{"id":34101,"date":"2019-10-31T21:56:25","date_gmt":"2019-10-31T18:56:25","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/ob-anonimnosti-v-account-based-blokchejnah\/"},"modified":"2019-10-31T21:56:25","modified_gmt":"2019-10-31T18:56:25","slug":"ob-anonimnosti-v-account-based-blokchejnah","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/ob-anonimnosti-v-account-based-blokchejnah","title":{"rendered":"\u00dcber Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p>Wir interessieren uns schon lange f\u00fcr das Thema Anonymit\u00e4t in Kryptow\u00e4hrungen und versuchen, die Entwicklungen in diesem Bereich zu verfolgen. In unseren Artikeln haben wir bereits ausf\u00fchrlich die Funktionsweise erkl\u00e4rt <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/company\/exante\/blog\/421913\/\">von vertraulichen Transaktionen<\/a><\/noindex> in Monero und haben auch <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/company\/exante\/blog\/438346\/\">einen vergleichenden \u00dcberblick<\/a><\/noindex> \u00fcber die Technologien gegeben, die in diesem Bereich existieren. Dennoch basieren alle anonymen Kryptow\u00e4hrungen bis heute auf dem von Bitcoin vorgeschlagenen Datenmodell \u2014 Unspent Transaction Output (UTXO). F\u00fcr account-basierte Blockchains wie Ethereum haben die bestehenden L\u00f6sungen zur Umsetzung von Anonymit\u00e4t und Vertraulichkeit (zum Beispiel <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/eprint.iacr.org\/2017\/881.pdf\">Mobius<\/a><\/noindex> oder <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.aztecprotocol.com\/\">Aztec<\/a><\/noindex>) versucht, das UTXO-Modell in Smart Contracts zu reproduzieren.<\/p>\n<p>Im Februar 2019 ver\u00f6ffentlichte eine Gruppe von Forschern der Stanford University und Visa Research<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex> wurde ver\u00f6ffentlicht <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/crypto.stanford.edu\/~buenz\/papers\/zether.pdf\">einen Preprint<\/a><\/noindex> mit dem Titel \u201eZether: Auf dem Weg zur Privatsph\u00e4re in der Welt der Smart Contracts\u201c. Die Autoren schlugen erstmals einen Ansatz zur Gew\u00e4hrleistung der Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains vor und pr\u00e4sentierten zwei Varianten von Smart Contracts: f\u00fcr vertrauliche (Verbergung von Salden und \u00dcberweisungsbetr\u00e4gen) und anonyme (Verbergung von Empf\u00e4nger und Absender) Transaktionen. Wir finden die vorgeschlagene Technologie interessant und m\u00f6chten deren Funktionsweise teilen sowie dar\u00fcber sprechen, warum das Problem der Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains als sehr komplex angesehen wird und ob es den Autoren gelungen ist, dies vollst\u00e4ndig zu l\u00f6sen.<\/p>\n<h3>\u00dcber die Funktionsweise dieser Datenmodelle<\/h3>\n<p>\nIm UTXO-Modell besteht eine Transaktion aus \u201eEing\u00e4ngen\u201c und \u201eAusg\u00e4ngen\u201c. Ein direkter Vergleich zu \u201eAusg\u00e4ngen\u201c w\u00e4re die Banknoten in Ihrer Geldb\u00f6rse: jeder \u201eAusgang\u201c hat einen bestimmten Nennwert. Wenn Sie jemandem bezahlen (eine Transaktion durchf\u00fchren), verwenden Sie einen oder mehrere \u201eAusg\u00e4nge\u201c, wobei diese zu den \u201eEing\u00e4ngen\u201c der Transaktion werden und die Blockchain sie als ausgegeben markiert. Der Empf\u00e4nger Ihrer Zahlung (oder Sie selbst, wenn Sie Wechselgeld ben\u00f6tigen) erh\u00e4lt neu generierte \u201eAusg\u00e4nge\u201c. Schematisch l\u00e4sst sich das so darstellen:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"\u00dcber Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains\" src=\"\/wp-content\/uploads\/27305ce3366564f86734eb2aace218f1.