區(qū)塊鏈調(diào)查取證研究——以比特幣為例

莊海燕

一、引言

早在2013年，中國人民銀行、工業(yè)和信息化部、中國銀行業(yè)監(jiān)督管理委員會、中國證券監(jiān)督管理委員會、中國保險監(jiān)督管理委員會曾聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于防范比特幣風(fēng)險的通知》。其中明確了比特幣的性質(zhì)，認(rèn)為比特幣從性質(zhì)上看，是一種特定的虛擬商品，不具有與貨幣等同的法律地位，不能且不應(yīng)作為貨幣在市場上流通使用。但是，比特幣交易作為一種互聯(lián)網(wǎng)上的商品買賣行為，普通民眾在自擔(dān)風(fēng)險的前提下?lián)碛袇⑴c的自由。

區(qū)塊鏈技術(shù)代表了金融科技及其他領(lǐng)域應(yīng)用的新范式，伴隨其在金融、證券等領(lǐng)域的應(yīng)用，針對這些區(qū)塊鏈應(yīng)用的犯罪與恐怖襲擊開始露頭。可以說，區(qū)塊鏈技術(shù)及其應(yīng)用在悄然改變?nèi)藗兩畹耐瑫r，也為社會管理帶來了新問題，尤其是在金融、證券安全方面。因此，現(xiàn)階段政府機關(guān)和國際組織也越來越重視區(qū)塊鏈技術(shù)。

任何技術(shù)總是雙刃劍，區(qū)塊鏈技術(shù)亦是如此。不管我們承認(rèn)與否，加密貨幣的崛起，除了偷竊加密貨幣本身之外，對或?qū)λ膫€方面的犯罪活動起到一定的促進(jìn)作用：逃稅、洗錢、違禁交易和敲詐勒索?？梢灶A(yù)見未來這幾個領(lǐng)域內(nèi)，執(zhí)法部門將長期、大規(guī)模與相關(guān)方進(jìn)行著“貓捉老鼠”的游戲。代理機構(gòu)和犯罪分析會提出新逃避技術(shù)、新匿名網(wǎng)絡(luò)貨幣，以逃避執(zhí)法機構(gòu)打擊。

面臨這種新形勢，執(zhí)法部門需要考慮的問題是：如何在區(qū)塊鏈驅(qū)動的世界中追蹤犯罪分子？如何利用智能的洞察力打擊相關(guān)欺詐？在區(qū)塊鏈技術(shù)不斷加速采用過程中，這些都因區(qū)塊鏈應(yīng)用的分散性、弱中心化或去中心化、開放性、自治性、信息不可篡改、匿名性等特征而給執(zhí)法部門帶來了巨大的挑戰(zhàn)。越來越多的執(zhí)法人員也認(rèn)識到只有通過技術(shù)創(chuàng)新，才能完成未來的執(zhí)法任務(wù)。

二、相關(guān)理論

（一）區(qū)塊鏈與比特幣

區(qū)塊鏈（blockchain 或 block chain）是用分布式數(shù)據(jù)庫識別、傳播和記載信息的智能化對等網(wǎng)絡(luò)， 也稱為價值互聯(lián)網(wǎng)。中本聰在2008年，于《比特幣白皮書》中提出“區(qū)塊鏈”概念，并在2009年創(chuàng)立了比特幣社會網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)出第一個區(qū)塊，即“創(chuàng)世區(qū)塊”。區(qū)塊鏈被認(rèn)為是一種特殊的分布式數(shù)據(jù)庫，其主要包括三個基本概念。交易（transaction），即對賬本進(jìn)行一次操作，引起賬本狀態(tài)的一次改變，例如添加一條轉(zhuǎn)賬記錄，或者添加一條交易記錄；區(qū)塊（block），指記錄交易和狀態(tài)結(jié)果的數(shù)據(jù)塊，組成區(qū)塊鏈的每個區(qū)塊（block）類似數(shù)據(jù)庫的記錄，每次寫入數(shù)據(jù)，即創(chuàng)建一個區(qū)塊，這個區(qū)塊包括區(qū)塊頭（Head）和區(qū)塊體（Body）兩個部分，區(qū)塊頭記錄當(dāng)前區(qū)塊的特征值，區(qū)塊體記錄實際交易數(shù)據(jù)；鏈（chain），是由區(qū)塊按發(fā)生順序串聯(lián)而成的，是整個賬本狀態(tài)變化的日志記錄。

