معرفی صفر تا ۱۰۰ اصطلاح ادهاک و شبکه Ad Hoc؛ بررسی امنیت و نحوه کار آن

اصطلاح ادهاک به معنای ایجاد یک شبکه از سوی کاربران برای اتصال دستگاه‌های خود به یکدیگر است و زمانی که اتصال دستگاه‌ها به حد کافی برسد، شبکه ادهاک می‌تواند به یک شبکه محلی تبدیل شده و دستگاه‌ها، بدون نیاز به زیرساختی مثل اینترنت، به یکدیگر متصل شوند. البته امروزه شبکه‌های Ad hoc مستقل نیستند؛ به طوریکه دستورالعمل‌های خاصی برای آنها وضع شده و به مفاهیم فنی شبکه زیرساخت خود وابستگی دارند. بنابراین کاربران برای استفاده از آن باید نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای سازگار با زیرساخت آن را نصب کنند. مثالی از شبکه Ad hoc در بلاکچین، یک سازمان غیرمتمرکز خودگردان (Dao) است که می‌تواند افراد، اطلاعات و منابع را برای هدفی خاص به هم متصل کند. در این مقاله به مفهوم ادهاک، کاربردها، مزایا و معایب آن می‌پردازیم.

شبکه Ad hoc چیست؟

Ad hoc در زبان لاتین به معنی «برای این هدف» است؛ بنابراین این شبکه‌ها برای اهداف مشخصی مانند کاربردهای نظامی، سیاسی، امداد و نجات و غیره ایجاد می‌شوند. یک شبکه زمانی می‌تواند به‌عنوان Ad hoc تعریف شود که به زیرساخت دیگری وابسته نباشد؛ مگر آنکه به سرویس‌های خارج از شبکه مانند درگاه‌های اینترنتی متصل باشد. شبکه‌های غیرمتمرکز اغلب به عنوان ادهاک شناخته می‌شوند، زیرا به یک مرکز کنترل متمرکز متصل نیستند. این شبکه‌ها از همتاها (Peer) تشکیل شده‌اند و هر همتا به‌عنوان یک نود برای ارسال داده به سایر نودها عمل می‌کند. برای مشارکت در این نوع شبکه‌ها، کاربران باید از نرم‌افزار و سخت‌افزار مخصوصی بهره‌مند باشند.

امروزه تلفن‌های هوشمند می‌توانند از طریق بلوتوث یا وای فای، یک شبکه Ad hoc تشکیل دهند. در نتیجه یک معماری جدید شبکه از طریق زیرساخت دیجیتالی ایجاد می‌شود و می‌تواند تبدیل به یک شبکه محلی شود. ترکیب ادهاک با دیگر تکنولوژی‌ها مانند بلاکچین، امکانات جدید اجتماعی، اقتصادی و سیاسی برای آن فراهم می‌کند.

تاریخچه اصطلاح ادهاک

شبکه Ad hoc حاصل تحقیق و توسعه در شبکه‌های ارتباطی توزیع شده، سیستم‌های بدون نیاز به مجوز و استانداردهای باز است. در دهه ۱۹۶۰ سیستم محاسبات توزیع شده برای شبکه‌ها، به‌عنوان راه‌حلی در برابر تهدید حملات نظامی معرفی شد.

طی تحقیقات نظامی سازمان RAND در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، پل بران (Paul Baran) یک مقاله ۱۳ صفحه‌ای با عنوان On Distributed Communications  نوشت و در آن، این اصطلاح را برای اولین بار معرفی کرد. در سیستم‌های توزیع شده، تمام نودهای یک شبکه باید از طریق چندین حلقه ارتباطی به یکدیگر متصل شده تا سیستم در برابر حملات فیزیکی تقویت شود. بعدها از دل ارتباطات توزیع شده، ویژگی‌های کلیدی اینترنت و شبکه‌های ادهاک بیرون آمدند.

ابداع بران در آن زمان، ساختار شبکه داخلی یا اینترانت را تشکیل داد که در آن تنها افراد مجاز می‌توانستند اطلاعات حساس را به اشتراک بگذارند. در Intranet، مفاهیم «بلاک‌های پیام» و «ذخیره و ارسال»، پایه و اساس شبکه‌های توزیع شده بود که مسیرها برای ارتباط چند جهشی (Multi-Hop) نودها را به‌طور خودکار انتخاب می‌کردند. البته اینترانت، مشکلاتی در نقاط کنترل مرکزی داشت که بعدها در معماری مدرن اینترنت نمایان شد. اگر به هسته مرکزی اینترانت (و اینترنت مدرن فعلی) حمله شود، داده‌های حساس را می‌توان استخراج، حذف و یا تغییر داد! امروزه فناوری‌های غیرمتمرکز همتا به همتا مانند شبکه‌های بلاکچین عمومی، به دنبال رفع این مشکلات هستند.

