खाता-आधारित ब्लॉकचेन में गुमनामी के बारे में

हम लंबे समय से क्रिप्टोकरेंसी में गुमनामी के विषय में रुचि रखते हैं और इस क्षेत्र में प्रौद्योगिकियों के विकास का अनुसरण करने का प्रयास करते हैं। अपने लेखों में हम पहले ही ऑपरेशन के सिद्धांतों पर विस्तार से चर्चा कर चुके हैं गोपनीय लेनदेन मोनेरो में भी किया गया तुलनात्मक समीक्षा इस क्षेत्र में मौजूद प्रौद्योगिकियाँ। हालाँकि, आज सभी अनाम क्रिप्टोकरेंसी बिटकॉइन द्वारा प्रस्तावित डेटा मॉडल - अनस्पेंट ट्रांजेक्शन आउटपुट (इसके बाद UTXO) पर बनाई गई हैं। एथेरियम जैसे खाता-आधारित ब्लॉकचेन के लिए, गुमनामी और गोपनीयता को लागू करने के लिए मौजूदा समाधान (उदाहरण के लिए, मोबिउस या एज़्टेक) ने स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट में UTXO मॉडल को दोहराने की कोशिश की।

फरवरी 2019 में, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी और वीज़ा रिसर्च के शोधकर्ताओं का एक समूह रिहा प्रीप्रिंट "ज़ेदर: स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट की दुनिया में गोपनीयता की ओर।" लेखक खाता-आधारित ब्लॉकचेन में गुमनामी सुनिश्चित करने के लिए एक दृष्टिकोण का प्रस्ताव करने वाले पहले व्यक्ति थे और स्मार्ट अनुबंध के दो संस्करण प्रस्तुत किए: गोपनीय (शेष राशि और हस्तांतरण राशि को छिपाना) और गुमनाम (प्राप्तकर्ता और प्रेषक को छिपाना) लेनदेन के लिए। हमें प्रस्तावित तकनीक दिलचस्प लगती है और हम इसके डिज़ाइन को साझा करना चाहेंगे, साथ ही इस बारे में भी बात करेंगे कि खाता-आधारित ब्लॉकचेन में गुमनामी की समस्या को बहुत कठिन क्यों माना जाता है और क्या लेखक इसे पूरी तरह से हल करने में कामयाब रहे।

इन डेटा मॉडल की संरचना के बारे में

UTXO मॉडल में, लेनदेन में "इनपुट" और "आउटपुट" शामिल होते हैं। "आउटपुट" का प्रत्यक्ष एनालॉग आपके बटुए में मौजूद बिल हैं: प्रत्येक "आउटपुट" का कुछ मूल्यवर्ग होता है। जब आप किसी को भुगतान करते हैं (लेन-देन करते हैं) तो आप एक या अधिक "आउटपुट" खर्च करते हैं, जिस स्थिति में वे लेनदेन के "इनपुट" बन जाते हैं, और ब्लॉकचेन उन्हें खर्च के रूप में चिह्नित करता है। इस मामले में, आपके भुगतान का प्राप्तकर्ता (या आप स्वयं, यदि आपको परिवर्तन की आवश्यकता है) को नव निर्मित "आउटपुट" प्राप्त होता है। इसे योजनाबद्ध रूप से इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

खाता-आधारित ब्लॉकचेन आपके बैंक खाते की तरह ही संरचित होते हैं। वे केवल आपके खाते में मौजूद राशि और स्थानांतरण राशि से निपटते हैं। जब आप अपने खाते से कुछ राशि स्थानांतरित करते हैं, तो आप कोई भी "आउटपुट" नहीं जलाते हैं, नेटवर्क को यह याद रखने की आवश्यकता नहीं होती है कि कौन से सिक्के खर्च किए गए हैं और कौन से नहीं। सबसे सरल मामले में, लेन-देन सत्यापन प्रेषक के हस्ताक्षर और उसकी शेष राशि की जांच करने के लिए नीचे आता है:

प्रौद्योगिकी का विश्लेषण

आगे, हम इस बारे में बात करेंगे कि ज़ेथर लेनदेन राशि, प्राप्तकर्ता और प्रेषक को कैसे छुपाता है। जैसे ही हम इसके संचालन के सिद्धांतों का वर्णन करते हैं, हम गोपनीय और अनाम संस्करणों में अंतर पर ध्यान देंगे। चूँकि खाता-आधारित ब्लॉकचेन में गोपनीयता सुनिश्चित करना बहुत आसान है, गुमनामी द्वारा लगाए गए कुछ प्रतिबंध प्रौद्योगिकी के गोपनीय संस्करण के लिए प्रासंगिक नहीं होंगे।

