Mix network

Cet article est une ébauche concernant l’informatique.

Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant (comment ?) selon les recommandations des projets correspondants.

En informatique, un mix network ou « mixnet », parfois appelé réseau de mélange^[1] est une famille de modes de routage favorisant l'anonymat par l'usage de serveurs intermédiaires multiples re-routant l'information sans avoir accès à celle-ci ni connaitre son origine ou sa destination finale.

Le concept de mix network a été décrit pour la première fois par David Chaum en 1979 (et publié en 1981^[2]). Ces travaux ont contribué, dans les années 2000, au développement de réseaux anonymes tels que Tor (« routage en oignon ») ou I2P (« routage en ail »), qui, sans être des mix networks, en sont inspirés dans leur architecture ; Il a également inspiré les systèmes de serveurs de courriel anonymes, tels que Mixmaster.

Les premiers « vrais » mix networks^[3] apparaissent dans les années 2020, après le développement des systèmes décentralisés à grande échelle, et les avancées académiques dans les systèmes de protection de la vie privée.

Le concept des réseaux de mélange (mix networks) a été introduit en 1979 (puis publié en 1981^[2]) par David Chaum dans son article (et mémoire de maîtrise) Untraceable electronic mail, return addresses, and digital pseudonyms, rédigé après sa découverte des travaux sur la cryptographie à clé publique de Martin Hellman, Whitfield Diffie et Ralph Merkle. Chaum y identifie des vulnérabilités relatives à la vie privée liées aux métadonnées des communications. Parmi ces vulnérabilités figurent l’horodatage des messages envoyés et reçus, la taille des messages et l’adresse de l’expéditeur d’origine. Il cite notamment l’article New Directions in Cryptography^[4] (1976) de Martin Hellman et Whitfield Diffie comme une source d’inspiration majeure.

Dans les années 1990, des informaticiens et cypherpunks tels que Ian Goldberg et Adam Back s'emparent du concept de mix network et y apportent d’importantes contributions. Les avancées dans le domaine de la cryptographie facilitent la mise en œuvre pratique des mix networks, et les milieux académiques s'emparent du sujet, conduisant à des recherches approfondies visant à améliorer leur efficacité et leur sécurité (voir Bibliographie). Toutefois, les applications pratiques des mix networks restent limitées, et ceux-ci demeurent largement expérimentaux. On note le développement de cypherpunk remailers permettant aux utilisateurs d’envoyer des courriels anonymes en exploitant les mixnets.

Au cours des années 2000, les préoccupations croissantes concernant la protection de la vie privée en ligne mettent en évidence l’importance des concepts techniques développés dans le cadre des mix networks. Tor (The Onion Router), le plus connu, basé sur le « routage en oignon » apparaît au début des années 2000. Sans en être une implémentation directe, il s’inspire fortement des idées initiales de David Chaum. Cette période voit également l'apparition d’autres réseaux intégrant certains principes des mix networks pour renforcer la sécurité et l’anonymat des communications (Freenet en 2000, I2P en 2003).

À partir de 2013, les révélations d’Edward Snowden sur les programmes de surveillance globale américain et britannique renforcent l'intérêt pour le concept de mix networks pour la protection de la vie privée, et en particulier pour les métadonnées.

L'architecture « Loopix »^[5], présentée en 2017, rassemble plusieurs éléments techniques pré-éxistants (dont le format de paquet « Sphinx »^[6], l'envoi des paquets selon un processus de Poisson, les délais de mixage selon des lois exponentielles^[7], le trafic factice « en boucles »^[8], ou encore la disposition des nœuds de mixage selon une topologie stratifiée) pour arriver à l'architecture contemporaine d'un mix network. L'essor des blockchains laisse envisager le développement de systèmes décentralisés à grande échelle.

Différents programmes de recherche et développement publics et privés aboutissent et permettent la réalisation des premiers « vrais » mix networks à grande échelle. En 2025, plusieurs réseaux^[3] dont 0KN, HOPR, Katzenpost, Nym ou xx.network (dirigé par David Chaum) sont en développement actif.

Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ?

Le protocole s'appuie sur un ensemble de serveurs de re-transmission des messages. Le réseau utilise des algorithmes de cryptographie asymétrique pour protéger ses communications.

Supposons qu'Alice souhaite envoyer un message à Bob à travers un mix network.

Soient:

•   M e s s {\displaystyle \scriptstyle \ Mess} le message texte clair à transmettre.

