Was ist ein Mixnet? Unübertroffene Online-Privatsphäre mit einem VPN

Metadaten: Das VPN-Datenschutzleck

VPNs sind digitale Datenschutz-Tools, aber die meisten können nicht wirklich garantieren, dass das, was wir online tun, privat bleibt. Ein Teil des Problems ist architektonischer Natur: Sie leiten deinen Datenverkehr einfach über ihre Server weiter, bieten aber keinen Schutz für die Muster deiner Kommunikation. Da Online-Kommunikation in der Regel doppelt verschlüsselt wird – einmal durch den HTTPS-Webdienst und noch einmal zwischen unserem Gerät und dem VPN-Server – was genau würde da eigentlich preisgegeben werden?

Metadaten: das eklatante Problem, das im Kampf um den Online-Datenschutz im Vordergrund steht.

Was genau sind eigentlich Metadaten? Das bedeutet wörtlich genommen einfach Daten über die Daten. Dazu könnten Zeitstempel (wann du dich online mit etwas verbunden hast), Häufigkeit (wie oft eine Verbindung hergestellt wird), Dauer (Länge der Verbindung) und Nachrichtengrößen (wie viele Daten übertragen wurden) gehören. Ohne dass der Inhalt dessen, was du online getan oder gesagt hast, selbst sichtbar ist, könnte das alles wie eine Reihe irrelevanter quantitativer Details wirken. Leider ist das Gegenteil der Fall: Es könnte tatsächlich mehr über dich verraten als der Inhalt selbst.

Metadaten können zusammengestellt und in der Verkehrsanalyse genutzt werden, um eine Nachricht von A nach B zu verfolgen und so zu erfahren, wer mit wem spricht, wohin Transaktionen gesendet werden, welche Websites besucht werden oder welcher Artikel gelesen wird. Deine IP-Adresse ist selbst ein Metadatenelement, das dein Gerät, deinen Standort, deinen Internetanbieter usw. identifiziert. Wenn man all diese Informationen zusammennimmt, lassen sich damit die Gewohnheiten, politischen Präferenzen, sozialen Beziehungen, das Kaufverhalten und andere intime Details des Privatlebens sowie der Gemütszustände von Menschen vorhersagen.

Außerdem genießen Metadaten keinen rechtlichen Schutz in der Weise, wie [personenbezogene Daten](https://europa.eu/youreurope/citizens/consumers/internet-telecoms/data-protection-online-privacy/index_en.htm. Jeder, der über das technische Know-how und die richtigen Tools verfügt, kann Nutzer digital identifizieren, um Metadaten zu sammeln oder auszuspionieren. Es steht somit Cyberangreifern, Regierungen, Datenhändlern, Unternehmen und Online-Diensten weit offen, diese Daten zu sammeln und auszunutzen. Viele scheinbar „kostenlose“ VPN-Dienste haben versteckte Kosten: Ohne Einnahmen aus Kunden und ohne Engagement sind sie lediglich Mittel für VPN-Unternehmen, um Nutzerdaten zu sammeln und diese in großen Mengen an Datenbroker zu verkaufen.

Doch selbst wenn zuverlässigere VPN-Dienste den Schutz der Privatsphäre ihrer Nutzer versprechen, machen ihre physische Infrastruktur und mögliche Protokollierungspraktiken alle unsere Metadaten anfällig für Datenschutzverletzungen. Das mag deine Aktivitäten vor deinem Internetdienstanbieter (ISP) oder deine IP-Adresse vor einer Website verbergen, verhindert aber nicht, dass ein einziger erfolgreicher Sicherheitsverstoß in der VPN-Datenbank diese in die Hände von jemandem gelangen lässt, der darauf aus ist, all deine digitalen Spuren zurückzuverfolgen.

Tools wie herkömmliche VPNs, Proxys und verschlüsselte Messaging-Dienste tragen alle zum Datenschutz der Nutzer bei. Aber selbst die leistungsstärksten bestehenden Datenschutztechnologien wie Tor können das Problem des Metadatenverlusts und der Nachverfolgung nicht lösen.