शेष राशि छिपाना और राशि स्थानांतरित करना

ज़ेथर में शेष राशि को एन्क्रिप्ट करने और राशि स्थानांतरित करने के लिए एक एन्क्रिप्शन योजना का उपयोग किया जाता है एल गमाल. यह इस प्रकार काम करता है. जब ऐलिस बॉब को भेजना चाहती है b पते के अनुसार सिक्के (इसकी सार्वजनिक कुंजी) Y, वह एक यादृच्छिक संख्या चुनती है r और राशि को एन्क्रिप्ट करता है:

जहां C - एन्क्रिप्टेड राशि, D - इस राशि को समझने के लिए आवश्यक सहायक मूल्य, G - अण्डाकार वक्र पर एक निश्चित बिंदु, जब गुप्त कुंजी से गुणा किया जाता है, तो सार्वजनिक कुंजी प्राप्त होती है।

जब बॉब को ये मान प्राप्त होते हैं, तो वह उन्हें उसी तरह अपने एन्क्रिप्टेड बैलेंस में जोड़ देता है, यही कारण है कि यह योजना सुविधाजनक है।

इसी प्रकार, ऐलिस अपने संतुलन से समान मान घटाती है, केवल उसी प्रकार Y आपकी सार्वजनिक कुंजी का उपयोग करता है.

प्राप्तकर्ता और प्रेषक को छुपाया जा रहा है

UTXO में "आउटपुट" को शफ़ल करना क्रिप्टोकरेंसी के शुरुआती दिनों से चला आ रहा है और प्रेषक को छिपाने में मदद करता है। ऐसा करने के लिए, प्रेषक स्वयं, स्थानांतरण करते समय, ब्लॉकचेन में यादृच्छिक "आउटपुट" एकत्र करता है और उन्हें अपने साथ मिलाता है। इसके बाद, वह "आउटपुट" पर रिंग सिग्नेचर के साथ हस्ताक्षर करता है - एक क्रिप्टोग्राफ़िक तंत्र जो उसे सत्यापनकर्ता को यह समझाने की अनुमति देता है कि प्रेषक के सिक्के शामिल "आउटपुट" के बीच मौजूद हैं। बेशक, मिश्रित सिक्के स्वयं खर्च नहीं किए जाते हैं।

हालाँकि, हम प्राप्तकर्ता को छिपाने के लिए नकली आउटपुट उत्पन्न नहीं कर पाएंगे। इसलिए, UTXO में, प्रत्येक "आउटपुट" का अपना विशिष्ट पता होता है, और यह क्रिप्टोग्राफ़िक रूप से इन सिक्कों के प्राप्तकर्ता के पते से जुड़ा होता है। फिलहाल, इसकी गुप्त कुंजियों को जाने बिना अद्वितीय आउटपुट पते और प्राप्तकर्ता पते के बीच संबंध की पहचान करने का कोई तरीका नहीं है।

खाता-आधारित मॉडल में, हम एक बार के पते का उपयोग नहीं कर सकते (अन्यथा यह पहले से ही एक "निकास" मॉडल होगा)। इसलिए, प्राप्तकर्ता और प्रेषक को ब्लॉकचेन में अन्य खातों के बीच मिलाना होगा। इस मामले में, एन्क्रिप्टेड 0 सिक्के मिश्रित खातों से डेबिट किए जाते हैं (या यदि प्राप्तकर्ता मिश्रित होता है तो 0 जोड़ा जाता है), वास्तव में उनके वास्तविक शेष को बदले बिना।

चूंकि प्रेषक और प्राप्तकर्ता दोनों के पास हमेशा एक स्थायी पता होता है, इसलिए समान पते पर स्थानांतरित करते समय मिश्रण के लिए समान समूहों का उपयोग करना आवश्यक हो जाता है। इसे एक उदाहरण से देखना आसान है.

मान लीजिए कि ऐलिस ने बॉब की चैरिटी में योगदान देने का फैसला किया है, लेकिन यह पसंद करती है कि स्थानांतरण किसी बाहरी पर्यवेक्षक के लिए गुमनाम रहे। फिर, प्रेषक क्षेत्र में खुद को छिपाने के लिए, वह एडम और एडेल के खातों में भी प्रवेश करती है। और बॉब को छिपाने के लिए, प्राप्तकर्ता फ़ील्ड में बेन और बिल के खाते जोड़ें। अगला योगदान देते हुए, ऐलिस ने अपने आगे एलेक्स और अमांडा और बॉब के आगे ब्रूस और बेनजेन लिखने का फैसला किया। इस मामले में, ब्लॉकचेन का विश्लेषण करते समय, इन दो लेनदेन में प्रतिभागियों की केवल एक प्रतिच्छेदी जोड़ी होती है - ऐलिस और बॉब, जो इन लेनदेन को अज्ञात करता है।

