{"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":"Zur Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Wir besch\u00e4ftigen uns schon seit l\u00e4ngerem mit dem Thema Anonymit\u00e4t in Kryptow\u00e4hrungen und verfolgen die Entwicklungen in diesem Bereich. In unseren Artikeln haben wir bereits die Funktionsweise von vertraulichen Transaktionen<\/a><\/noindex> in Monero ausf\u00fchrlich behandelt und durchgef\u00fchrt einen Vergleichsbericht<\/a><\/noindex> \u00fcber die Technologien, die in diesem Bereich existieren. Dennoch basieren alle anonymen Kryptow\u00e4hrungen heutzutage 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 Mobius<\/a><\/noindex> oder Aztec<\/a><\/noindex>) versucht, das UTXO-Modell in Smart Contracts zu reproduzieren.<\/p>\n

Im Februar 2019 ver\u00f6ffentlichte eine Forschungsgruppe der Stanford Universit\u00e4t und Visa Research<\/a><\/noindex> ver\u00f6ffentlicht einen Preprint<\/a><\/noindex> \u201eZether: Auf dem Weg zur Privatsph\u00e4re in der Welt der Smart Contracts\u201c. Die Autoren haben erstmals einen Ansatz zur Gew\u00e4hrleistung von Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains vorgeschlagen und zwei Varianten von Smart Contracts vorgestellt: f\u00fcr vertrauliche (Verbergen von Salden und \u00dcberweisungsbetr\u00e4gen) und anonyme (Verbergen von Empf\u00e4nger und Absender) Transaktionen. Wir finden die vorgeschlagene Technologie interessant und m\u00f6chten deren Funktionsweise teilen und dar\u00fcber sprechen, warum das Problem der Anonymit\u00e4t in account-basierten Blockchains als sehr komplex gilt und ob es den Autoren gelungen ist, es vollst\u00e4ndig zu l\u00f6sen.<\/p>\n

\u00dcber die Struktur dieser Datenmodelle<\/h3>\n

\nIn der UTXO-Modell besteht eine Transaktion aus \u201eInputs\u201c und \u201eOutputs\u201c. Der direkte Vergleich zu den \u201eOutputs\u201c sind die Geldscheine in Ihrer Brieftasche: Jeder \u201eOutput\u201c hat einen bestimmten Nennwert. Wenn Sie mit jemandem bezahlen (eine Transaktion durchf\u00fchren), verwenden Sie einen oder mehrere \u201eOutputs\u201c, die dann zu \u201eInputs\u201c der Transaktion werden, und die Blockchain kennzeichnet sie als ausgegeben. Dabei erh\u00e4lt der Empf\u00e4nger Ihrer Zahlung (oder Sie selbst, wenn Sie Wechselgeld brauchen) neu generierte \u201eOutputs\u201c. Schematically kann das so dargestellt werden:<\/p>\n

\"Zur
\n
\nAccount-basierte Blockchains funktionieren \u00e4hnlich wie Ihr Bankkonto. Sie operieren nur mit dem Betrag auf Ihrem Konto und dem Betrag der \u00dcberweisung. Wenn Sie einen Betrag von Ihrem Konto \u00fcberweisen, verbrennen Sie keine \u201eOutputs\u201c, und das Netzwerk muss sich nicht merken, welche Coins ausgegeben wurden und welche nicht. Im einfachsten Fall beschr\u00e4nkt sich die \u00dcberpr\u00fcfung der Transaktion auf die \u00dcberpr\u00fcfung der Signatur des Absenders und des Betrags auf seinem Guthaben:<\/p>\n

\"Zur
\n<\/p>\n

Technologischer \u00dcberblick<\/h3>\n

\nIm Folgenden werden wir er\u00f6rtern, wie Zether den Betrag der Transaktionen, den Empf\u00e4nger und den Absender verbirgt. W\u00e4hrend wir die Funktionsweise beschreiben, werden wir die Unterschiede zwischen der vertraulichen und der anonymen Version hervorheben. Da es viel einfacher ist, in account-basierten Blockchains die Vertraulichkeit zu gew\u00e4hrleisten, werden einige der Einschr\u00e4nkungen, die durch Anonymisierung entstehen, f\u00fcr die vertrauliche Version der Technologie irrelevant sein.<\/p>\n

Verbergung von Guthaben und \u00dcberweisungsbetr\u00e4gen<\/h4>\n

\nF\u00fcr die Verschl\u00fcsselung von Guthaben und \u00dcberweisungsbetr\u00e4gen verwendet Zether das ElGamal<\/a><\/noindex>-Verschl\u00fcsselungsschema. Es funktioniert folgenderma\u00dfen: Wenn Alice Bob b<\/b><\/i> Coins an die Adresse (seinen \u00f6ffentlichen Schl\u00fcssel) schicken m\u00f6chte, Y<\/b><\/i>w\u00e4hlt sie eine Zufallszahl r<\/b><\/i> und verschl\u00fcsselt den Betrag:<\/p>\n