以比特幣交易為例理解區(qū)塊鏈工作過程：

1.比特幣客戶端發(fā)起一項交易并廣播到比特幣網(wǎng)絡(luò)中待確認(rèn)；

2.網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點將一些收到的等待確認(rèn)交易記錄（包括前一個區(qū)塊頭部的哈希值等信息）打包，組成一個候選區(qū)塊，并且試圖找到一個隨機串放到區(qū)塊里從而讓候選區(qū)塊的哈希結(jié)果滿足一定條件（比如小于某個值），這個隨機串的查找需要一定的時間去進(jìn)行計算嘗試；

3.一旦節(jié)點算出來滿足條件的nonce串，該區(qū)塊在格式上就被認(rèn)為是“合法”，即可嘗試在網(wǎng)絡(luò)中將其廣播出去；

4.其他節(jié)點收到候選區(qū)塊后進(jìn)行驗證，若確實符合約定條件，則被承認(rèn)為一個合法的新區(qū)塊，并添加到自己維護(hù)的區(qū)塊鏈上；

5.當(dāng)大部分節(jié)點將該區(qū)塊添加到自己維護(hù)的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)上時，該區(qū)塊被網(wǎng)絡(luò)接受，區(qū)塊中包括的交易得到確認(rèn)。

（二）區(qū)塊鏈技術(shù)核心

1. 共識機制

區(qū)塊鏈技術(shù)是比特幣的基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，區(qū)塊鏈可以理解為一個基于互聯(lián)網(wǎng)的去中心化記賬系統(tǒng)，類似比特幣的去中心化數(shù)字貨幣系統(tǒng)，要求在沒有中心節(jié)點的情況下保證各個節(jié)點記賬的一致性。因此區(qū)塊鏈技術(shù)的核心是在沒有中心控制的情況下，在互相沒有信任基礎(chǔ)的個體之間就交易的合法性等達(dá)成共識的共識機制。區(qū)塊鏈的共識機制目前主要有4類：PoW、PoS、DPoS、分布式一致性算法。

2. 解鎖腳本

腳本是區(qū)塊鏈上實現(xiàn)自動驗證、自動執(zhí)行合約的重要技術(shù)。每一筆交易的每一項輸出嚴(yán)格意義上并不是指向一個地址，而是指向一個腳本。腳本類似一套規(guī)則，它約束著接收方怎樣才能花掉這個輸出上鎖定的資產(chǎn)。因此，交易的合法性驗證也依賴于腳本。

3. 交易規(guī)則及交易優(yōu)先級

區(qū)塊鏈的交易就是構(gòu)成區(qū)塊的基本單位，也是區(qū)塊鏈負(fù)責(zé)記錄的實際有效內(nèi)容。一個區(qū)塊鏈交易可以是一次轉(zhuǎn)賬，也可以是智能合約的部署等其他事務(wù)。

區(qū)塊鏈交易的優(yōu)先級由區(qū)塊鏈協(xié)議規(guī)則決定。對于比特幣而言，交易被區(qū)塊包含的優(yōu)先次序由交易廣播到網(wǎng)絡(luò)上的時間和交易額的大小決定。隨著交易廣播到網(wǎng)絡(luò)上的時間的增長，交易的鏈齡增加，交易的優(yōu)先級就被提高，最終會被區(qū)塊包含。對于以太坊而言，交易的優(yōu)先級還與交易的發(fā)布者愿意支付的交易費用有關(guān)，發(fā)布者愿意支付的交易費用越高，交易被包含進(jìn)區(qū)塊的優(yōu)先級就越高。