लेन-देन की दौड़

जैसा कि हमने पहले ही बताया है, खाता-आधारित सिस्टम में अपना बैलेंस छिपाने के लिए, उपयोगकर्ता अपने बैलेंस और ट्रांसफर राशि को एन्क्रिप्ट करता है। साथ ही, उसे यह साबित करना होगा कि उसके खाते पर शेष राशि ऋणात्मक नहीं है। समस्या यह है कि लेन-देन करते समय, उपयोगकर्ता अपने चालू खाते की स्थिति के संबंध में एक प्रमाण बनाता है। क्या होगा यदि बॉब ऐलिस को एक लेनदेन भेजता है, और इसे ऐलिस द्वारा भेजे गए लेनदेन से पहले स्वीकार कर लिया जाता है? तब ऐलिस का लेनदेन अमान्य माना जाएगा, क्योंकि शेष राशि का प्रमाण बॉब के लेनदेन को स्वीकार किए जाने से पहले बनाया गया था।

ऐसी स्थिति में सबसे पहला फैसला यह आता है कि लेनदेन होने तक खाते को फ्रीज कर दिया जाए। लेकिन यह दृष्टिकोण उपयुक्त नहीं है, क्योंकि एक वितरित प्रणाली में ऐसी समस्या को हल करने की जटिलता के अलावा, एक अनाम योजना में यह स्पष्ट नहीं होगा कि किसके खाते को ब्लॉक किया जाए।

इस समस्या को हल करने के लिए, प्रौद्योगिकी इनकमिंग और आउटगोइंग लेनदेन को अलग करती है: खर्च का बैलेंस शीट पर तत्काल प्रभाव पड़ता है, जबकि प्राप्तियों का विलंबित प्रभाव पड़ता है। ऐसा करने के लिए, "युग" की अवधारणा पेश की गई है - एक निश्चित आकार के ब्लॉकों का एक समूह। वर्तमान "युग" का निर्धारण ब्लॉक की ऊंचाई को समूह आकार से विभाजित करके किया जाता है। लेन-देन संसाधित करते समय, नेटवर्क तुरंत प्रेषक के शेष को अपडेट करता है और प्राप्तकर्ता के धन को भंडारण टैंक में संग्रहीत करता है। संचित निधि भुगतानकर्ता को तभी उपलब्ध कराई जाती है जब एक नया "युग" शुरू होता है।

नतीजतन, उपयोगकर्ता लेनदेन भेज सकता है, भले ही कितनी बार धनराशि प्राप्त हो (जहाँ तक उसका शेष निश्चित रूप से अनुमति देता है)। युग का आकार इस आधार पर निर्धारित किया जाता है कि नेटवर्क के माध्यम से ब्लॉक कितनी तेजी से फैलता है और लेनदेन कितनी तेजी से ब्लॉक में प्रवेश करता है।

यह समाधान गोपनीय हस्तांतरण के लिए अच्छा काम करता है, लेकिन गुमनाम लेनदेन के साथ, जैसा कि हम बाद में देखेंगे, यह गंभीर समस्याएं पैदा करता है।

पुनरावृत्ति हमलों के विरुद्ध सुरक्षा

खाता-आधारित ब्लॉकचेन में, प्रत्येक लेनदेन पर प्रेषक की निजी कुंजी द्वारा हस्ताक्षर किए जाते हैं, जो सत्यापनकर्ता को आश्वस्त करता है कि लेनदेन को संशोधित नहीं किया गया है और इस कुंजी के मालिक द्वारा बनाया गया था। लेकिन क्या होगा यदि कोई हमलावर जो ट्रांसमिशन चैनल सुन रहा था, इस संदेश को पकड़ लेता है और ठीक वैसा ही दूसरा संदेश भेजता है? सत्यापनकर्ता लेन-देन के हस्ताक्षर को सत्यापित करेगा और इसके लेखकत्व के बारे में आश्वस्त होगा, और नेटवर्क प्रेषक के शेष से उसी राशि को फिर से लिख देगा।

इस हमले को रीप्ले अटैक कहा जाता है. UTXO मॉडल में, ऐसे हमले प्रासंगिक नहीं हैं, क्योंकि हमलावर खर्च किए गए आउटपुट का उपयोग करने का प्रयास करेगा, जो स्वयं मान्य नहीं है और नेटवर्क द्वारा अस्वीकार कर दिया गया है।

ऐसा होने से रोकने के लिए, लेन-देन में यादृच्छिक डेटा वाला एक फ़ील्ड बनाया जाता है, जिसे नॉन्स या बस "नमक" कहा जाता है। नमक के साथ लेन-देन दोबारा सबमिट करते समय, सत्यापनकर्ता यह देखता है कि क्या नॉन का उपयोग पहले किया गया है और यदि नहीं, तो लेन-देन को वैध मानता है। ब्लॉकचैन में उपयोगकर्ता नॉन्स के पूरे इतिहास को संग्रहीत न करने के लिए, आमतौर पर पहले लेनदेन में इसे शून्य के बराबर सेट किया जाता है, और फिर एक से बढ़ाया जाता है। नेटवर्क केवल यह जाँच सकता है कि नए लेन-देन का नॉन पिछले लेन-देन से एक-एक करके भिन्न है।