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nAccount-basierte Blockchains funktionieren in etwa wie Ihr Bankkonto. Sie operieren nur mit dem Betrag auf Ihrem Konto und dem \u00dcberweisungsbetrag. Wenn Sie einen Betrag von Ihrem Konto \u00fcbertragen, verbrennen Sie keine \u201eAusg\u00e4nge\u201c, das Netzwerk muss sich nicht merken, welche Coins ausgegeben wurden und welche nicht. Im einfachsten Fall reduziert sich die \u00dcberpr\u00fcfung der Transaktion auf die Pr\u00fcfung der Unterschrift des Absenders und des Betrags auf seinem Guthaben:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"\u00dcber Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains\" src=\"\/wp-content\/uploads\/fa76fcf8862d260681cd291e00e187b2.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<\/p>\n<h3>\u00dcberpr\u00fcfung der Technologie<\/h3>\n<p>\nAls N\u00e4chstes werden wir besprechen, wie Zether die Betr\u00e4ge von Transaktionen, den Empf\u00e4nger und den Absender verbirgt. Im Laufe der Beschreibung der Funktionsweise werden wir die Unterschiede zwischen der vertraulichen und der anonymen Version hervorheben. Da es viel einfacher ist, in auf Konten basierenden Blockchains Vertraulichkeit zu gew\u00e4hrleisten, werden einige der durch Anonymisierung auferlegten Einschr\u00e4nkungen f\u00fcr die vertrauliche Version der Technologie irrelevant sein.<\/p>\n<h4>Verbergung von Kontost\u00e4nden und \u00dcberweisungsbetr\u00e4gen<\/h4>\n<p>\nZur Verschl\u00fcsselung von Kontost\u00e4nden und \u00dcberweisungsbetr\u00e4gen verwendet Zether ein Verschl\u00fcsselungsverfahren <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/ru.wikipedia.org\/wiki\/%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%AD%D0%BB%D1%8C-%D0%93%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%BB%D1%8F\">von ElGamal<\/a><\/noindex>. Es funktioniert folgenderma\u00dfen. Wenn Alice Bob <i><b>b<\/b><\/i> M\u00fcnzen an die Adresse (seinen \u00f6ffentlichen Schl\u00fcssel) <i><b>Y<\/b><\/i>senden m\u00f6chte, w\u00e4hlt sie eine zuf\u00e4llige Zahl <i><b>r<\/b><\/i> und verschl\u00fcsselt den Betrag:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"\u00dcber Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains\" src=\"\/wp-content\/uploads\/f25b9e501a18810ea4553436ad0cd994.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nwo <i><b>C<\/b><\/i> \u2014 der verschl\u00fcsselte Betrag, <i><b>D<\/b><\/i> \u2014 ein Hilfswert, der zur Entschl\u00fcsselung dieses Betrags ben\u00f6tigt wird, <i><b>G<\/b><\/i> \u2014 ein fester Punkt auf der elliptischen Kurve, bei dessen Multiplikation mit dem geheimen Schl\u00fcssel der \u00f6ffentliche Schl\u00fcssel entsteht.<\/p>\n<p>Wenn Bob diese Werte erh\u00e4lt, addiert er sie einfach zu seinem ebenfalls auf die gleiche Weise verschl\u00fcsselten Kontostand, was dieses Verfahren praktisch macht.<\/p>\n<p>Auf \u00e4hnliche Weise subtrahiert Alice aus ihrem Kontostand dieselben Werte, nur dass sie als <i><b>Y<\/b><\/i> ihren \u00f6ffentlichen Schl\u00fcssel verwendet.<\/p>\n<h4>Verbergung von Empf\u00e4nger und Absender<\/h4>\n<p>\nDas Mischen von 'Ausg\u00e4ngen' in UTXO entstand bereits in den Anf\u00e4ngen von Kryptow\u00e4hrungen und hilft, den Absender zu verbergen. Dazu w\u00e4hlt der Absender bei der \u00dcberweisung zuf\u00e4llige 'Ausg\u00e4nge' aus der Blockchain aus und mischt diese mit seinen eigenen. Danach signiert er die 'Ausg\u00e4nge' mit einer Ringunterschrift \u2014 einem kryptografischen Mechanismus, der es erm\u00f6glicht, den Pr\u00fcfer zu \u00fcberzeugen, dass unter den gemischten 'Ausg\u00e4ngen' die M\u00fcnzen des Absenders sind. Die gemischten M\u00fcnzen werden selbstverst\u00e4ndlich nicht ausgegeben.