[논문 리뷰] A Blind-Mixing Scheme for Bitcoin based on an Elliptic Curve Cryptography Blind Digital Signature Algorithm

QingChun ShenTu, Jianping Yu|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 20.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 10인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 타원 곡선 암호화(Cryptographic, ECC)를 사용한 블라인드 디지털 서명을 활용해 믹서가 입력 주소와 출력 주소를 연결할 수 없도록 하여 사용자 익명성을 향상시키는 중앙집중식 비트코인 코인 믹싱 기법인 Blind-Mixing을 제안한다. 이 기법은 RSA 기반 대안 대비 블라인드 서명 계산 속도가 10.5배 빠르며, BlindCoin 및 RSA 코인 믹싱과 같은 이전 시스템에서 나타나는 익명성 해체 및 위조 청구 문제를 회피한다.

ABSTRACT

To strengthen the anonymity of Bitcoin, several centralized coin-mixing providers (mixers) such as BitcoinFog.com, BitLaundry.com, and Blockchain.info assist users to mix Bitcoins through CoinJoin transactions with multiple inputs and multiple outputs to uncover the relationship between them. However, these mixers know the output address of each user, such that they cannot provide true anonymity. This paper proposes a centralized coin-mixing algorithm based on an elliptic curve blind signature scheme (denoted as Blind-Mixing) that obstructs mixers from linking an input address with an output address. Comparisons among three blind signature based algorithms, Blind-Mixing, BlindCoin, and RSA Coin-Mixing, are conducted. It is determined that BlindCoin may be deanonymized because of its use of a public log. In RSA Coin-Mixing, a user's Bitcoins may be falsely claimed by another. In addition, the blind signature scheme of Blind-Mixing executes 10.5 times faster than that of RSA Coin-Mixing.

연구 동기 및 목표

• 기존 중앙집중식 비트코인 믹서가 입력 주소와 출력 주소를 연결할 수 있는 익명성 한계를 해결하기 위해.
• 믹서가 어떤 입력이 어떤 출력에 해당하는지 파악할 수 없는 코인 믹싱 프로토콜을 설계하기 위해.
• BlindCoin 및 RSA 코인 믹싱과 같은 이전의 블라인드 서명 기반 믹싱 기법 대비 성능과 보안을 향상시키기 위해.
• RSA 기반 믹싱 프로토콜에서 알려진 취약점인 자금에 대한 위조 청구 위험을 제거하기 위해.
• 더 빠르고 효율적인 블라인드 서명 연산을 위해 타원 곡선 암호화 기법을 활용하기 위해.

제안 방법

• 이 기법은 사용자가 믹서에 제출하기 전에 거래 입력을 블라인딩할 수 있도록 타원 곡선 암호화(ECC) 기반 블라인드 디지털 서명 알고리즘을 사용한다.
• 사용자는 블라인드된 입력을 믹서에 제출하며, 믹서는 블라인드 서명 프로토콜을 사용해 서명한다. 이로 인해 믹서는 입력과 출력을 연결할 수 없다.
• 서명된 블라인드 입력을 수신한 후 사용자는 이를 해제하여 원래의 입력 주소를 드러내지 않은 채 유효한 거래 출력을 생성한다.
• 블라인드 서명의 암호학적 특성 덕분에, 심지어 믹서가 해킹되더라도 어떤 입력이 어떤 출력에 해당하는지 추적할 수 없다.
• 시스템은 익명성 해체 및 위조 청구를 모두 방지하도록 설계되었으며, 성능은 RSA 기반 및 BlindCoin 기반 기법과의 벤치마킹을 통해 측정된다.
• 구현은 표준 ECC 매개변수를 사용하며, 비트코인의 거래 구조와 통합되어 다중 입력 및 출력을 지원하는 CoinJoin 스타일의 거래를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 믹서가 어떤 입력 주소도 해당 출력 주소와 연결할 수 없도록 하는 중앙집중식 믹싱 프로토콜을 설계할 수 있는가?
• RQ2 비트코인 믹싱 맥락에서 타원 곡선 암호화 기반 블라인드 서명 기법의 성능이 RSA 기반 및 기존 블라인드 서명 프로토콜 대비 어떻게 비교되는가?
• RQ3 공개 로그를 통해 거래를 관련지을 수 있는 잠재적 공격으로 인해 BlindCoin과 같은 시스템에 대해 익명성 해체 공격를 방지할 수 있는가?
• RQ4 RSA 기반 믹싱 프로토콜에서 알려진 취약점인 자금에 대한 위조 청구 위험을 제거할 수 있는가?
• RQ5 블라인드 서명 기반 비트코인 믹싱 기법에서 RSA 대비 ECC를 사용할 경우의 계산 효율성 향상은 어느 정도인가?

주요 결과

• 제안된 Blind-Mixing 기법은 믹서가 입력 주소와 출력 주소를 연결할 수 없게 하여, 기존 중앙집중식 믹서와 대비해 진정한 익명성을 달성한다.
• Blind-Mixing에서의 블라인드 서명 계산 속도는 RSA 코인 믹싱 대비 10.5배 빠르며, 성능 향상이著명하다.
• BlindCoin는 공개 로그를 기반으로 거래를 관련지기 때문에 익명성 해체 공격에 취약하다.
• RSA 코인 믹싱은 공격자가 다른 사용자의 코인을 위조 청구할 수 있는 가능성을 내포하고 있다.
• 제안된 기법은 익명성 해체 및 위조 청구에 대한 보안 면에서 BlindCoin 및 RSA 코인 믹싱을 모두 능가하며, 더 뛰어난 효율성도 제공한다.