比特币匿名性和隐私概述

本次分享的论文来自2015年对S&P的一篇评论，文章标题为Research perspectives and challenges for bitcoin and cryptocurrencies。

一、比特币概述

比特币最重要的三个组成部分是：交易和脚本、共识协议和通信网络。 比特币白皮书中的很多内容实际上已经过时并且缺乏技术细节。

事务和脚本。 比特币世界中的状态由交易来表示。 交易将比特币从一个用户转移到另一个用户。 比特币中没有用户或账户的概念。

交易格式。 交易由一系列输入和输出数组组成。 整个交易将使用 SHA 256 算法进行哈希处理，最终的哈希值将作为全球唯一的交易 ID。

每个输出都包含一个整数值，代表一定数量的比特币。 这个值的精度代表了货币可以被分割的最小单位，最小单位是聪。 10^8 聪代表一个比特币。

每个输出还有一个名为 scriptPubKey 的简短片段。

交易脚本。 scriptPubKey 指定ECDSA公钥的哈希值和签名验证方式。 大多数比特币交易使用 pay-to-pub-key-hash，P2KH。 脚本语言是一种非图灵完备的堆栈语言，具有少于 200 个操作码命令，包括对哈希数据和签名验证等加密操作的支持。

交易输入是上一笔交易的哈希值和上一笔交易输出的索引。 对于 P2KH 交易，scriptSig 是一个完整的公钥和签名。

限制。 除了满足上述条件外，交易的输出值必须小于或等于交易的输入值。

交易和所有权。 交易的格式也揭示了许多特征，例如没有定义谁拥有比特币。 只要您拥有私钥，您就拥有所有权。

共识与挖矿。 如果交易发生在用户之间，那么这种基于交易的货币系统是不安全的。 签名可以仅限于有效的收件人以进行验证。 比特币中使用了一种简单的方法来防止双花攻击：所有交易都必须一个接一个地发布在全球永久交易账本中。 验证交易需要一个脚本来验证交易以确保成功发布。 在比特币中，日志以交易区块的形式存在，每个区块都包含前一个区块的哈希值，因此称为区块链。

P2P 通信网络。 比特币中使用了一个分布式的、特别的 P2P 广播网络来发布新的交易和提交新的区块链。 网络的性能和稳定性对共识机制有重大影响。 首先，区块链发现与其接收者之间的延迟增加了临时分叉的可能性。 在最初的设计中，出于对频繁分叉的担忧，出块时间设置为 10 分钟。 其次比特币匿名性，可以控制网络其他部分的矿工也可以广播他们自己的区块，增加他们的区块获胜的可能性。

协议书。 新区块和未决交易都通过泛洪的方式广播到整个网络。 节点将向包含新块哈希的节点发送 INV 消息。 节点可以请求对整个区块链的内容进行影响。 默认情况下，节点只会转发一次新数据，以防止无限循环传播。 只有中继交易和区块是有效的，已经发送的未决交易不会被广播。

2. 比特币的匿名性和隐私

比特币提供非关联性：用户可以创建伪随机地址。 在最初版本的描述中，据说它提供了很强的隐私性，但由于区块链账本的开放性，可以根据地址之间的币流来确认它们是由同一个人控制的。

去匿名化属性

亲和力高度依赖于使用习语的实现细节。 例如，为每笔交易生成支付地址的商家可以确保收到的付款不会自动关联。 但是相对来说，一个客人可能需要把他的多个地址都聚合起来，但是不同的用户很少会把不同的输入聚合到一笔交易中。

Linking是为了地址聚类比特币匿名性，即交易图分析。 新的连接技术也可能对隐私和匿名性提出新的挑战。 例如，多重签名地址会对隐私产生不良影响，因为如果地址中的密钥发生变化，它也可以匹配发送地址。

为了实现去匿名化，攻击者必须将地址集群与真实世界的身份相关联。 [80] 成功识别了属于在线钱包、商家和其他服务提供商的地址。

网络去匿名化。 P2P 网络中的节点在广播交易时会泄露 IP 地址。 因此，使用匿名网络对于隐私非常重要。 比特币的P2P层是发展成Tor还是发展专门的匿名网络很重要。 最后，当前的 SPV 实现提供了一点匿名性，因为提取交易信息非常困难。

B 改进匿名性的建议

P2P。 在 P2P 混淆协议中，比特币持有者创建一系列交易，其中每个参与者都是匿名的。 不同的用户可能会重复这个过程来使匿名集增长。

分布式混合网络。 在 Mixcoin 中，用户向第三方 mix 发送标准大小的交易并收到相同数量的硬币。 这提供了一些外部实体的匿名性和一些内部匿名性，可以混合关联用户输入和输出。

令牌。 ZeroCoin 是一种增加不可链接性的代币，使用类似于比特币的基本和匿名影子货币。 ZeroCash 是一个更匿名的代币提案。 该交易使用一种特殊的零知识证明——SNARK，它不包含任何关于收件人或交易金额的信息。 CryptoNote 是一种加密混淆协议，使用环签名，这是许多隐私硬币的基础。 用户可以通过提供一次性环签名来发送令牌。

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