<\/p>\n<p>Um den Empf\u00e4nger jedoch zu verbergen, k\u00f6nnen wir keine falschen 'Ausg\u00e4nge' generieren. Daher hat jeder 'Ausgang' in UTXO seine eigene eindeutige Adresse, die kryptografisch mit der Adresse des Empf\u00e4ngers dieser M\u00fcnzen verbunden ist. Momentan gibt es keine M\u00f6glichkeit, die Verbindung zwischen der eindeutigen Adresse des 'Ausgangs' und der Adresse des Empf\u00e4ngers zu erkennen, ohne seine geheimen Schl\u00fcssel zu kennen.<\/p>\n<p>In einem account-basierten Modell k\u00f6nnen wir keine einmaligen Adressen verwenden (ansonsten w\u00e4re das bereits ein Modell der \u201eAusg\u00e4nge\u201c). Daher m\u00fcssen der Empf\u00e4nger und der Absender unter anderen Konten in der Blockchain vermischt werden. Bei diesen vermischten Konten werden verschl\u00fcsselte 0 M\u00fcnzen abgebucht (oder 0 hinzugef\u00fcgt \u2013 im Fall des Vermischens des Empf\u00e4ngers), ohne das tats\u00e4chliche Guthaben zu ver\u00e4ndern.<\/p>\n<p>Da sowohl der Absender als auch der Empf\u00e4nger immer eine permanente Adresse haben, entsteht hier die Notwendigkeit, bei \u00dcberweisungen an dieselben Adressen dieselben Gruppen f\u00fcr die Vermischung zu verwenden. Es l\u00e4sst sich einfacher anhand eines Beispiels erkl\u00e4ren.<\/p>\n<p>Angenommen, Alice hat sich entschlossen, eine Spende an die Wohlt\u00e4tigkeitsorganisation von Bob zu machen, m\u00f6chte aber, dass diese \u00dcberweisung anonym bleibt f\u00fcr einen au\u00dfenstehenden Beobachter. Um sich im Absenderfeld zu tarnen, tr\u00e4gt sie noch die Konten von Adam und Adele ein. Und um Bob zu verbergen, f\u00fcgt sie im Empf\u00e4ngerfeld zus\u00e4tzlich die Konten von Ben und Bill hinzu. Bei der n\u00e4chsten Spende entschied sich Alice, neben sich Alex und Amanda sowie neben Bob Bruce und Benjamin einzutragen. In diesem Fall findet man bei der Analyse der Blockchain in diesen beiden Transaktionen lediglich ein sich \u00fcberschneidendes P\u00e4rchen von Teilnehmern \u2014 Alice und Bob, was diese Transaktionen deanonimisiert.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"\u00dcber Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains\" src=\"\/wp-content\/uploads\/9a5de51f919ecc79fbd9fb6d5521c3ca.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<\/p>\n<h4>Transaktionsrennen<\/h4>\n<p>\nWie bereits erw\u00e4hnt, verschl\u00fcsselt der Benutzer sein Guthaben und den \u00dcberweisungsbetrag, um sein Guthaben in account-basierten Systemen zu verbergen. Dabei muss er nachweisen, dass der Rest auf seinem Konto nicht negativ ist. Das Problem besteht darin, dass der Benutzer beim Erstellen einer Transaktion einen Nachweis \u00fcber seinen aktuellen Kontostand erstellt. Was passiert, wenn Bob Alice eine Transaktion zusendet und diese fr\u00fcher akzeptiert wird als die von Alice gesendete? Dann wird Alices Transaktion als ung\u00fcltig angesehen, da der Nachweis des Guthabens vor der Annahme von Bobs Transaktion erstellt wurde.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"\u00dcber Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains\" src=\"\/wp-content\/uploads\/8413af452e5fa767cbd4b915f9efffa5.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nDie erste L\u00f6sung, die in dieser Situation einf\u00e4llt, ist, das Konto bis zur Durchf\u00fchrung der Transaktion einzufrieren. Aber dieser Ansatz ist nicht praktikabel, da neben der Schwierigkeit, eine solche Aufgabe in einem verteilten System zu l\u00f6sen, in einem anonymen Schema unklar bleibt, wessen Konto blockiert werden soll.