混雑した環境向けにメッシュ ネットワークを再考する

もともと戦場とバーニングマンのために構築された分散型ネットワーク技術は、今日では根本から再考されています。

メッシュ ネットワーク (魚網のような接続にちなんで名付けられました) は、システムの一部に障害が発生した場合でもデータの流れを維持するための厳密な数学的研究から過去数十年にわたって誕生しました。しかし、理論が必ずしも現実と一致しているわけではありません。現実世界のメッシュ ネットワークは、特定の種類の大群衆など、うまく処理できるはずの環境の一部でシャットダウンに対して脆弱であることが判明しています。

そこで、ジョンズ・ホプキンス大学、ハーバード大学、およびニューヨーク市立大学の研究者らは最近、最も困難で敵対的な環境である政治的抗議活動に備えて強化されたプロトタイプのメッシュ ネットワーキング システムを構築しました。

先週台北で開催されたコンピューターと通信セキュリティに関する ACM カンファレンスで発表された論文の中で、研究者らは Amigo と呼ばれるプロトタイプのメッシュ ネットワークを発表しました。 まず、Amigo は、インド、イラク、シリアなどの騒乱の際に見られたように、インターネットが遮断された環境でも動作するように設計されています。

「大規模な市民抗議活動の最中にインターネットを遮断することは、人々が組織して団結することを妨げる方法です」とシティカレッジの電気工学助教授トゥシャール・ジョイスは言う。 「それが私たちがテクノロジーを特別にカスタマイズしていることです。」

アミーゴは、メッシュ ネットワークに対する従来のアプローチを強化する少なくとも 3 つの方法を提案しています。抗議活動のシナリオにおけるメッシュ停止に関する最近の研究では、ネットワーク内のノード (メッシュ アプリを実行している携帯電話など) が互いにすぐ隣にある場合でも、ネットワーク メッセージが配信されない、順序が狂って表示される、ユーザーが追跡される危険にさらされるなどの問題が明らかになりました。研究者らは、メッシュ ネットワークの高レベルの暗号化通信を覗き見し、基本的な Wi-Fi 運用に至るまで調査したところ、以前のメッシュ ネットワークが掴めなかった機会が明らかになったことがわかりました。

「暗号だけでは私たちは救われないという話です」とジョイス氏は言う。ジョイス氏らは、今年初めにブルガリアのソフィアで開催された Real World Cryptography カンファレンスで、Amigo 論文のバージョンを発表しました。

メッシュネットワークにおいて政治的抗議活動が重要な理由

アミーゴ ～から重要な教訓を引き出した のセット 研究 2019 年と 2020 年の香港の民主化運動を含む、最近のさまざまな政治的抗議活動におけるメッシュ ネットワーキングについて。

たとえば、以前のメッシュ ネットワークがメッセージのルーティングを処理する方法では、誤ってゾーンのフラッディングが発生する可能性がありました。ストレスのかかるネットワーク内の複数のノードは、冗長なメッセージをネットワークに送り出し、通信が極限まで遅くなる可能性があります。対照的に、Amigo は、研究者が動的「クリーク」と呼ぶものを形成します。そこでは、指定されたリーダー ノードのみが相互にメッセージを交換し、通常のノードはリーダーと通信するだけです。研究者らによれば、この技術によりメッセージ トラフィックが大幅に削減され、ネットワークが停止する可能性が減少します。

「私たちは、安全なメッシュ メッセージングに盲点があったことを発見した一人です」とジョイス氏は言います。 「そこで私たちは、この盲点に対処するのに役立ついくつかの新しいアルゴリズムを提案しました。動的クリーク ルーティングでは、基本的にノードのグループが GPS に基づいて地理的エリア内のルーティング ユニットを自己組織化できるようになります。」

もう 1 つの例は、暗号化と匿名性に対する Amigo のアプローチです。以前のメッシュ環境では、暗号化されたグループからメンバーを削除する簡単な方法がありませんでした。 (抗議の状況では、デバイスまたはそのユーザーが当局に逮捕されたなどの理由で、グループの削除が必要になる場合があります。) 古いメッシュ標準では、他のグループ メンバーを明らかにする可能性のあるメタデータも漏洩しました。 アミーゴは両方の問題を解決することを目指しています。

「私たちが話し合っていることの 1 つは、部外者の匿名性です」とジョイス氏は言います。 「あなたのグループの外にいる人は、そのグループの存在を知りません。」同氏によれば、Amigo には部外者の匿名性とグループの削除を保証するための新しいアルゴリズムが追加されているという。ジョイス氏は、Amigo は WhatsApp や Signal などの既存の暗号化メッセージ ネットワークの保護を維持しながら、これらの目標を達成することを目指していると付け加えました。