Mixnets

In den letzten Jahren hat das Nym-Team aus führenden Datenschutzwissenschaftlern, Forschern und Kryptografen (vom MIT, der UCL, der KU Leuven und der EPFL) unermüdlich daran gearbeitet, dieses große Problem im Bereich des Online-Datenschutzes zu lösen. In gewisser Weise ist es ein Problem, das aus den Kernprotokollen des Internets selbst herrührt: Sie alle legen Kommunikationsmuster offen.

Wie wir sehen werden, bieten Nyms Noise Generating Mixnet und NymVPN, das darauf läuft, eine Reihe bahnbrechender Datenschutzmaßnahmen für Nutzer. Aber schauen wir uns zunächst einmal an, wie Mixnets funktionieren und woher die Idee stammt.

Wie funktioniert ein Mixnet?

Es gibt ein altes Sprichwort: „Es gibt mehr Möglichkeiten, ein Kartenspiel zu mischen, als es Atome auf der Erde gibt.“ Ein Mix-Netzwerk nutzt dieses Prinzip, indem es Kommunikationspakete wie ein Kartenspiel mischt. Anstatt Datenverkehr von Punkt A nach Punkt B zu senden, wird eine Nachricht in identisch aussehende, verschlüsselte Pakete aufgeteilt, bevor sie durch eine Abfolge von Servern, den sogenannten „Mix-Knoten“, geleitet wird. Um die Sache noch komplizierter zu machen, können sogar Dummy-Datenpakete ins Netzwerk eingeschleust werden, um die Vorgänge im gesamten Netzwerk noch weiter zu verschleiern (sogenannter „Cover Traffic“).

Eine Mixnet-Architektur macht die Analyse des Datenverkehrs nahezu unmöglich. Außerdem löst es, wie wir bei NymVPN in der Praxis sehen werden, das Problem des Metadaten-Lecks aus zentralen Internetprotokollen.

Die Geschichte der gemischten Netzwerke

Wissenschaftler und Forscher versuchen schon seit Langem, das Problem des Datenschutzes bei Metadaten zu lösen. In den 1970er Jahren konzipierte der wegweisende Kryptograf David Chaum mit großer Weitsicht erstmals ein „gemischtes Netzwerk“, um die Muster der übertragenen Daten zu schützen. Chaum schlug ein dezentrales Netzwerk von Relais vor, das darauf ausgelegt war, Metadaten in der Internetkommunikation zu verbergen, sodass sie nicht mit Nutzern in Verbindung gebracht werden konnten.

Traditionelle Mixnets, wie Chaum sie sich vorstellte, ordneten Server (oder Knoten) in einer „festen Kaskade“ an, in der jedes Datenpaket sequenziell in Stapeln weitergeleitet wird (siehe Abbildung unten).

Jedes Paket wird auf Layer-Ebene verschlüsselt – ähnlich wie bei der „Onion-Verschlüsselung“ von Tor – unter Verwendung von Public-Key-Kryptografie [/blog/what-is-encryption]. Das verschlüsselte Paket wird über mehrere Knoten weitergeleitet, die das Paket vermischen. Jeder Knoten mischt die Reihenfolge der Pakete (Mixing) und entfernt eine Verschlüsselungsebene, um Anweisungen zu erhalten, wohin das Paket als Nächstes gesendet werden soll. Dadurch wird der Absender vom Empfänger entkoppelt, da jeder Knoten nur den nächsten Knoten sehen kann, nicht aber die ursprüngliche Quelle oder das Ziel. Dies verhindert zudem, dass Beobachter, die das Netzwerk überwachen, die Datenpakete anhand der Reihenfolge ihres Binärcodes – der 1en und 0en, aus denen alle Daten bestehen – zurückverfolgen können.

Es gab bereits Versuche, dieses Konzept umzusetzen, doch sie sind aus verschiedenen Gründen gescheitert. Das Hauptproblem ist, dass das Modell nur schlecht skalierbar ist. Jeder Client und jeder Mix-Knoten muss Public-Key-Kryptografie durchführen, was zeitaufwendig ist. Die Latenz wird zu einem echten Problem.

