إعادة التفكير في الشبكة المعشقة للبيئات المزدحمة

يتم الآن إعادة تصور تقنية الشبكات اللامركزية التي تم تصميمها في الأصل لساحات القتال وBurning Man من الألف إلى الياء.

ظهرت الشبكات المعشقة – التي سُميت على اسم اتصالاتها الشبيهة بشبكة صيد السمك – على مدار العقود القليلة الماضية نتيجة لأبحاث رياضية صارمة حول الحفاظ على تدفق البيانات حتى عند فشل أجزاء من النظام. لكن النظرية لم تتطابق دائمًا مع الواقع. لقد أثبتت الشبكات المتداخلة في العالم الحقيقي أنها عرضة لعمليات إيقاف التشغيل في بعض الإعدادات ذاتها، مثل أنواع معينة من الحشود الكبيرة، والتي من المفترض أن تكون جيدة في التعامل معها.

لذلك قام باحثون من جامعة جونز هوبكنز وهارفارد وكلية مدينة نيويورك مؤخرًا ببناء نموذج أولي لنظام شبكي شبكي تم تعزيزه ليناسب بعض البيئات الأكثر تحديًا وخلافًا: الاحتجاجات السياسية.

في ورقة بحثية تم تقديمها الأسبوع الماضي في مؤتمر ACM حول أمن الكمبيوتر والاتصالات في تايبيه، أعلن الباحثون عن نموذج أولي لشبكة شبكية تسمى Amigo. كبداية، تم تصميم أميغو للعمل في بيئات حيث تم قطع الإنترنت، كما رأينا خلال الاضطرابات في الهند والعراق وسوريا، من بين بلدان أخرى.

يقول توشار جويس، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية في سيتي كوليدج: “إن إغلاق الإنترنت خلال أوقات الاحتجاجات المدنية الكبرى هو وسيلة لمنع الناس من القدرة على التنظيم والاجتماع معًا”. “وهذا هو ما نقوم بتخصيص التكنولوجيا الخاصة بنا من أجله.”

يقترح أميغو ثلاث طرق على الأقل لتعزيز الأساليب التقليدية في التعامل مع الشبكات المتداخلة. تكشف الدراسات الحديثة حول انقطاع الشبكات في سيناريوهات الاحتجاج عن مشكلات مثل فشل تسليم رسائل الشبكة، والظهور خارج النظام، وتعريض المستخدمين للتتبع – حتى لو كانت العقد في الشبكة (مثل الهواتف التي تقوم بتشغيل تطبيق الشبكة) بجوار بعضها البعض. وجد الباحثون أن التحديق تحت الاتصالات عالية المستوى والمشفرة للشبكة المتداخلة وصولاً إلى عمليات Wi-Fi الأساسية كشف عن فرص فشلت الشبكات المتداخلة السابقة في اغتنامها.

يقول جويس: “القصة هي أن التشفير وحده لن ينقذنا”. قدم جويس وزملاؤه نسخة من ورقة أميغو الخاصة بهم في وقت سابق من هذا العام في مؤتمر Real World Cryptography في صوفيا، بلغاريا.

لماذا تعتبر الاحتجاجات السياسية مهمة في الشبكات المتداخلة؟

صديق استخلص الدروس الرئيسية من مجموعة من دراسات على الشبكات المعشقة في مجموعة من الاحتجاجات السياسية الأخيرة – بما في ذلك الإجراءات المؤيدة للديمقراطية في هونغ كونغ في عامي 2019 و20.

على سبيل المثال، قد تؤدي الطريقة التي تعاملت بها الشبكات المتداخلة السابقة مع توجيه رسائلها إلى إغراق المنطقة عن طريق الخطأ. يمكن أن تقوم العقد المتعددة في الشبكة المجهدة بضخ رسائل زائدة عن الحاجة إلى الشبكة، مما يتسبب في تباطؤ الاتصالات إلى حد الزحف. على النقيض من ذلك، تشكل أميغو ما يسميه الباحثون “المجموعات” الديناميكية – حيث تتبادل العقد القائدة المعينة فقط الرسائل مع بعضها البعض، بينما تتحدث العقد العادية مع قائدها فقط. ويقول الباحثون إن هذه التقنية تقلل بشكل كبير من حركة الرسائل، مما يقلل من فرصة توقف الشبكة عن العمل.