従来、暗号化されたメッセージングはいくつかの重要な機能を提供していたと Jois 氏は付け加えます。機能の 1 つは過去のメッセージの保護です。「前方秘密保持」により、今日キーが盗まれたとしても、過去のメッセージは依然として安全です。もう 1 つは、将来のメッセージの保護に関するものです。「侵害後のセキュリティ」により、侵害されたシステムであっても、新しいキーを生成することで修復でき、将来の通信から侵入者を締め出すことができます。アミーゴは両方の機能を保持します。

「追加します [our new protections] 「古典的な前方機密性と侵害後のセキュリティに加えて、」とジョイス氏は言います。だから、それらすべてをやりくりするのは楽しいと思います。」

カナダのウォータールー大学のコンピューターサイエンス助教授ディオゴ・バラダス氏は、アミーゴは政治的抗議活動以外にも応用できる可能性があると付け加えた。

「このような群衆の動態が特に興味深いもう 1 つのシナリオには、インターネット通信が利用できなくなる可能性がある、洪水、火災、地震などの自然災害のシナリオが含まれます」と、アミーゴ チームの一員ではないバラダス氏は言います。 「そして、影響を受けた国民、初期対応者、ボランティアは適切な対応を確実にするために連携しなければなりません。」

開発者は、現実世界の群衆の研究に基づいた群衆の数学的モデルを中心に Amigo メッシュ ネットワークを構築しました。 コーラ・ルイス

今日のメッシュ ネットワークは群衆について何も知りません

メッシュ ネットワークが群衆をどのように処理するかについての新しい研究から、メッシュ標準に関する最終的な現実世界の現実性チェックが明らかになりました。

Cora Ruiz は、シティ カレッジにある Jois のセキュリティ、プライバシー、暗号工学研究室の大学院生です。彼女は、ほとんどのメッシュ ネットワーク環境で群衆をモデル化するための「ランダム ウォーク」スタイルのアプローチを研究しています。

空気サンプル中の窒素や酸素の分子と同様に、今日の個々のメッシュ ノードは、通常、その動きが近くのノードと無相関なランダムなパスをそれぞれトレースすると想像されます。 これが、メッシュ ネットワークが群衆の行動を数学的にモデル化する方法だとすると、ルイス氏は言います。 不思議ではない 現実世界の特定の環境では、メッシュ ネットワークが停止します。

「こうした大規模な市民抗議活動において、デモ参加者がどのように物理的に動いているのか全く理解されていません」とルイス氏は、群衆の行動に関する従来のメッシュモデルについて語る。 「そして、人々がどのように動くのか、何がその動きを動かすのか、そしてそれがあらゆるレベルでどのように見えるのかを理解していなければ、本当にカスタマイズされたソリューションを開発することはほぼ不可能でしょう。」

そこでルイス氏は代わりに、彼女が心理的群衆と呼ぶもののモデルをメッシュ ネットワーク アルゴリズムに組み込む方法を模索している。彼女は8月にニューヨーク州クイーンズで開催されたHackers on Planet Earthカンファレンスでこの取り組みについて説明した。

「心理的群集とは、ある場所に一定の共通の自己意識を持つ人々が集中していることです」と彼女は言います。 「そして、その共有された自己意識は、人々の動き方に直接影響を与える可能性があります。人々は互いに近づく傾向にあります。お互いの間にあまり距離が置かれることを許容しません。彼らはゆっくりと動きます。」

ジョイス氏は、心理的群衆のより現実的な数学モデルを開発することは、学際的な取り組みであると述べています。それは一部は数学であり、一部は社会学と集団心理学でもあります。 「[Ruiz’s] 現在の研究は、コミュニケーションのダイナミクスを決定することと、 [group] インターネットの遮断が頻繁に起きているこれらの場所で、抗議活動家やジャーナリストを訪ね、彼らのニーズを把握することで、力関係を強化するのです」と彼は言う。

「メッシュは物理的な動きや交通パターンに大きく影響されるため、Amigo やその他の将来のメッシュ メッセージング ツールを発展させるには、しっかりと理解することが鍵となります。」と Ruiz 氏は付け加えています。

ジョイス氏は、アミーゴが群衆モデルのインスピレーションとして、香港の民主化デモ参加者らが2019年に作成し、活動家仲間に行進や集会の方法をアドバイスする文書を参考にしたと付け加えた。この研究や、現実世界の群衆の動きの数学的モデルを考案するのに役立つ可能性のある他の研究から、アミーゴはメッシュ ネットワークを現実世界に持ち込むための重要な次のステップとなるとジョイス氏は言います。

「私たちの結果は、メッシュ ネットワークにはいくつかの基礎的な作業が必要であることを示しています」とジョイス氏は言います。 「私たちは学術的な空間に立って、『ああ、これが私たちが必要だと思うことだ』と言うことができます。しかし、情報源から情報を入手しない限り、それはわかりません。」