شبکه‌های اینترانت اولیه

در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ سه شبکه اینترانت با نام‌های ARPANET ،ALOHAnet و PRNET برای مقاصد نظامی ایجاد شدند. امروزه از پیشرفت‌های حاصله از این سه شبکه مخصوصا PRNET، اصطلاحی به نام ادهاک سیار (MANET) به‌وجود آمده که از وای‌فای، بلوتوث و سایر تکنولوژی‌های مرتبط با فرکانس رادیویی برای ایجاد اتصال بین دستگاه‌های شخصی قابل حمل مانند لپ‌تاپ، روترهای شبکه محلی (LAN) و گوشی‌های هوشمند، بدون وجود یک نهاد مرکزی استفاده می‌کند.

در ادامه، تاریخچه کوتاهی از این سه شبکه را به همراه تکنولوژی‌هایی که بعدها از آنها استخراج شد توضیح می‌دهیم.

ARPANET: آرپانت شبکه آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته آمریکا بود. این شبکه از سوئیچینگ بسته (Packet Switching) و کنترل توزیع شده (Distributed Control) استفاده می‌کرد که بعدها هر دو تکنولوژی، به مفاهیم بنیادی کارکرد اینترنت مدرن تبدیل شدند. Packet Switching تکنیکی است که داده‌ها را داخل «بسته»هایی قرار داده و آنها را در یک شبکه دیجیتالی انتقال می‌دهد. در سیستم کنترل توزیع شده نیز کنترل کننده‌های مستقل در سراسر سیستم توزیع می‌شوند و هیچ اپراتور متمرکزی در آن وجود ندارد. در اواخر دهه ۱۹۶۰، محققان دانشگاه هاوایی برای ارسال اطلاعات بین جزایر مختلف و اتصال آنها به آرپانت، سیستم شبکه‌سازی وایرلس یا بی‌سیم را ابداع کردند، که امروزه نیز استفاده‌های گسترده‌ای دارد.

ALOHAnet: الوهانت یکی از پیشگامان شبکه‌سازی کامپیوتری بود که در دانشگاه هاوایی توسعه یافت. این سیستم از روش‌های جدید ارتباطات کامپیوتری به نام ALOHA Random Access یا دسترسی تصادفی الوها و فرکانس فوق‌العاده بالا (UHF) استفاده می‌کرد. در الوهانت، نودها برای ارسال پیام منتظر  خلوت شدن کانال خلوت نمی‌ماندن؛ بلکه منتظر دریافت تایید موفقیت‌آمیز پیام بودند و اگر پیام دریافت نمی‌شد، آن را دوباره ارسال می‌کردند. ALOHA در دهه ۱۹۷۰، در شبکه‌های کابلی Ethernet به کار رفت و پس از تحولات نظارتی در اوایل دهه ۱۹۸۰، استفاده از تکنیک‌های دسترسی تصادفی ALOHA در شبکه‌های Wi-Fi و تلفن همراه امکان‌پذیر شد.

PRNET: در سال ۱۹۷۳، پروژه شبکه امواج رادیویی PRNET برای آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (DARPA) راه‌اندازی شد و نسخه تجربی شبکه Ad Hoc سیار به شمار می‌رفت. PRNET نسخه پیشرفته‌تر الوهانت بود که مشکلاتی مانند ارتباطات چند جهشی بین وسایل سیار را برطرف می‌کرد. این سیستم نوع خاصی از امواج رادیویی را به‌صورت بسته‌ای ارسال می‌کرد که امروزه با نام روتر (Router) شناخته می‌شود. PRNET در سال ۱۹۷۷ به پیشرفت‌های قابل توجهی رسید و توانست سه نقطه را به یکدیگر متصل کند؛ اتصال یک وسیله سیار (نقطه اول) که نودهای آن در آرپانت آمریکا قرار داشت (نقطه دوم) به نودهایی در لندن (نقطه سوم).

کاربردهای شبکه Ad hoc

اصطلاح ادهاک به دلیل مزایایی که دارد، در طیف وسیعی از برنامه‌ها قابل استفاده است. در ادامه سه مورد از مهم‌ترین کاربردهای Ad hoc را توضیح می‌دهیم.