يقول جويس: “نحن أحد الأشخاص الذين اكتشفوا أنه في الرسائل الشبكية الآمنة، كانت لدينا هذه النقطة العمياء”. “لذلك اقترحنا بعض الخوارزميات الجديدة التي تساعد في معالجة هذه النقطة العمياء. يتيح التوجيه الجماعي الديناميكي بشكل أساسي لمجموعات العقد تنظيم وحدات التوجيه ذاتيًا في منطقة جغرافية استنادًا إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).”

مثال آخر هو نهج أميغو في التشفير وإخفاء الهوية. لم توفر البيئات الشبكية السابقة طريقة سهلة لإزالة الأعضاء من المجموعات المشفرة. (في سياق الاحتجاج، قد تكون إزالة المجموعة ضرورية، على سبيل المثال، لأن الجهاز أو مستخدمه قد تم القبض عليه من قبل السلطات.) كما تسربت معايير الشبكات القديمة أيضًا البيانات الوصفية التي يمكن أن تكشف عن أعضاء آخرين في المجموعة. يهدف Amigo إلى تصحيح كلتا المشكلتين.

يقول جويس: “الشيء الوحيد الذي نتحدث عنه هو عدم الكشف عن هويته من الخارج”. “الأشخاص الذين هم خارج مجموعتك لا يعرفون أن المجموعة موجودة.” ويقول إن أميغو تضيف خوارزميات جديدة لضمان عدم الكشف عن هوية الطرف الخارجي وإزالة المجموعة. ويضيف Jois أن Amigo تهدف إلى تحقيق هذه الأهداف مع الاحتفاظ بحماية شبكات الرسائل المشفرة الحالية مثل WhatsApp وSignal.

يضيف جويس، تقليديًا، توفر الرسائل المشفرة اثنتين من الميزات المهمة. تتضمن إحدى الميزات حماية الرسائل السابقة: عبر “السرية الأمامية”، حتى لو سُرقت المفاتيح اليوم، تظل الرسائل السابقة آمنة. أما الآخر فيتضمن حماية الرسائل المستقبلية: من خلال “الأمن بعد الاختراق”، فحتى النظام المخترق يمكن أن يتعافى من خلال توليد مفاتيح جديدة وبالتالي منع المتسلل من الوصول إلى الاتصالات المستقبلية. يحتفظ Amigo بكلتا الميزتين.

“نضيف [our new protections] “إلى السرية الأمامية الكلاسيكية وأمن ما بعد التسوية، “يقول جويس. “ولكن ربما يكون هناك المزيد من الخصائص التي نحتاجها من منظور أمني. لذلك أعتقد أن التوفيق بين كل هذه الأشياء سيكون ممتعًا.

ويضيف ديوغو باراداس، الأستاذ المساعد لعلوم الكمبيوتر في جامعة واترلو في كندا، أن أميغو يمكن أن تجد تطبيقات تتجاوز الاحتجاجات السياسية.

يقول باراداس، وهو ليس ضمن فريق أميغو: “هناك سيناريو آخر تكون فيه ديناميكيات الحشود ذات أهمية خاصة، وتشمل سيناريوهات الكوارث الطبيعية – مثل الفيضانات والحرائق والزلازل – حيث قد تصبح الاتصالات عبر الإنترنت غير متاحة”. “ويجب على المواطنين المتضررين والمستجيبين الأوائل والمتطوعين التنسيق لضمان الاستجابة المناسبة.”