4. Merkle證明

Merkle證明的原始應(yīng)用是比特幣系統(tǒng)（Bitcoin），它是由中本聰（Satoshi Nakamoto）在2009年描述并且創(chuàng)造的。比特幣區(qū)塊鏈?zhǔn)褂昧薓erkle證明，為的是將交易存儲在每一個區(qū)塊中。使得交易不能被篡改，同時也容易驗證交易是否包含在一個特定區(qū)塊中。

5. RLP

RLP（Recursive Length Prefix，遞歸長度前綴編碼）是Ethereum中對象序列化的一個主要編碼方式，其目的是對任意嵌套的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的序列進(jìn)行編碼。

三、區(qū)塊鏈取證——以比特幣取證為例

（一）比特幣調(diào)查取證面臨問題

1.比特幣調(diào)查取證最大挑戰(zhàn)——匿名性

比特幣調(diào)查取證最大挑戰(zhàn)是其匿名性。悉尼大學(xué)和悉尼科技大學(xué)的研究人員進(jìn)行的這項研究發(fā)現(xiàn)，44%的比特幣交易和25%的所有用戶都與非法活動有關(guān)。他們自2017年4月的研究結(jié)果（最新研究樣本）表明，約有2400萬比特幣市場參與者使用“主要用于非法目的”的加密貨幣。研究人員稱，這些比特幣用戶估計每年進(jìn)行約3600萬次交易，總價值約為720億美元，并共同持有價值約80億美元的比特幣。比特幣在罪犯中如此受歡迎的一個主要原因是，加密貨幣允許用戶隱藏他們的身份。

但比特幣本身并不是真正的匿名，因為每筆交易都記錄在名為區(qū)塊鏈的公共總賬中，所有用戶都可以看到比特幣交易的全部歷史，這實際上以提高潛在客戶活動的可視性。研究人員可以使用這些信息來識別特定的個人，執(zhí)法部門可以進(jìn)行相關(guān)調(diào)查取證。

2.執(zhí)法部門應(yīng)對

匿名比特幣的發(fā)展增加了執(zhí)法難度，但比特幣的調(diào)查取證落腳點在于：犯罪分子最終必須在某個時候交換他們選擇的法定貨幣（又名真錢）。通過充分觀察這些交易，可能會導(dǎo)致惡意行為人的“去匿名化”，即通過辨別方式繼續(xù)執(zhí)行相關(guān)調(diào)查取證與監(jiān)管?？傮w來說，可通過去匿名化和異常檢測兩種檢測可疑活動的方法。

（二）比特幣調(diào)查取證可行性基礎(chǔ)

現(xiàn)代電子商務(wù)模式要求用戶在商品交易過程必須提供一定的個人相關(guān)信息，這在一定程度上為調(diào)查取證提供了方法和基礎(chǔ)。可以認(rèn)為，大多數(shù)合法的企業(yè)都在使用類似侵入的手段來追蹤用戶，這些追蹤包括濫用HTML5 API進(jìn)行指紋識別，如Canvas，Audio Context和Battery Status； 跨設(shè)備跟蹤； 對瀏覽器添加一定隱私相關(guān)功能的解決方案（例如谷歌瀏覽器、360瀏覽器均有相關(guān)功能）；甚至從未提交的表單中嗅探數(shù)據(jù)。

這些跟蹤者觀察購物和支付流量的問題是不可能消失的。首先，企業(yè)要向用戶展示他們已知購買興趣類商品的廣告，這是最有價值的廣告形式之一，當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)入付款流程則可以觀察到用戶（購物車頁面，結(jié)賬頁面等）；其次，廣告系列通過對付款流程進(jìn)行跟蹤，可以幫助分析用戶是否實際購買了提供廣告的商品，即是否已經(jīng)付款。基于此，我們可以將這種被動攻擊技術(shù)轉(zhuǎn)化為調(diào)查取證技術(shù)。

比特幣通常被視為匿名支付網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)比特幣使用痕跡及針對比特幣的調(diào)查取證基于如下考慮。