بخش نظامی

در نهادهای نظامی، از شبکه Ad Hoc سیار پیشرفته با مزایایی چون انتقال داده و مسیر سریع، انتقال لحظه‌ای نیازمندی‌های افراد، امنیت داده، برد رادیویی و ادغام با سیستم‌های موجود استفاده می‌شود.  شبکه‌های ادهاک نظامی، قابلیت برپایی سریع، عدم نیاز به زیرساخت و ارتباط با برج‌های مخابراتی ثابت را دارند. همچنین این شبکه‌ها می‌توانند در طول یک ماموریت ایجاد شوند و پس از اتمام آن توسط ناو جنگی، ربات، هواپیما یا حتی موبایل هوشمند نابود شوند تا اطلاعات حساس به‌دست دشمنان نیفتد.

اقدامات بشردوستانه

ادهاک‌های وایرلس می‌توانند در فجایع طبیعی مانند زلزله، سیل، طوفان و … که زیرساخت‌های موجود به طور موثر کار نمی‌کند، ارتباطات را برقرار کنند. برای مثال طی طوفان شدیدی که در سال ۲۰۱۲ در شهر بروکلین نیویورک رخ داد یک شبکه Ad Hoc توسط سازمان Red Hook Initiative ایجاد شد و به عنوان یک پلتفرم ارتباطی برای ساکنان این منطقه به کار رفت.

شبکه‌های Mesh وایرلس

شبکه مش به معنی اتصال داخلی قوی بین نودها یا دستگاه‌هاست که در آن، نودهای یک شبکه داده‌ها را به گره‌های دیگر رله کرده و یک شبکه غیر سلسله‌مراتبی ایجاد می‌کنند. هرچه تعداد نودها بیشتر باشد، مقاومت این شبکه نیز افزایش می‌یابد؛ بنابراین وابستگی آن به اتصالات کمتر می‌شود. امروزه در برخی مناطق مانند نیویورک و تورنتو، شبکه‌های ‌Mesh بی‌سیم برای اتصال به اینترنت ایجاد شده‌اند. در این شبکه‌ها حتی اگر یک نود به اینترنت متصل شود، همه می‌توانند به اینترنت دسترسی داشته باشند؛ زیرا هر نود می‌تواند داده‌ها را به نود دیگری در شبکه منتقل کند. در این صورت، نودی که به اینترنت متصل شده، به‌عنوان مستر نود شناخته می‌شود.

ترکیب بلاکچین با شبکه Ad hoc

امروزه از بلاکچین و رمزارزها به‌عنوان شبکه Ad Hoc برای هماهنگی‌های اجتماعی استفاده می‌شود. این زیرساخت‌های مالی، به مردم امکان انتقال دیتا (معمولا انتقال ارزش) را در یک محیط همتا به همتا و بدون نیاز به واسطه می‌دهند. از آنجایی که بلاکچین‌ها نوعی دفتر کل توزیع شده (DLT) هستند، می‌توانند برای ایجاد شبکه‌های ادهاک مفید باشند.

مدیریت زنجیره تامین

نوعی شبکه به نام VANET یا شبکه ادهاک وسایل نقلیه وجود دارد که نسخه دیگری از ادهاک سیار است. از VANETها در مدیریت زنجیره تامین استفاده می‌شود و مدل ارتباطی غیرمتمرکز بلاکچین، می‌تواند باعث تحول ارتباط شرکت‌ها با وسایل نقلیه شود. برای مثال، شرکت‌های نفتی می‌توانند از یک سیستم دیجیتالی برای نظارت بر رانندگان خود، همراه با حرکت محصول داشته باشند. به همین صورت، شرکت‌های لجستیکی نیز باید یک سیستم حمل و نقل هوشمند داشته باشند تا تاخیرها را به حداقل و تحویل را به حداکثر برسانند. اجرای VANETها می‌تواند باعث مدیریت بهتر زنجیره تامین، مدیریت پسماند جامد و غیره شود. ناظر می‌تواند تغییرات آب و هوایی، مسدود شدن جاده‌ها، تصادفات و غیره را به راننده اطلاع دهد و همچنین دقیقا ببیند که راننده در کجای مسیر قرار دارد و با توجه به میزان ترافیک، نزدیک‌ترین مسیر را به او پیشنهاد دهد. به‌علاوه اگر مشکلی مانند تصادف، راهزنی و غیره برای راننده رخ دهد، او می‌تواند به ناظر اطلاع دهد تا نیروهای کمکی ارسال کنند.

دائو به‌عنوان شبکه Ad hoc

ساختار سازمانی دائوها نیز نوعی شبکه Ad Hoc محسوب می‌شود. برای مثال، Friends with Benefits نوعی دائوی اجتماعی بین‌المللی است که در آن، کاربران به صورت آنلاین در یک چت گروهی ارتباط برقرار کرده و حتی مهمانی‌ها و رویدادهایی را نیز در دنیای واقعی برگزار می‌کنند.