<\/p>\n<p>Um dieses Problem zu l\u00f6sen, trennt die Technologie eingehende und ausgehende Transaktionen: Der Einsatz von Mitteln hat sofortige Auswirkungen auf den Kontostand, w\u00e4hrend Einnahmen verz\u00f6gert erfolgen. Dazu wird der Begriff \u201eEpoche\u201c eingef\u00fchrt \u2013 eine Gruppe von Bl\u00f6cken fester Gr\u00f6\u00dfe. Die aktuelle \u201eEpoche\u201c wird bestimmt, indem die Blockh\u00f6he durch die Gruppengr\u00f6\u00dfe geteilt wird. Bei der Verarbeitung einer Transaktion aktualisiert das Netzwerk sofort den Kontostand des Absenders, w\u00e4hrend die Mittel des Empf\u00e4ngers in einem Speicher gesammelt werden. Die gesammelten Mittel stehen dem Empf\u00e4nger der Zahlung erst zur Verf\u00fcgung, wenn die neue \u201eEpoche\u201c einsetzt.<\/p>\n<p>Infolgedessen kann der Nutzer Transaktionen senden, unabh\u00e4ngig davon, wie oft er Mittel erh\u00e4lt (sofern sein Kontostand es zul\u00e4sst, versteht sich). Die Gr\u00f6\u00dfe der Epoche wird bestimmt durch die Geschwindigkeit, mit der sich Bl\u00f6cke im Netzwerk verbreiten, und wie schnell eine Transaktion in einen Block gelangt. <\/p>\n<p>Diese L\u00f6sung funktioniert gut bei vertraulichen \u00dcberweisungen, verursacht jedoch bei anonymen Transaktionen, wie wir sp\u00e4ter sehen werden, ernsthafte Probleme.<\/p>\n<h4>Schutz vor Replay-Angriffen<\/h4>\n<p>\nIn account-basierten Blockchains wird jede Transaktion mit dem privaten Schl\u00fcssel des Absenders signiert, was den \u00dcberpr\u00fcfer davon \u00fcberzeugt, dass die Transaktion nicht ver\u00e4ndert wurde und von dem Besitzer dieses Schl\u00fcssels erstellt wurde. Was geschieht jedoch, wenn ein Angreifer, der den \u00dcbertragungskanal abgeh\u00f6rt hat, diese Nachricht abf\u00e4ngt und eine identische zweite sendet? Der \u00dcberpr\u00fcfer vergleicht die Signatur der Transaktion und ist \u00fcberzeugt von ihrer Herkunft, und das Netzwerk zieht den gleichen Betrag erneut vom Kontostand des Absenders ab.<\/p>\n<p>Dieser Angriff wird als Replay-Angriff bezeichnet. Im UTXO-Modell sind solche Angriffe nicht relevant, da der Angreifer versuchen w\u00fcrde, ausgegebene Ausg\u00e4nge zu verwenden, was f\u00fcr sich allein nicht g\u00fcltig ist und vom Netzwerk abgelehnt wird.<\/p>\n<p>Um dies zu verhindern, wird ein Feld mit zuf\u00e4lligen Daten in die Transaktion integriert, das als Nonce oder einfach \u201eSalz\u201c bezeichnet wird. Bei der erneuten \u00dcbertragung einer Transaktion mit \u201eSalz\u201c pr\u00fcft der \u00dcberpr\u00fcfer, ob dieser Nonce zuvor verwendet wurde, und wenn nicht, gilt diese Transaktion als g\u00fcltig. Um nicht die gesamte Geschichte der Nonces von Nutzern in der Blockchain zu speichern, wird in der ersten Transaktion der Nonce normalerweise auf null gesetzt und dann um eins erh\u00f6ht. Das Netzwerk muss nur \u00fcberpr\u00fcfen, dass der Nonce der neuen Transaktion sich um eins von dem vergangenen unterscheidet.<\/p>\n<p>In anonymen \u00dcberweisungssystemen tritt das Problem der Validierung von Transaktions-Nonce auf. Wir k\u00f6nnen den Nonce nicht direkt an die Adresse des Absenders binden, da dies offensichtlich die \u00dcberweisung de-anonymisieren w\u00fcrde. Wir k\u00f6nnen auch nicht zu den Nonce aller beteiligten Konten eins addieren, da dies mit anderen \u00dcberweisungen, die in Bearbeitung sind, in Konflikt geraten kann. <\/p>\n<p>Die Autoren von Zether schlagen vor, die Nonce kryptografisch zu generieren \u2014 abh\u00e4ngig von der \u201e\u00c4ra\u201c. Zum Beispiel:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"\u00dcber Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains\" src=\"\/wp-content\/uploads\/c53190301fa2fbbcb29bfad1487db773.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nHier <b><i>x<\/i><\/b> \u2014 der geheime Schl\u00fcssel des Absenders und <b><i>Gepoch<\/i><\/b> \u2014 ein zus\u00e4tzlicher Generator f\u00fcr die Epoche, der durch das Hashing einer Zeichenkette vom Typ &#8216;Zether + &#8216; erzeugt wird. Jetzt scheint das Problem gel\u00f6st zu sein \u2014 wir geben den nonce des Senders nicht preis und mischen uns nicht in die nonces unbeteiligter Teilnehmer ein. Doch dieser Ansatz bringt ernsthafte Einschr\u00e4nkungen mit sich: Ein Konto kann nicht mehr als eine Transaktion in einer \"Epoche\" senden. Dieses Problem bleibt leider ungel\u00f6st und macht die anonyme Version von Zether, unserer Meinung nach, kaum nutzbar.