基于環(huán)簽名的數(shù)字貨幣隱私保護(hù)技術(shù)

彭育興 魏波

摘? ?要：比特幣是一種去中心化的數(shù)字貨幣，憑借其匿名性而被廣泛使用，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生影響。比特幣作為目前最著名且用戶最多的數(shù)字貨幣，用戶使用偽名在公開的賬本中記錄完整的交易歷史，這是一種不使用中心化銀行并且能夠防止雙重花費(fèi)攻擊的方法。如果把用戶的偽名與他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)社會(huì)中的身份相關(guān)聯(lián)，將對(duì)比特幣的匿名性造成嚴(yán)重的威脅。在目前的混幣服務(wù)中，混淆服務(wù)提供商仍然可以獲取輸入和輸出地址之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以混幣服務(wù)器能夠跟蹤比特幣用戶的交易記錄。為了解決這個(gè)問題，文章提出了一種新的交易混淆方案，以確?；鞄欧?wù)器無法獲得任何用戶的輸入和輸出地址之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。文章使用一個(gè)環(huán)簽名算法來確?；鞄欧?wù)器無法歸納指定交易與輸出地址的關(guān)系。環(huán)簽名能夠確保簽名是由環(huán)中的某個(gè)用戶產(chǎn)生的，并且不會(huì)泄漏有關(guān)簽名者的任何信息。此外，方案與現(xiàn)有比特幣協(xié)議完全兼容，易于根據(jù)用戶數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：比特幣;數(shù)字貨幣;區(qū)塊鏈;匿名性;硬幣混淆;環(huán)簽名

中圖分類號(hào)：TP309.2? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

Abstract： Bitcoin is a decentralized digital currency， widely used for its perceived anonymity property， and has surged in popularity in recent years. Bitcoin publishes the complete transaction history in a public ledger， under pseudonyms of users. This is an alternative way to prevent double-spending attack instead of central authority. Therefore， if pseudonyms of users are attached to their identities in real world， the anonymity of Bitcoin will be a serious vulnerability. It is necessary to enhance anonymity of Bitcoin by a coin mixing service or other modifications in Bitcoin protocol. But in a coin mixing service， the relationship among input and output addresses is not hidden from the mixing service provider. So the mixing server still has the ability to track the transaction records of Bitcoin users. To solve this problem， We present a new coin mixing scheme to ensure that the relationship between input and output addresses of any users is invisible for the mixing server. We make use of a ring signature algorithm to ensure that the mixing server can't distinguish specific transaction from all these addresses. The ring signature ensures that a signature is signed by one of its users in the ring and doesn't leak any information about who signed it. Furthermore， the scheme is fully compatible with existing Bitcoin protocol and easily to scale for large amount of users.

Key words： bitcoin; digital currency; blockchain; anonymity; coin mixing; ring signature

1 引言

數(shù)字貨幣作為一種分布式的加密貨幣而聞名世界。自從2008年中本聰發(fā)明比特幣以來，數(shù)字貨幣已經(jīng)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界中備受關(guān)注[1]。如今，比特幣已經(jīng)成為擁有約600億美元市值的數(shù)字貨幣代表。預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到500多萬用戶。目前，比特幣的匯率已經(jīng)從2016年中期的600美元左右漲至4000美元。

在傳統(tǒng)的電子支付系統(tǒng)中，有一個(gè)值得信賴的中心化代理來維護(hù)對(duì)交易的共識(shí)。它可以由銀行、中心認(rèn)證機(jī)構(gòu)（CA）、公證人或任何其他可信服務(wù)來擔(dān)任。使用這種交易驗(yàn)證方式會(huì)增加交易成本，因?yàn)榈谌綍?huì)收取一定的手續(xù)費(fèi)作為報(bào)酬。為了避免使用中心化信任機(jī)構(gòu)而產(chǎn)生的高額手續(xù)費(fèi)，并且取消中心化機(jī)構(gòu)的貨幣發(fā)行權(quán)，比特幣采用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為一種分布式數(shù)字貨幣。所有的比特幣都是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中由系統(tǒng)產(chǎn)生，不可能因?yàn)楸忍貛艛?shù)量的增加而導(dǎo)致通貨膨脹。比特幣的發(fā)行和流通都是通過其對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的交易記錄來實(shí)現(xiàn)的。礦工通過破解一定難度的算術(shù)難題來產(chǎn)生比特幣。加密算法保證了比特幣中每筆交易的安全性。只有擁有對(duì)應(yīng)私鑰的用戶才能使用其擁有的比特幣，并且它們只能在一筆交易中使用而不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)。比特幣網(wǎng)絡(luò)中不存在傳統(tǒng)貨幣系統(tǒng)中的銀行等監(jiān)管機(jī)構(gòu)。