1.比特幣的可追溯性

比特幣的金融特性決定用戶通常必須透露自己的身份才能獲得服務(wù)或商品，同時決定了比特幣地址不能保持完全匿名，而區(qū)塊鏈則是永久性的，無疑這為比特幣提供了可追溯性。即使如joincoin類的混合服務(wù)的在線服務(wù)會通過使用獨立的比特幣地址接收和發(fā)回相同的金額來提供混合用戶之間的可追溯性，但對于較大的交易，依然是可追溯的。

2.比特幣地址關(guān)聯(lián)

雖然比特幣是匿名處理，但同時也具有前所未有的透明度，所有比特幣交易都是公開、可追蹤且永久存儲在比特幣網(wǎng)絡(luò)中的，而唯一用于定義比特幣分配和發(fā)送位置的信息是比特幣地址。比特幣地址由用戶錢包私人創(chuàng)建，一個比特幣地址一旦使用，就會與涉及的所有交易的歷史所連接。這就意味著任何人都可以看到余額及所有與其進(jìn)行交易的比特幣地址。

當(dāng)比特幣用戶在諸如網(wǎng)站或社交網(wǎng)絡(luò)這樣的公共場所發(fā)布比特幣地址后，如果將此地址的任何資金轉(zhuǎn)移到自己的其他地址之一，這樣的操作痕跡可以使得針對該用戶其他地址的調(diào)查取證有跡可尋，變得更加簡單，尤其是從其他賬戶著手調(diào)查其相關(guān)賬戶交易和購買的信息時候，區(qū)塊鏈上的公開地址交易一目了然。

3.IP地址獲取

比特幣網(wǎng)絡(luò)是點對點網(wǎng)絡(luò)，可以監(jiān)聽交易中繼并記錄其IP地址無阻礙，所以比特幣交易中的IP地址是能夠被記錄的。

（三）區(qū)塊鏈調(diào)查取證——比特幣為例

1. 比特幣的交易模式與比特幣支付

（1）比特幣的交易模式

比特幣用戶在比特幣交易平臺上看到最近時間段內(nèi)比特幣的價格趨勢圖，利用交易平臺中的“交易中心”之類的欄目，看好買入比特幣的最佳時期后，根據(jù)當(dāng)前自己在交易平臺中注入的可用資金數(shù)量（資金數(shù)量可通過平臺的充值功能調(diào)整）買入或者賣出相應(yīng)的比特幣。這個過程類似于股票的買入賣出交易，在交易平臺中可以查詢交易記錄。

（2） 比特幣支付

國外越來越多的商戶加入支持比特幣的陣營：微軟、戴爾、steam等這些在線大的商戶都支持比特幣在線直接支付；線下大的類似各種大型商場，如日本的bicCamera等；國外的很多中小型網(wǎng)站，例如網(wǎng)頁端、國外游戲輔助、虛擬物品、個人賣家等平臺基本都支持比特幣付款。我國國內(nèi)關(guān)于比特幣支付，網(wǎng)絡(luò)上有淘寶有商家支持比特幣的新聞，但是“接受比特幣支付，按時價同等價格購買”這一說法說明了比特幣支付國內(nèi)的現(xiàn)狀問題，起步比較晚且少，目前尚未有完備的支付流程支持比特幣。但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、經(jīng)濟及金融發(fā)展，比特幣支付已然呈現(xiàn)出 “海外繁華依舊，國內(nèi)加速布局”的趨勢。

2. 比特幣交易與支付電子痕跡分析

越來越多的在線商家開始提供使用加密貨幣比特幣支付的能力，這項技術(shù)的一個重要承諾是匿名性，即交易會被記錄并公開，但它們僅與電子地址相關(guān)聯(lián)。所以無論用比特幣購買什么，購買行為本身不能直接指向購買者本人身份。無疑，這對一些人來說很方便，但卻并非是絕對匿名的，由于網(wǎng)絡(luò)商人經(jīng)常會因為廣告等各種原因而泄露交易中購買者及購買交易本身相關(guān)信息，這就使得可把比特幣交易與購買個人直接關(guān)聯(lián)起來，只要個人信息與其比特幣地址相關(guān)聯(lián)，則其所有購買歷史記錄也會顯示出來。