<\/p>\n<h4>Die Komplexit\u00e4t der Null-Wissen-Beweise<\/h4>\n<p>\nIn UTXO muss der Absender dem Netzwerk beweisen, dass er keinen negativen Betrag ausgibt, da sonst die M\u00f6glichkeit besteht, neue M\u00fcnzen aus dem Nichts zu generieren (warum dies m\u00f6glich ist, haben wir in einem der vorherigen <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/company\/exante\/blog\/421913\/\">Artikel<\/a><\/noindex>). Au\u00dferdem muss er die \u201eEing\u00e4nge\u201c mit einer Ringunterschrift signieren, um zu beweisen, dass unter den gemischten M\u00fcnzen auch Mittel sind, die ihm geh\u00f6ren.<\/p>\n<p>In der anonymen Version der account-basierten Blockchain wird der Beweis wesentlich komplizierter. Der Absender muss beweisen, dass:<\/p>\n<ol>\n<li>Der gesendete Betrag positiv ist;<\/li>\n<li>Das Guthaben nicht negativ bleibt;<\/li>\n<li>Der Absender die Betr\u00e4ge der \u00dcberweisungen (einschlie\u00dflich null) korrekt verschl\u00fcsselt hat;<\/li>\n<li>Der Kontostand \u00e4ndert sich nur beim Absender und beim Empf\u00e4nger;<\/li>\n<li>Der Absender besitz den geheimen Schl\u00fcssel seines Kontos und dieser ist tats\u00e4chlich in der Liste der Absender (unter den gemischten) vorhanden;<\/li>\n<li>Der in der Transaktion verwendete Nonce ist korrekt zusammengesetzt.<\/li>\n<\/ol>\n<p>\nF\u00fcr einen so komplexen Beweis verwenden die Autoren eine Mischung <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/eprint.iacr.org\/2017\/1066.pdf\">Bulletproof<\/a><\/noindex> (\u00fcbrigens war einer der Autoren an seiner Erstellung beteiligt) und <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Proof_of_knowledge#Sigma_protocols\">Sigma-Protokoll<\/a><\/noindex>, das sie Sigma-Bullets nennen. Der formale Beweis einer solchen Behauptung ist eine ziemlich komplexe Aufgabe und schr\u00e4nkt die Zahl derjenigen, die sich mit der Umsetzung der Technologie befassen wollen, erheblich ein.<\/p>\n<h4>Was kommt dabei heraus?<\/h4>\n<p>\nNach unserer Ansicht k\u00f6nnte der Zether-Teil, der Vertraulichkeit in account-basierten Blockchains einf\u00fchrt, durchaus bereits jetzt verwendet werden. Aber derzeit bringt die anonyme Version der Technologie erhebliche Einschr\u00e4nkungen f\u00fcr ihre Nutzung mit sich, und ihre Komplexit\u00e4t erschwert die Implementierung. Man sollte jedoch nicht au\u00dfer Acht lassen, dass die Autoren sie erst vor wenigen Monaten ver\u00f6ffentlicht haben, und vielleicht wird jemand anderes eine L\u00f6sung f\u00fcr die heutigen Probleme finden. So funktioniert schlie\u00dflich Wissenschaft.<br \/>\n<br \/>Quelle: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/company\/exante\/blog\/452184\/\">habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>\u041c\u044b \u0443\u0436\u0435 \u0434\u0430\u0432\u043d\u043e \u0438\u043d\u0442\u0435\u0440\u0435\u0441\u0443\u0435\u043c\u0441\u044f \u0442\u0435\u043c\u043e\u0439 \u0430\u043d\u043e\u043d\u0438\u043c\u043d\u043e\u0441\u0442\u0438 \u0432 \u043a\u0440\u0438\u043f\u0442\u043e\u0432\u0430\u043b\u044e\u0442\u0430\u0445 \u0438 \u0441\u0442\u0430\u0440\u0430\u0435\u043c\u0441\u044f \u0441\u043b\u0435\u0434\u0438\u0442\u044c \u0437\u0430 \u0440\u0430\u0437\u0432\u0438\u0442\u0438\u0435\u043c \u0442\u0435\u0445\u043d\u043e\u043b\u043e\u0433\u0438\u0439 \u0432 \u044d\u0442\u043e\u0439 \u043e\u0431\u043b\u0430\u0441\u0442\u0438. \u0412 \u0441\u0432\u043e\u0438\u0445 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