تعدادی دائوی دیگر نیز به‌عنوان سازمان‌های جذب سرمایه موقت برای حمایت از اهداف خاصی مثل بحران جنگی اوکراین ایجاد شده‌اند. در مجموع سیستم دائو می‌تواند شبکه Ad hoc سریع، منسجم و غیر متمرکز را برای اهداف مختلف ایجاد کند.

کمک مالی از طریق ادهاک‌های کریپتویی

نمونه دیگر استفاده کریپتو در ادهاک، کمک مالی سازمان غیرانتفاعی Oxfam (سازمان بریتانیایی متشکل از ۲۱ خیریه با هدف مبارزه با فقر جهانی) است. در سال ۲۰۱۹ این سازمان از ارز دیجیتال دای برای انتقال کمک‌های مالی به جزیره Vanuatu استفاده کرد.

هدف Oxfam این بود که به اقتصاد محلی این جزیره کمک کند؛ زیرا به عنوان پرریسک‌ترین کشور در برابر بلایای طبیعی در جهان شناخته می‌شود. Oxfam با همکاری شرکت کانسنسیس، پروتکل Maker و استارتاپ استرالیایی Sempo به فروشندگان محلی این جزیره کمک کردند که پرداخت‌ها را از طریق کارت‌های اعتباری موسوم به «ارتباط میدانی نزدیک یا ‌NFC» دریافت کنند. این کارت‌ها به‌صورت واچرهای الکترونیکی حاوی کد QR بودند که ساکنان جزیره با اسکن آن، می‌توانستند پرداخت‌ها را انجام دهند. مزیت این سیستم این بود که می‌توان این کارت‌ها را به‌طور خودکار و بدون دسترسی فیزیکی شارژ کرد و سازمان Oxfam نیز به‌سرعت و از هر جای دنیا، به آدرس‌های بلاکچینی آنها استیبل کوین Dai ارسال کند. به این ترتیب، بدون این که ساکنان پول نقد به همراه داشته باشند، می‌توانند در زمان‌های بحرانی نیازهای اولیه خود را تامین کنند.

مزایای شبکه Ad hoc

موارد زیادی وجود دارد که در زیرساخت آنها می‌توان شبکه Ad Hoc را به کار برد. بزرگ‌ترین مزیت این شبکه‌ها، عدم وابستگی به زیرساخت‌هاست؛ بنابراین می‌توان آنها را به‌سرعت در شرایط سخت ایجاد کرد. از دیگر مزایای اصطلاح ادهاک می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• هزینه پایین برای برپایی: از آنجایی که ایجاد زیرساخت برای یک شبکه هزینه‌بر است، کاربران نمی‌توانند به‌راحتی شبکه‌های خود را راه‌اندازی کنند. در مناطقی مانند صحرا یا کوهستان، ایجاد زیرساخت دشوار و هزینه نصب، نگهداری و تعمیرات آن بسیار زیاد است. تقریبا همین مشکل در شبکه‌های نظامی نیز وجود دارد؛ ایجاد یک زیرساخت در میدان جنگ کاری بی‌معناست و علاوه بر این دشمن می‌تواند آن را نابود کند. در هر دو مورد شبکه‌های ادهاک به‌کار می‌آیند.
• ایجاد ارتباط بین وسایل متحرک: در نسل بعدی سیستم ارتباطات وایرلس، ایجاد سریع سیستم‌هایی برای ارتباط بین وسایل سیار مورد نیاز است. این سیستم برای شبکه‌های نظامی، امداد، نجات و کنترل بحران بسیار حیاتی است. شبکه Ad Hoc سیار از حرکت نودها پشتیبانی می‌کند و ما می‌توانیم در حین حرکت، ارتباطات خود را داشته باشیم.
• غیرمتمرکز و قدرتمند: فرض کنید یکی از برج‌های مخابراتی از کار بیفتد؛ تمام کاربرانی که از آن استفاده می‌کنند، ارتباط خود را با برج‌های دیگر از دست خواهند داد. اما در شبکه‌های ادهاک، حتی اگر یک نود از شبکه خارج شود، همچنان می‌توان با سایر نودها ارتباط داشت.
• ساخت آسان: پیچیدگی عملکرد زیرساخت یک شبکه امری اجتناب‌ناپذیر است و نمی‌توان به‌سرعت آن را تعمیر یا با زیرساخت دیگری جایگزین کرد. در این موارد، ایجاد یک شبکه Ad hoc بسیار مناسب است و کاربران می‌توانند به‌عنوان نودهای ادهاک فعالیت کرده و پیام‌های خود را ارسال کنند.