अनाम हस्तांतरण योजना में, लेन-देन को मान्य करने की समस्या उत्पन्न होती है। हम प्रेषक के पते पर स्पष्ट रूप से गैर को बाध्य नहीं कर सकते हैं, क्योंकि, जाहिर है, यह स्थानांतरण को गुमनाम कर देता है। हम सभी भाग लेने वाले खातों में से एक को भी नहीं जोड़ सकते, क्योंकि इससे संसाधित होने वाले अन्य हस्तांतरणों के साथ टकराव हो सकता है।

ज़ेथर के लेखक "युग" के आधार पर, गैर-क्रिप्टोग्राफ़िक रूप से उत्पन्न करने का प्रस्ताव करते हैं। उदाहरण के लिए:

यहां x प्रेषक की गुप्त कुंजी है, और गेपोच - युग के लिए एक अतिरिक्त जनरेटर, 'ज़ेदर +' फॉर्म की एक स्ट्रिंग को हैश करके प्राप्त किया गया। अब समस्या हल होती दिख रही है - हम प्रेषक की गैर-मौजूदगी को उजागर नहीं करते हैं और गैर-शामिल प्रतिभागियों की गैर-मौजूदगी में हस्तक्षेप नहीं करते हैं। लेकिन यह दृष्टिकोण एक गंभीर सीमा लगाता है: एक खाता प्रति "युग" में एक से अधिक लेनदेन नहीं भेज सकता है। यह समस्या, दुर्भाग्य से, अनसुलझा बनी हुई है, और वर्तमान में ज़ेथर का अज्ञात संस्करण, हमारी राय में, उपयोग के लिए शायद ही उपयुक्त है।

शून्य ज्ञान प्रमाण की जटिलता

यूटीएक्सओ में, प्रेषक को नेटवर्क को साबित करना होगा कि वह नकारात्मक राशि खर्च नहीं कर रहा है, अन्यथा हवा से नए सिक्के उत्पन्न करना संभव हो जाता है (यह क्यों संभव है, हमने पिछले में से एक में लिखा था) सामग्री). और "इनपुट" पर रिंग सिग्नेचर के साथ हस्ताक्षर भी करें ताकि यह साबित हो सके कि मिश्रित किए जा रहे सिक्कों में वे फंड हैं जो उसके हैं।

खाता-आधारित ब्लॉकचेन के अनाम संस्करण में, प्रमाण के लिए अभिव्यक्तियाँ बहुत अधिक जटिल हैं। प्रेषक यह साबित करता है:

1. भेजी गई राशि सकारात्मक है;
2. शेष गैर-ऋणात्मक रहता है;
3. प्रेषक ने स्थानांतरण राशि (शून्य सहित) को सही ढंग से एन्क्रिप्ट किया है;
4. शेष राशि पर शेष राशि केवल प्रेषक और प्राप्तकर्ता के लिए बदलती है;
5. प्रेषक के पास उसके खाते की निजी कुंजी होती है और वह वास्तव में प्रेषकों की सूची में है (शामिल लोगों में से);
6. लेन-देन में उपयोग किया गया नॉन सही ढंग से बना है।

ऐसे जटिल प्रमाण के लिए, लेखक एक मिश्रण का उपयोग करते हैं बुलेटप्रूफ (वैसे, लेखकों में से एक ने इसके निर्माण में भाग लिया) और सिग्मा प्रोटोकॉल, जिन्हें सिग्मा-बुलेट कहा जाता है। इस तरह के कथन का औपचारिक प्रमाण एक कठिन कार्य है, और यह प्रौद्योगिकी को लागू करने के इच्छुक लोगों की संख्या को बहुत सीमित कर देता है।

नतीजा?

हमारी राय में, ज़ेथर का वह हिस्सा जो खाता-आधारित ब्लॉकचेन में गोपनीयता लाता है, अभी उपयोग किया जा सकता है। लेकिन फिलहाल, प्रौद्योगिकी का अज्ञात संस्करण इसके उपयोग पर गंभीर प्रतिबंध लगाता है, और इसके कार्यान्वयन पर इसकी जटिलता लागू होती है। हालाँकि, इस बात से इंकार नहीं किया जाना चाहिए कि लेखकों ने इसे कुछ महीने पहले ही जारी किया था, और शायद कोई और आज मौजूद समस्याओं का समाधान ढूंढ लेगा। आख़िरकार, विज्ञान इसी तरह से किया जाता है।

स्रोत: www.habr.com