[논문 리뷰] Tutela: An Open-Source Tool for Assessing User-Privacy on Ethereum and Tornado Cash

Mike Wu, Will McTighe외 10명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 18.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 15

한 줄 요약

Tutela는 오픈소스 웹 애플리케이션으로, 전문가 히ュ리스틱을 적용하여 이더리움 사용자 프라이버시를 평가한다. 이는 손상된 거래를 탐지하고 Tornado Cash 풀의 진정된 익명성 집합 크기를 측정한다. Tutela는 거래 행동 기반으로 주소를 클러스터링하고, 월렛 소프트웨어 지문과 거래 패턴으로 인한 프라이버시 누출을 식별하며, 손상된 예금을 제외한 개선된 익명성 집합 크기를 계산함으로써, 믹서 사용자조차도 행동 히ュ리스틱을 통해 디애노니마이징될 수 있음을 드러낸다.

ABSTRACT

A common misconception among blockchain users is that pseudonymity guarantees privacy. The reality is almost the opposite. Every transaction one makes is recorded on a public ledger and reveals information about one's identity. Mixers, such as Tornado Cash, were developed to preserve privacy through "mixing" transactions with those of others in an anonymity pool, making it harder to link deposits and withdrawals from the pool. Unfortunately, it is still possible to reveal information about those in the anonymity pool if users are not careful. We introduce Tutela, an application built on expert heuristics to report the true anonymity of an Ethereum address. In particular, Tutela has three functionalities: first, it clusters together Ethereum addresses based on interaction history such that for an Ethereum address, we can identify other addresses likely owned by the same entity; second, it shows Ethereum users their potentially compromised transactions; third, Tutela computes the true size of the anonymity pool of each Tornado Cash mixer by excluding potentially compromised transactions. A public implementation of Tutela can be found at https://github.com/TutelaLabs/tutela-app. To use Tutela, visit https://www.tutela.xyz.

연구 동기 및 목표

• 공개 블록체인인 이더리움과 같은 환경에서 가명성이 프라이버시를 보장한다는 오해를 해결하기 위해.
• 다양한 이더리움 주소가 동일한 실체에 의해 제어될 가능성이 있는지를 식별하는 최신 히ュ리스틱을 조합한 확장 가능한 오픈소스 도구를 개발하기 위해.
• 히ュ리스틱 분석을 통해 손상된 예금을 식별하고 제외함으로써 Tornado Cash의 진정된 프라이버시 보장을 정량화하기 위해.
• Tornado Cash를 사용함에도 불구하고, 일관된 월렛 소프트웨어 사용과 같은 사용자 행동이 믹서 프라이버시를 약화시킬 수 있음을 입증하기 위해.
• 연구자와 사용자가 이더리움에서 거래 프라이버시를 평가하고 향상시킬 수 있도록 실용적인 도구를 제공하기 위해.

제안 방법

• Tutela는 거래 이력 히ュ리스틱을 사용하여 이더리움 주소를 클러스터링하고, 공통된 거래 패턴과 시간적 패턴에 기반해 동일한 소유자로 추정되는 주소를 식별한다.
• 이 도구는 월렛 구현 방식에 따라 달라지는 거래 수수료 필드(예: max_fee 및 max_priority_fee)를 분석하여, 월렛 소프트웨어 지문을 탐지하는 새로운 히ュ리스틱을 적용한다.
• 히ュ리스틱 분석을 통해 인출과 연결된 예금을 제거함으로써 Tornado Cash 풀의 진정된 익명성 집합 크기를 계산한다.
• 정보 이론적 측도인 샤논 엔트로피를 사용하여 프라이버시 손실을 정량화하며, 사전과 사후 익명성 집합 간의 엔트로피 감소를 통해 히ュ리스틱으로부터의 정보 획득을 측정한다.
• 포트폴리오 매칭 및 외부 ETH 거래 클러스터링과 같은 다수의 디애노니마이제이션 히ュ리스틱을 통합하여 단일 웹 애플리케이션으로 제공한다.
• 공개 구현체는 https://www.tutela.xyz 에서 이용 가능하며, 소스 코드는 https://github.com/TutelaLabs/tutela-app 에 호스팅되어 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거래 이력 히ュ리스틱을 사용하여, 동일한 실체에 의해 제어될 가능성이 있는 이더리움 주소를 얼마나 잘 그룹화할 수 있는가?
• RQ2 월렛 소프트웨어별로 다른 거래 수수료 패턴은 Tornado Cash 사용자에게 어떤 방식으로 프라이버시를 침해하는가?
• RQ3 히ュ리스틱 분석을 통해 인출과 연결된 예금을 제외한 후 Tornado Cash의 진정된 익명성 집합 크기는 얼마인가?
• RQ4 일반적인 디애노니마이제이션 히ュ리스틱은 샤논 엔트로피 측면에서 얼마나 많은 정보 획득(즉, 프라이버시 손실)을 초래하는가?
• RQ5 통합된 오픈소스 도구는 실제로 여러 프라이버시 유출 히ュ리스틱의 영향을 효과적으로 통합하고 시각화할 수 있는가?

주요 결과

• Tutela는 거래 행동과 시간 패턴 히ュ리스틱을 사용하여 동일한 실체에 의해 제어될 가능성이 있는 이더리움 주소를 성공적으로 식별하고 클러스터링한다.
• 거래 수수료 필드에서 유도된 월렛 소프트웨어 지문은 Tornado Cash의 예금과 인출을 연결하는 데 사용될 수 있으며, 이로 인해 효과적인 익명성 집합이 크게 감소한다.
• Tornado Cash 풀의 진정된 익명성 집합 크기는 공개된 값보다 상당히 작으며, 많은 예금이 히ュ리스틱에 의해 손상된 것으로 밝혀졌다.
• 이 애플리케이션은 믹서를 사용함에도 불구하고, 일관된 월렛 소프트웨어 사용과 같은 사용자 행동이 디애노니마이징으로 이어질 수 있음을 입증한다.
• 엔트로피 감소를 통해 측정한 히ュ리스틱의 조건부 정보 획득은 프라이버시 손실을 정량화하며, 일부 히ュ리스틱은 익명성 집합을 소수의 후보로 줄일 수 있음을 보여준다.
• 이 도구는 이더리움에서 사용자 프라이버시를 평가하고 향상시키는 실용적이고 오픈소스의 방법을 제공하며, 현재의 프라이버시 보장 수준이 종종 과대평가되고 있음을 드러낸다.