\"Zur
\nwobei C<\/b><\/i> \u2014 verschl\u00fcsselter Betrag, OS-Angriffen<\/b><\/i> \u2014 ein Hilfswert, der zur Entschl\u00fcsselung dieses Betrags erforderlich ist, G<\/b><\/i> \u2014 ein fester Punkt auf einer elliptischen Kurve, bei dem die Multiplikation des geheimen Schl\u00fcssels den \u00f6ffentlichen Schl\u00fcssel ergibt.<\/p>\n

Wenn Bob diese Werte erh\u00e4lt, addiert er sie einfach zu seinem kryptographisch \u00e4hnlichen Guthaben, was dieses Verfahren so praktisch macht.<\/p>\n

Ebenso zieht Alice dieselben Werte von ihrem Guthaben ab, allerdings verwendet sie ihren Y<\/b><\/i> \u00f6ffentlichen Schl\u00fcssel.<\/p>\n

Verborgene Absender- und Empf\u00e4ngeradressen<\/h4>\n

\nDas Mischen von 'Ausgaben' in UTXO entstand bereits in der Fr\u00fchzeit der Kryptow\u00e4hrungen und hilft, den Absender zu verschleiern. Daf\u00fcr w\u00e4hlt der Absender beim Durchf\u00fchren einer Transaktion zuf\u00e4llige 'Ausgaben' aus der Blockchain aus und mischt sie mit seinen eigenen. Anschlie\u00dfend signiert er die 'Ausgaben' mit einer Ring-Signatur \u2013 einem kryptographischen Mechanismus, der es dem Pr\u00fcfer erm\u00f6glicht zu best\u00e4tigen, dass unter den gemischten 'Ausgaben' auch M\u00fcnzen des Absenders vorhanden sind. Die gemischten M\u00fcnzen selbst werden selbstverst\u00e4ndlich nicht ausgegeben.<\/p>\n

Um den Empf\u00e4nger zu verschleiern, k\u00f6nnen wir jedoch keine falschen \u201eAusg\u00e4nge\u201c generieren. Daher hat jeder \u201eAusgang\u201c in UTXO seine eigene einzigartige Adresse, die kryptografisch mit der Adresse des Empf\u00e4ngers dieser M\u00fcnzen verbunden ist. Derzeit gibt es keine M\u00f6glichkeit, die Verbindung zwischen der einzigartigen Adresse des \u201eAusgangs\u201c und der Adresse des Empf\u00e4ngers zu erkennen, ohne seine geheimen Schl\u00fcssel zu kennen.<\/p>\n

Im account-basierten Modell k\u00f6nnen wir keine einmaligen Adressen verwenden (ansonsten w\u00e4re es bereits ein \u201eAusgangs\u201c-Modell). Daher m\u00fcssen wir den Empf\u00e4nger und den Absender unter anderen Konten im Blockchain mischen. Dabei wird von den gemischten Konten 0 M\u00fcnzen verschl\u00fcsselt abgezogen (oder 0 hinzugef\u00fcgt \u2013 im Fall des Mischens des Empf\u00e4ngers), was ihren tats\u00e4chlichen Betrag nicht ver\u00e4ndert.<\/p>\n

Da sowohl der Absender als auch der Empf\u00e4nger immer eine feste Adresse haben, besteht hier die Notwendigkeit, bei \u00dcberweisungen an dieselben Adressen dieselben Gruppen zum Mischen zu verwenden. Das l\u00e4sst sich einfacher anhand eines Beispiels erkl\u00e4ren.<\/p>\n

Angenommen, Alice m\u00f6chte eine Spende an Bobs Wohlfahrtsorganisation t\u00e4tigen, bevorzugt jedoch, dass diese \u00dcberweisung f\u00fcr Au\u00dfenstehende anonym bleibt. Um sich im Absenderfeld zu tarnen, f\u00fcgt sie zus\u00e4tzlich Adams und Adeles Konten hinzu. Um Bob zu verbergen, tr\u00e4gt sie im Empf\u00e4ngerfeld zus\u00e4tzlich Bens und Bills Konten ein. Bei der n\u00e4chsten Spende beschlie\u00dft Alice, Alex und Amanda neben sich einzutragen und Bruce sowie Benjen neben Bob. In diesem Fall wird bei der Analyse der Blockchain bei diesen beiden Transaktionen nur ein \u00fcberlappendes Teilnehmerpaar gefunden \u2013 Alice und Bob, was diese Transaktionen de-anonymisiert.<\/p>\n