（1）QR碼

用戶在網(wǎng)站上購買比特幣時，需要提供自身的QR碼，而Cookie中會商家會將交易交易的比特幣地址保存，甚至處于廣告或者分析目的，而對其跟蹤并將信息定向發(fā)送至特定網(wǎng)站或者特定的接收方。

（2）購買金額

用戶在比特幣支付的購物網(wǎng)站上，交易過程中必然會提供支付比特幣金額。

（3）用戶的個人信息

凡是用戶登錄過的商家網(wǎng)站，都會殘留有用戶有關(guān)的部分或全部個人信息。

（4）歷史數(shù)據(jù)

大多數(shù)購物網(wǎng)站上，第三方追蹤者傳遞接、收關(guān)于用戶購買的相關(guān)信息，主要是為了廣告和分析目的。商家往往會考慮重定向，即向用戶展示他們已知購買興趣的物品的廣告，因為這是最有價值的廣告形式之一。更進(jìn)一步，商家在進(jìn)入付款流程中可以觀察到用戶（購物車頁面，結(jié)賬頁面等信息），這些揭示了用戶進(jìn)一步的更大的購買興趣；再進(jìn)一步，商家有需要對付款流程進(jìn)行跟蹤，以幫助分析提供廣告的用戶是否實際購買了付款，這給他們廣告的轉(zhuǎn)化跟蹤形成更大的優(yōu)勢。

可以認(rèn)為大多數(shù)追蹤者是合法的企業(yè)，但已知使用侵入手段來追蹤用戶，這些手段包括HTML5 API進(jìn)行指紋識別（如Canvas，Audio Context和Battery Status）、跨設(shè)備跟蹤、利用瀏覽器隱私功能、從未提交的表單中嗅探數(shù)據(jù)等方式。即使用戶可能使用諸如Ghostery或uBlock Origin之類的跟蹤保護(hù)工具進(jìn)行自衛(wèi)，但利用被動攻擊（主要是收集信息而不是進(jìn)行訪問，數(shù)據(jù)的合法用戶對這種活動一點也不會覺察到。被動攻擊包括嗅探、信息收集等攻擊方法。）原理，一些追蹤者已在日志中積累了數(shù)據(jù)，這些可以用于回顧性地執(zhí)行分析。

當(dāng)用戶使用加密貨幣支付，則可以利用cookie和跟蹤信息擁有足夠的關(guān)于購買的信息，這些信息可用于唯一標(biāo)識區(qū)塊鏈上的交易，并將其鏈接到用戶的cookie，從而進(jìn)一步鏈接到用戶的真實身份。如果這種方式將同一用戶的兩次購買鏈接到區(qū)塊鏈，則即使用戶使用Coinjoin（混合區(qū)塊鏈）這樣的區(qū)塊鏈匿名技術(shù)，也可以識別出用戶在區(qū)塊鏈上的整個地址和所有交易。

3. 比特幣調(diào)查取證

比特幣調(diào)查取證的主要任務(wù)包括：知道一個人的個人可識別信息如名稱和電子郵件；獲取其比特幣交易過程中的有關(guān)痕跡信息；追蹤比特幣交易并將其與特定的比特幣地址相關(guān)聯(lián)；根據(jù)比特幣地址獲取該個人的所有交易情況。

比特幣調(diào)查取證所關(guān)鍵技術(shù)和工具是：區(qū)塊鏈瀏覽器和Cookies。

（1）Cookies

Cookies 是在 HTTP 協(xié)議下，服務(wù)器或腳本可以維護(hù)客戶工作站上信息的一種方式。Cookie 是Web 服務(wù)器保存在用戶瀏覽器（客戶端）上的小文本文件，主要用于存儲有關(guān)用戶的信息，以便用戶鏈接到服務(wù)器時訪問。目前許多 Web 站點開發(fā)人員使用 Cookie 技術(shù)，如使用Session 就必須有Cookie 的支持，一旦屏蔽 Cookie，會有許多站點頁面拒絕訪問。