قام المطورون ببناء شبكة أميغو المتداخلة حول نماذج رياضية للحشود تعتمد على دراسات للحشود في العالم الحقيقي. كورا رويز

الشبكات المعشقة اليوم لا تعرف شيئًا عن الحشود

ينبثق فحص نهائي واقعي لمعايير الشبكات من دراسة جديدة لكيفية تعامل الشبكات المعشقة مع الحشود.

كورا رويز هي طالبة دراسات عليا في مختبر Jois للأمن والخصوصية وهندسة التشفير في City College. لقد كانت تحقق في أسلوب “المشي العشوائي” لنمذجة الحشود في معظم بيئات الشبكات المتداخلة.

مثل جزيئات النيتروجين والأكسجين في عينة من الهواء، يتم تصور العقد الشبكية الفردية اليوم بحيث تتبع كل منها مسارات عشوائية لا ترتبط حركاتها بالعقد القريبة. إذا كان هذا، كما يقول رويز، هو كيف تقوم الشبكات المتداخلة بنمذجة سلوك الحشود رياضيًا، إذن لا عجب تتعطل الشبكات المعشقة في بيئات معينة في العالم الحقيقي.

يقول رويز عن النماذج الشبكية التقليدية لسلوك الحشود: “لا يوجد فهم حقيقي للطريقة التي يتحرك بها المتظاهرون جسديًا في هذه الاحتجاجات المدنية الحاشدة”. “وبدون وجود هذا الفهم للطريقة التي يتحرك بها الناس وما الذي يحرك الحركة، وكيف تبدو على أي مستوى، سيكون من المستحيل تقريبًا تطوير حل مخصص حقًا.”

لذا، بدلًا من ذلك، تستكشف رويز طرقًا لجلب نماذج لما تسميه الحشود النفسية إلى خوارزميات الشبكة المتداخلة. وقد وصفت هذا العمل في أغسطس في مؤتمر Hackers on Planet Earth في كوينز، نيويورك

وتقول: “الحشود النفسية هي تجمع الناس في مكان لديهم شعور مشترك معين بالذات”. “وهذا الشعور المشترك بالذات يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على الطريقة التي يتحرك بها الناس. فهم يميلون إلى الاقتراب من بعضهم البعض. ولا يتسامحون مع وضع مسافة كبيرة بين بعضهم البعض. إنهم يتحركون بشكل أبطأ.”

يقول جويس إن تطوير نماذج رياضية أكثر واقعية للحشود النفسية هو جهد متعدد التخصصات. إنها جزء من الرياضيات، وجزء آخر من علم الاجتماع وعلم نفس المجموعة. “[Ruiz’s] العمل الحالي يدور حول تحديد ديناميكيات الاتصالات و [group] يقول: “الديناميكيات من خلال الذهاب للنشطاء والصحفيين الاحتجاجيين – في هذه الأماكن التي يشيع فيها قطع الإنترنت – ومعرفة احتياجاتهم”.

ويضيف رويز: “نظرًا لأن الشبكات المتداخلة تتأثر بشدة بالحركة المادية وأنماط حركة المرور، فإن الحصول على فهم قوي يعد أمرًا أساسيًا لتعزيز Amigo وغيرها من أدوات المراسلة المتداخلة المستقبلية.”

يضيف جويس أن أميغو استلهمت نماذجها الجماهيرية من وثيقة أنشأها المتظاهرون المؤيدون للديمقراطية في هونغ كونغ في عام 2019، تنصح زملائها النشطاء بكيفية السير والتجمع. ومن هذه الدراسات وغيرها التي يمكن أن تساعد في ابتكار نماذج رياضية لحركات الحشود في العالم الحقيقي، يقول جويس إن أميغو تمثل خطوة تالية مهمة نحو جلب الشبكات المتداخلة إلى العالم الحقيقي.

يقول جويس: “تظهر نتائجنا أن هناك بعض الأعمال الأساسية الضرورية في الشبكات المعشقة”. “يمكننا أن نقف في مساحاتنا الأكاديمية ونقول: حسنًا، هذا ما نعتقد أنه ضروري.” ولكن ما لم نحصل على ذلك من المصدر، فإننا لا نعرف”.