\"Zur
\n<\/p>\n

Transaktionsrennen<\/h4>\n

\nWie bereits erw\u00e4hnt, verschl\u00fcsselt der Benutzer in kontobasierten Systemen sein Guthaben und den \u00dcberweisungsbetrag, um sein Guthaben zu verbergen. Dabei muss er nachweisen, dass der Restbetrag auf seinem Konto nicht negativ ist. Das Problem besteht darin, dass der Benutzer beim Erstellen einer Transaktion einen Nachweis \u00fcber seinen aktuellen Kontostand erbringen muss. Was passiert, wenn Bob Alice eine Transaktion sendet und diese akzeptiert wird, bevor die von Alice gesendete? In diesem Fall wird die Transaktion von Alice als ung\u00fcltig betrachtet, da der Nachweis \u00fcber das Guthaben vor der Annahme der Transaktion von Bob erbracht wurde.<\/p>\n

\"Zur
\n
\nDie erste L\u00f6sung, die in einer solchen Situation in den Sinn kommt, ist, das Konto bis zur Durchf\u00fchrung der Transaktion einzufrieren. Dieser Ansatz eignet sich jedoch nicht, da es in einem verteilten System nicht nur kompliziert ist, eine solche Aufgabe zu l\u00f6sen, sondern auch in einem anonymen Schema unklar sein wird, welches Konto blockiert werden soll.<\/p>\n

Um dieses Problem zu l\u00f6sen, trennt die Technologie eingehende und ausgehende Transaktionen: Ausgaben haben sofortige Auswirkungen auf den Kontostand, w\u00e4hrend Einnahmen davon verz\u00f6gert sind. Zu diesem Zweck wird der Begriff \"Epoch\" eingef\u00fchrt \u2013 eine Gruppe von Bl\u00f6cken fester Gr\u00f6\u00dfe. Die aktuelle \"Epoch\" 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 werden dem Zahlungsempf\u00e4nger erst bei Beginn der n\u00e4chsten \"Epoch\" zur Verf\u00fcgung gestellt.<\/p>\n

Infolgedessen kann der Benutzer Transaktionen senden, unabh\u00e4ngig davon, wie oft er Mittel erh\u00e4lt (vorausgesetzt, sein Kontostand erlaubt es). Die Gr\u00f6\u00dfe der Epoch wird bestimmt durch die Geschwindigkeit, mit der Bl\u00f6cke im Netzwerk verbreitet werden, und wie schnell eine Transaktion in einen Block gelangt. <\/p>\n

Diese L\u00f6sung funktioniert gut f\u00fcr vertrauliche \u00dcberweisungen, verursacht jedoch bei anonymen Transaktionen, wie wir sp\u00e4ter sehen werden, ernsthafte Probleme.<\/p>\n

Schutz vor Replay-Angriffen<\/h4>\n

\nIn account-basierten Blockchains wird jede Transaktion mit dem privaten Schl\u00fcssel des Absenders signiert, was den Pr\u00fcfer davon \u00fcberzeugt, dass die Transaktion unver\u00e4ndert bleibt und von dem Eigent\u00fcmer dieses Schl\u00fcssels erstellt wurde. Aber was passiert, wenn ein Angreifer, der den \u00dcbertragungskanal \u00fcberwacht, diese Nachricht abf\u00e4ngt und exakt dieselbe zweite Nachricht sendet? Der Pr\u00fcfer wird die Signatur der Transaktion \u00fcberpr\u00fcfen und von ihrer Authentizit\u00e4t \u00fcberzeugt sein, und das Netzwerk wird denselben Betrag erneut vom Konto des Absenders abziehen.<\/p>\n

Dieser Angriff wird als Replay-Angriff bezeichnet. In der UTXO-Modell sind solche Angriffe nicht relevant, da der Angreifer versuchen w\u00fcrde, bereits ausgegebene Ausg\u00e4nge zu verwenden, was von Haus aus nicht g\u00fcltig ist und vom Netzwerk abgelehnt wird.<\/p>\n

Um dies zu verhindern, wird in die Transaktion ein Feld mit zuf\u00e4lligen Daten eingef\u00fcgt, das als Nonce oder einfach als \u201eSalt\u201c bezeichnet wird. Bei einer erneuten \u00dcbermittlung der Transaktion mit dem \u201eSalt\u201c \u00fcberpr\u00fcft der Pr\u00fcfer, ob diese Nonce bereits zuvor verwendet wurde, und wenn nicht, wird die Transaktion als g\u00fcltig betrachtet. Um nicht die gesamte Historie der Nonces der Benutzer 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 vorherigen unterscheidet.<\/p>\n