Im Laufe der Jahre haben Basisgruppen, Internetforscher und Wissenschaftler versucht, funktionierende Mixnets zu entwickeln. Einige davon funktionierten zwar, wenn auch mit Einschränkungen. Doch erst mit NymVPN kann ein funktionierendes, praxiserprobtes Mixnet gleichzeitig Anonymität und Skalierbarkeit bieten.

Noch wichtiger ist, dass das sogenannte „Anonymitätsset“ auf die Menge der Datenpakete in einem einzelnen „Batch“ gemischter Daten begrenzt wurde. Aber was ist ein Anonymitätsset und wie wurde es verbessert?

Anonymity Set erklärt

Ein Anonymitätsset bedeutet im Wesentlichen Sicherheit durch die Masse. Stell dir vor, du wirst verfolgt und willst versuchen, deinen Verfolger abzuschütteln. Wenn du ganz allein im Freien unterwegs bist, kannst du leicht entdeckt werden. Wenn du dich jedoch in eine große Menschenmenge begibst, wird es viel schwieriger, dich zu identifizieren und zu verfolgen. Das ist das Prinzip eines Anonymitätssatzes: Je mehr Daten in einem Netzwerk vorhanden sind, desto schwieriger ist es, einzelne Datenelemente zu de-anonymisieren. Man geht sozusagen „in der Masse unter“.

Eine der größten Herausforderungen beim Aufbau eines funktionierenden Mixnets besteht darin, die Anonymität zu wahren und gleichzeitig Skalierbarkeit zu ermöglichen. Chaumianische Mix-Netzwerke nutzen eine einzige Kaskade und die „Batch-and-Reorder“-Technik, bei der die Gesamtdatenmenge im Batch der maximalen Größe des Anonymitätssatzes entspricht. Dies begrenzt sozusagen die Größe der „Masse“ auf eine niedrigere Obergrenze. Das Nym-Mixnet-VPN nutzt jedoch eine geschichtete Topologie. Dies sorgt für einen viel größeren Anonymitätssatz, da das Netzwerk auf Skalierbarkeit ausgelegt ist. Vergleichen wir das geschichtete Modell einmal visuell mit anderen Mixnet-Entwürfen:

![Messari]https://strapi-www-nym-com.sos-ch-dk-2.exo.io/messari_understanding_nym_ad4bb40973.jpg

[Quelle: Messari/Understanding Nym-Bericht]https://messari.io/report/understanding-nym

NymVPN-Mixnet in der Praxis

Nyms Noise Generating Mixnet ist die einzige Technologie auf dem Markt, die das Problem des Metadaten-Lecks löst, und sie ist auf Knopfdruck über NymVPN verfügbar. Das Nym-Mixnet sorgt dafür, dass nicht nur deine Inhalte geschützt sind, sondern auch deine Metadaten und Kommunikationsmuster. Das ist etwas, was kein anderer bestehender VPN-Anbieter oder keine andere Datenschutztechnologie bieten kann. So funktioniert’s:

Verschlüsselung

Der NymVPN-Mixnet-Modus verschlüsselt den Datenverkehr der Nutzer mit einer mehrschichtigen und onion-ähnlichen Verschlüsselung namens Sphinx. Sphinx wurde speziell für Multi-Hop-Routing entwickelt, wobei alle wesentlichen Routing-Informationen im Paket selbst enthalten sind, wodurch weitere Berechnungen entfallen. Dies ist ein entscheidendes Merkmal im Vergleich zum ursprünglichen Mixnet-Design, bei dem jeder Knoten seine eigene Verschlüsselung hinzufügen musste, was zu Latenz bei der Übertragung führte. Beim Nym-Mixnet erfolgt die Paketverarbeitung innerhalb von Hunderten von Nanosekunden, sodass nur minimale Latenzverluste entstehen und eine effiziente Netzwerkleistung gewährleistet ist.

Multi-Hop-Routing

Im Mixnet-VPN-Modus wird der Datenverkehr der Nutzer über 5 Hops geleitet: ein Entry-Gateway, drei Mix-Knoten und ein Exit-Gateway. Während deine Sphinx-Pakete gleicher Größe die 5 Hops durchlaufen, werden sie mit gefälschtem, nicht unterscheidbarem Cover-Traffic vermischt, um Beobachter des Netzwerks weiter zu verwirren. Die drei inneren Knoten im 5-Hop-Pfad führen ein ausgeklügeltes Paket-Shuffling durch, um sicherzustellen, dass sie anhand des Zeitablaufs nicht mit dem Nutzer in Verbindung gebracht werden können.