• N {\displaystyle N} le nombre de serveurs/nœuds appartenant au mix network

• soit pour i ∈ [ 1.. N ] {\displaystyle i\in [1..N]} :
  • S i {\displaystyle S_{i}} les noms des serveurs du réseau
  • A i {\displaystyle A_{i}} leurs adresses respectives
  • K p i {\displaystyle K_{p_{i}}} leurs clés publiques respectives
• Par convention, on notera que Alice opère le serveur S A {\displaystyle S_{A}} et Bob le serveur S B {\displaystyle S_{B}} , avec adresses A A {\displaystyle A_{A}} , A B {\displaystyle A_{B}} et clé publiques K p A {\displaystyle K_{p_{A}}} , K p B {\displaystyle K_{p_{B}}} ^[9]
• K p x (   d a t a {\displaystyle K_{p_{x}}(\scriptstyle \ data} ) {\displaystyle )} le résultat du chiffrement de la donnée   d a t a {\displaystyle \scriptstyle \ data} par la clé publique K p x {\displaystyle K_{p_{x}}} .
• soit l'entier n {\displaystyle n} la longueur du chemin d'envoi choisie par Alice (voir plus loin)^[10]
• soit C {\displaystyle C} le chemin de l'envoi (voir plus bas), une n-uplet ( C j ) {\displaystyle (C_{j})} avec j ∈ [ 1.. n ] {\displaystyle _{j}\in [1..n]} de n {\displaystyle n} nœuds du réseau sur ( S 0 , . . . S N ) {\displaystyle (S_{0},...S_{N})} , avec possible répétition.

Chaque nœud se déclare auprès de tous les autres participants en indiquant son adresse (suivant un protocole de communication quelconque) et sa clé publique.

Alice décide de la longueur de la chaîne d'envoi n {\displaystyle n} en fonction du niveau de sécurisation (chaîne plus longue) et de rapidité (chaîne plus courte) qu'elle estime acceptable.

Alice choisit suivant une méthode discrétionnaire un chemin représenté par une liste C {\displaystyle C} de n {\displaystyle n} éléments de ( S 1 , . . . S N ) {\displaystyle (S_{1},...S_{N})} . Cette liste représente, dans l'ordre, la liste des serveurs par lesquels le message va transiter.

Considérons le cas simple où n = 1 {\displaystyle n=1} , soit le message va être transmis par Alice à un unique serveur qui va le renvoyer à Bob. Dans ce cas la liste C {\displaystyle C} comporte unique élément C 1 {\displaystyle C_{1}} tel qu'il existe un indice j ∈ [ 0.. N ] {\displaystyle j\in [0..N]} tel que C 1 = S j {\displaystyle C_{1}=S_{j}} .

Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ?

Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ?

Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ?

• (en) David Chaum, « Untracable electronic mail, return addresses, and digital pseudonyms », Communications of the ACM, vol. 24, n^o 2,‎ 1981, p. 84-90 (DOI 10.1145/358549.358563, lire en ligne)
• (en) Dogan Kesdogan, Jan Egner et Roland Büschkes, « Stop-And-Go-MIXes Providing Probabilistic Anonymity in an Open System », n the Proceedings of Information Hiding Workshop (IH 1998),‎ 1998 (lire en ligne [PDF])
• (en) Andrei Serjantov et George Danezis, « Towards an information theoretic metric for anonymity », Proceedings of the 2nd International Conference on Privacy Enhancing Technologies, vol. PET'02,‎ 14 avril 2002, Pages 41 - 53 (lire en ligne)
• (en) George Danezis, « Statistical Disclosure Attacks », Security and Privacy in the Age of Uncertainty. SEC 2003. IFIP — The International Federation for Information Processing, vol. vol 122,‎ 2003, pp 421–426 (ISBN 978-1-4757-6489-5, DOI 10.1007/978-0-387-35691-4_40)
• (en) Claudia Díaz, Stefaan Seys, Joris Claessens et Bart Preneel, « Towards Measuring Anonymity », Privacy Enhancing Technologies. PET 2002. Lecture Notes in Computer Science, Springer, Berlin, Heidelberg, vol. vol 2482,‎ 24 juin 2003 (ISBN 978-3-540-00565-0, DOI 10.1007/3-540-36467-6_5, lire en ligne)
• (en) George Danezis, Roger Dingledine et Nick Mathewson, « Mixminion: design of a type III anonymous remailer protocol », 2003 Symposium on Security and Privacy, 2003, Berkeley, CA, USA, IEEE,‎ 21 mai 2003 (ISBN 0-7695-1940-7, ISSN 1081-6011, DOI 10.1109/SECPRI.2003.1199323)
• (en) George Danezis et Ian Goldberg, « Sphinx: A Compact and Provably Secure Mix Format », 2009 30th IEEE Symposium on Security and Privacy,‎ 18 août 2009 (ISBN 978-0-7695-3633-0, DOI 10.1109/SP.2009.15, lire en ligne)
• (en) Ania M. Piotrowska, Jamie Hayes, Tariq Elahi, Sebastian Meiser et George Danezis, « The Loopix Anonymity System », 26th USENIX Security Symposium (USENIX Security 17), Vancouver, BC, USENIX Association,‎ août 2017, p. 1199--1216 (ISBN 978-1-931971-40-9)

• Portail de l'informatique théorique
• Portail de la cryptologie