Im anonymen \u00dcbertragungsschema stellt sich das Problem der Validierung der Nonces f\u00fcr Transaktionen. Wir k\u00f6nnen den Nonce nicht explizit an die Adresse des Absenders binden, da dies offensichtlich die \u00dcberweisung de-anonymisieren w\u00fcrde. Wir k\u00f6nnen auch nicht einfach eins zu den Nonces aller beteiligten Konten addieren, da dies mit anderen Transaktionen in Konflikt geraten k\u00f6nnte, die sich in Bearbeitung befinden. <\/p>\n

Die Autoren von Zether schlagen vor, Nonces kryptografisch zu generieren \u2013 abh\u00e4ngig von der \u201eEpoche\u201c. Zum Beispiel:<\/p>\n

\"Zur
\nHier x<\/i><\/b> \u2014 der geheime Schl\u00fcssel des Absenders, und Gepoch<\/i><\/b> \u2014 zus\u00e4tzlicher Generator f\u00fcr die Epoche, der durch Hashing von Zeichenfolgen vom Typ ‘Zether + ‘ gewonnen wird. Damit scheint das Problem gel\u00f6st zu sein \u2014 wir legen nicht den Nonce des Absenders offen und mischen uns nicht in die Nonce unbeteiligter Teilnehmer ein. Doch dieser Ansatz bringt eine ernsthafte Einschr\u00e4nkung 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 derzeit, unserer Meinung nach, kaum brauchbar.<\/p>\n

Die Komplexit\u00e4t der Zero-Knowledge-Beweise<\/h4>\n

\nIm UTXO muss der Absender dem Netzwerk beweisen, dass er keinen negativen Betrag ausgibt, sonst w\u00e4re es m\u00f6glich, neue M\u00fcnzen aus dem Nichts zu generieren (warum dies m\u00f6glich ist, haben wir in einem der vorherigen Artikel<\/a><\/noindex>). Zudem muss er die \u201eInputs\u201c mit einer Ringunterschrift signieren, um zu beweisen, dass unter den vermischten M\u00fcnzen auch Mittel sind, die ihm geh\u00f6ren.<\/p>\n

In der anonymen Version eines konto-basierten Blockchains sind die Ausdr\u00fccke f\u00fcr den Beweis deutlich komplizierter. Der Absender muss beweisen, dass:<\/p>\n

    \n
  1. Der \u00fcberwiesene Betrag positiv ist;<\/li>\n
  2. Der Kontostand nicht negativ bleibt;<\/li>\n
  3. Der Absender hat die Betr\u00e4ge der \u00dcberweisungen (einschlie\u00dflich Nullbetr\u00e4ge) korrekt verschl\u00fcsselt.<\/li>\n
  4. Der Kontostand \u00e4ndert sich nur beim Absender und Empf\u00e4nger.<\/li>\n
  5. Der Absender besitzt den geheimen Schl\u00fcssel zu seinem Konto, und dieser ist tats\u00e4chlich in der Liste der Absender (unter den Beteiligten) vorhanden.<\/li>\n
  6. Der in der Transaktion verwendete Nonce ist korrekt zusammengesetzt.<\/li>\n<\/ol>\n

    \nF\u00fcr diesen komplexen Nachweis verwenden die Autoren eine Mischung Bulletproof<\/a><\/noindex> (einer der Autoren war \u00fcbrigens an ihrer Entwicklung beteiligt) und Sigma-Protokoll<\/a><\/noindex>, das als Sigma-Bullets bezeichnet wird. Ein formaler Nachweis eines solchen Anspruchs ist eine ziemlich komplexe Aufgabe und schr\u00e4nkt die Anzahl derjenigen, die sich mit der Umsetzung der Technologie befassen wollen, stark ein.<\/p>\n

    Was ist das Ergebnis?<\/h4>\n

    \nUnserer Meinung nach kann der Teil von Zether, der Privatsph\u00e4re in kontobasierten Blockchains einf\u00fchrt, durchaus bereits jetzt Verwendung finden. Doch derzeit bringt die anonyme Version der Technologie erhebliche Einschr\u00e4nkungen bei ihrer Nutzung mit sich, und ihre Komplexit\u00e4t beeintr\u00e4chtigt die Implementierung. Man sollte jedoch nicht vergessen, dass die Autoren sie erst vor wenigen Monaten ver\u00f6ffentlicht haben und es m\u00f6glicherweise jemand anderen gibt, der L\u00f6sungen f\u00fcr die heutigen Probleme findet. Genau so funktioniert Wissenschaft.
    \n
    Quelle:     habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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