（2）區(qū)塊鏈瀏覽器

區(qū)塊鏈瀏覽器可以瀏覽比特幣區(qū)塊鏈，查找比特幣交易。而根據(jù)羅卡交換定律（Locard exchange principle， Locards theory），“凡兩個物體接觸，必會產(chǎn)生轉(zhuǎn)移現(xiàn)象”。在比特幣交易，亦會留下一些痕跡。在利用比特幣進(jìn)行普通購物的過程中，即使購買者使用諸如CoinJoin這樣的隱私保護(hù)措施，也同樣會產(chǎn)生一定的痕跡，從而導(dǎo)致個人身份直接與他們生成的比特幣交易相關(guān)聯(lián)。可以利用區(qū)塊鏈瀏覽器對比特幣交易情況進(jìn)行分析。根據(jù)普林斯頓大學(xué)Steven Goldfeder團隊的研究，在其提出的包括微軟、NewEgg和Overstock 在內(nèi)的130個允許比特幣交易的主要商家中， Web購物者在購買過程中，網(wǎng)站為了廣告和分析目的，通常會通過將一小段代碼嵌入到向第三方發(fā)送關(guān)于人們使用網(wǎng)站方式的信息的網(wǎng)站中，通用網(wǎng)絡(luò)跟蹤器向Google，F(xiàn)acebook和其他網(wǎng)站發(fā)送信息，以跟蹤頁面使用情況，購買金額，瀏覽習(xí)慣等。一些追蹤者甚至發(fā)送個人身份信息，例如姓名、地址和電子郵件。通過這種方式，有關(guān)交易的信息會泄露到Web上，執(zhí)法部門可以收集和分析這些信息進(jìn)行調(diào)查取證工作。

根據(jù)獲得信息中的購買金額使用當(dāng)時的匯率轉(zhuǎn)換為比特幣，然后在當(dāng)時搜索區(qū)塊鏈，查找相同比特幣數(shù)額的交易，從而找到用戶的比特幣地址。一旦有了用戶的比特幣地址，順其追蹤該用戶的其他交易就極為簡單了。

在調(diào)查取證過程中，存在著這樣的情況：

僅追蹤到交易產(chǎn)品成本而沒有確切運費，因此總比特幣購買并不明確。

用戶查看信息頁面所留下的痕跡信息（例如結(jié)賬時候的購物手推車中信息）與實際購買時間之間存在差距。因為比特幣購買有時間標(biāo)記，所以時間不準(zhǔn)確，就很難追蹤到比特幣交易。

比特幣購買金額通常以當(dāng)?shù)刎泿牛ㄈ缑涝蛴㈡^等）給出，然后在購買時轉(zhuǎn)換為比特幣。而比特幣匯率變化較大，如果購買時間未知則難以計算確切的比特幣價值。

上述三種因素會造成將痕跡中的個人信息與他們的比特幣交易聯(lián)系起來更加困難，但多數(shù)情況下，這些實際的痕跡參數(shù)與比特幣交易之間仍然是具有獨特聯(lián)系的。

四、結(jié)語

隨著由于比特幣匿名性減弱，比特幣“犯罪”也不斷通過各種方式加強加密貨幣的匿名性，例如采用“零防御技術(shù)”，即從塊鏈分類賬中刪除所有識別信息（包括發(fā)送者，接收者和交易金額等），這實際是從本質(zhì)上消除區(qū)塊鏈技術(shù)追蹤交易的能力，如Zcash就是一種實施這種技術(shù)的加密貨幣。另外采用洋蔥路由器（Tor），即利用Tor匿名化用戶的IP地址，這在暗網(wǎng)上的違禁品交易匿名方面利用較多。可以預(yù)見，隨著政府機關(guān)和國際組織對區(qū)塊鏈技術(shù)重視程度不斷增大，比特幣這樣的區(qū)塊鏈應(yīng)用會更加公開和光明，從而帶來虛擬貨幣產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。而在加密貨幣匿名性上，因為市場需求的存在，必然會有另一些幣種愈發(fā)黑暗和匿名，執(zhí)法部門必須創(chuàng)新技術(shù)方法才能圓滿完成這類案件的調(diào)查取證等執(zhí)法任務(wù)。