معایب ادهاک

شبکه‌های ادهاک از سیستم‌های وایرلس استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات بی‌سیم کاربردهای زیادی دارد؛ اما با مشکلاتی مانند امنیت پایین، نرخ انتقال دیتای کمتر و دشواری در کنترل دسترسی دست و پنجه نرم می‌کنند. در ادامه، برخی مشکلات شبکه‌های Ad hoc را توضیح می‌دهیم.

• نرخ خطای بالا: امواج الکترونیکی با هر فرکانسی، به‌صورت خطی منتشر می‌شوند و اگر دستگاه‌های الکترونیکی مختلفی در یک اتاق باشند، امواج آنها با هم تداخل پیدا می‌کند و در آنها نویز پدیدار می‌شود. در نتیجه، احتمال خطا در عملیات شبکه‌های ادهاک افزایش می‌یابد.
• نرخ پایین‌تر انتقال دیتا: به دلیل وجود نویز در سیستم‌های وایرلس، انتقال اطلاعات با نرخ پایین‌تری نسبت به سیستم‌های کابلی انجام می‌شود. فرکانس بالاتر باعث انتقال بیشتر داده‌ها می‌شود؛ اما در برابر تداخل آسیب‌پذیرتر است و تنها در برد کوتاه عملکرد خوبی دارد.
• مشکل مقیاس‌پذیری و مکان‌شناسی پویا: از آنجایی که شبکه‌های Ad hoc از تکنیک‌های متداول در پروتکل‌های مسیریابی استاندارد اینترنت پیروی نمی‌کنند و مسیریابی آنها داینامیک است، با مشکلات مقیاس‌پذیری روبرو هستند. حتی ممکن است در یک مکان جغرافیایی اطلاعات را انتقال دهند و پس از مدتی، ارتباط قطع شود.
• چالش مسیریابی: به دلیل تغییر مداوم مکان جغرافیایی شبکه، مسیریابی داده‌ها بین دو نود می‌تواند به چالش تبدیل شود.
• مشکلات امنیتی: به جز مشکلات متداول در اتصالات وایرلس، شبکه Ad hoc دارای مشکلات امنیتی مختص به خود است. برای مثال، یک نود بدکار می‌تواند بسته‌های داده را تغییر دهد و آن را به نود بعدی منتقل کند. سیستم‌های توزیع شده، نیازمند طرح‌های مختلف مدیریت کلید و احراز هویت نودها هستند.
• چالش در کیفیت خدمات: ارائه خدماتی با سطوح کیفیت مختلف در یک محیط پویا، بسیار چالش‌برانگیز است.
• شبکه‌سازی داخلی: علاوه بر ارتباطات شبکه Ad hoc، ارتباط داخلی بین MANETها و شبکه‌های ثابت نیز در بسیاری از موارد مورد نیاز است. وجود همزمان پروتکل‌های مسیریابی در چندین دستگاه سیار، برای هماهنگی بین آنها چالش ایجاد می‌کند.
• تعامل با اینترنت: با فناوری شبکه Ad Hoc می‌توان پوشش سیستم‌های LAN بی‌سیم را بدون اینترنت گسترش داد؛ اما با این حال در بسیاری از شبکه‌های ادهاک امروزی، همچنان اتصال به اینترنت مورد نیاز است.

آینده ارتباطات با شبکه Ad hoc

اصطلاح ادهاک به معنی توانایی ایجاد شبکه بین دستگاه‌های مختلف کاربران است. با این که تا به امروز این تکنولوژی پیشرفت‌های زیادی داشته و شبکه‌های ادهاک زیادی برای اهداف مختلف ایجاد شده‌اند، اما هنوز کاملا عملیاتی نیست و به‌خاطر ذات سیار آنها، در بسیاری از مکان‌ها قابلیت اجرا ندارد. اما در حال حاضر، یک شبکه Ad hoc نیازی به زیرساخت ندارد و می‌تواند به‌سرعت برپا شود؛ بنابراین برای کاربردهای نظامی و امدادرسانی به مناطق دچار بحران گزینه‌ای بسیار مناسب است.

به نظر شما آیا شبکه ادهاک می‌تواند مدل‌های فعلی ارتباطات را متحول کند؟ این شبکه‌ها چه کاربردهای دیگری می‌توانند داشته باشند؟ نظرات خود را با ما و سایر کاربران به اشتراک بگذارید.