Die stratifizierte Topologie von Nym verfügt über drei Ebenen von Knoten für die Mix-Knoten-Hops. Wenn ein Paket weitergeleitet wird, wird aus jeder Schicht zufällig ein Mix-Knoten ausgewählt. Da die Nachfrage nach dem Netzwerk steigt, lassen sich die Ebenen einfach horizontal skalieren, sodass für jede Nutzungsstufe stets ein optimales Anonymitätsset gewährleistet ist. Das Schöne an diesem System ist, dass das Netzwerk so konzipiert ist, dass es sowohl nach oben als auch nach unten skaliert werden kann. Bei geringer Nutzung verfügen die Schichten über weniger Knoten und fügen Scheindatenverkehr hinzu, damit die Anonymität weiterhin gewährleistet bleibt. Wenn die Nachfrage steigt, werden weitere Knoten aktiviert. Dieses vernetzte Design ermöglicht eine horizontale Skalierung des Mixnets, was bedeutet, dass die Netzwerkkapazität jederzeit durch Hinzufügen weiterer Server erhöht werden kann.

NymVPN-Datenschutzfunktionen

• Verschlüsselt Daten mit einer neuartigen mehrschichtigen Sphinx-Verschlüsselung
• Schützt deine Daten und Metadaten während der Übertragung
• Ist ein dezentrales Netzwerk, das Unlinkbarkeit bietet
• Wird von einem anreizbasierten Netzwerk angetrieben und ist auf Skalierbarkeit ausgelegt
• sorgt für Cover-Traffic und gewährleistet so ein großes Anonymitätsset für robusten Datenschutz
• Bietet unvergleichlichen Schutz für Anwendungsfälle mit hohen Datenschutzanforderungen wie das Senden und Empfangen sensibler E-Mails, Nachrichten und Krypto-Transaktionen

NymVPN: Mixnets zum Leben erwecken

Nach jahrelanger Forschung hat das Nym-Team ein effektives Mixnet geschaffen, das nicht nur skalierbar ist, sondern bei dem sich die Anonymität mit zunehmender Größe des Mixnets sogar noch verbessert. Der Aufbau eines praxiserprobten, funktionierenden Mixnets mit einer vollständig dezentralen Architektur ist eine unglaubliche Leistung. Mixnets bieten die Vision eines zukünftigen dezentralen Internets, in dem Menschen echte Kontrolle darüber haben, wie ihre Daten und Metadaten genutzt und verwaltet werden, ohne Opfer von Spionage und Überwachung zu werden.

Wie wir gesehen haben, neigen Mixnets zu Latenzproblemen, die die Datenübertragung verzögern. Uns ist auch klar, dass nicht der gesamte Online-Datenverkehr für die Nutzer die gleiche Priorität in Bezug auf den Datenschutz hat. Zu diesem Zweck wurde NymVPN so konzipiert, dass Nutzer das Beste aus beiden Welten genießen können: hohe Geschwindigkeit und Datenschutz sowie starken Datenschutz, wenn du ihn am dringendsten brauchst. NymVPN bietet somit zwei Modi in einer App:

• Ein dezentraler 2-Hop-VPN-Modus mit dem WireGuard-Protokoll, der erstklassige Sicherheit und Geschwindigkeit für den täglichen Internetgebrauch wie Surfen, Gaming und Streaming bietet.
• Ein 5-Hop-Mixnet-Modus für bestmöglichen Datenschutz bei besonders sensiblen Anwendungsfällen wie dem Senden und Empfangen von E-Mails, sicherem Messaging und Krypto-Transaktionen.

NymVPN bietet zum ersten Mal überhaupt einen beispiellosen Zugang zum Nym-Mixnet. Also schließ dich noch heute der NymVPN-Revolution an und trage deinen Teil zum Aufbau eines privateren Internets der Zukunft bei.