上の情報である。
ここでノイズが登場する。最初のサーバーは受け取ったメッセージを転送する際、それ自体の暗号化された宛先を持つ大量のダミーメッセージも生成する。二台目のサーバーも同様のことを行う。そのため統計的には、同じ時間枠内に到着したメッセージのいずれかが同じ宛先に届いたかどうかさえ、攻撃者が判断することはほぼ不可能である。
こうした統計的な保証は、三台のうち二台が侵入されたとしても成立する。いずれか一台が侵害されていない限り、システムは機能する。
近年、暗号学において最も興味深い進展の一つは、大規模な 匿名化されているとされるデータセットに自身のデータが含まれる人々のプライバシー保護に関する直感を形式化しようとする、差分プライバシーの理論である。
「[MITの研究者たちが]通信パターンを隠すために用いている仕組みは、差分プライバシーの非常に洞察に富んだ興味深い応用です」と、ニューヨーク大学コンピュータサイエンス学部准教授のマイケル・ウォルフィッシュは述べる。「差分プライバシーは非常に深遠で洗練された理論です。差分プライバシーを用いて彼らの問題を解決できるという着眼点と、その用い方こそが、この研究の最も優れた点です。その結果生まれたシステムは、明日すぐに導入できる状態ではありませんが、Torに着想を得た学術システムというカテゴリーの中では、これまでで最良の成果を示しています。大きな限界はありますが、非常にエキサイティングであり、近い将来、ここから派生する何かへの扉を開くものです。」
掲載は、世界経済フォーラムによる見解への支持を意味するものではありません。
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執筆者：ラリー・ハーデスティは、MIT Newsの客員寄稿者です。
画像：スマートフォンを手にポーズをとる男性たちが、映像スクリーンを背景にシルエットとして浮かび上がっている。REUTERS/Dado Ruvic.
