[논문 리뷰] An Empirical Analysis of Anonymity in Zcash

George Kappos, Haaroon Yousaf외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 08.

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한 줄 요약

이 논문은 블록체인 패턴을 분석하고 기여자, 마이너, 거래소와 연결되는 히وري스틱을 개발하여 Zcash의 익명성 보장을 실증적으로 평가한다. 연구 결과, 실시간 풀에서 인출된 금액의 69.1%가 특정로 식별 가능한 당사자에게 기인한 것으로 밝혀져, 강력한 이론적 익명성 기반에도 불구하고 익명성 집합이 극도로 축소됨을 확인하였다.

ABSTRACT

Among the now numerous alternative cryptocurrencies derived from Bitcoin, Zcash is often touted as the one with the strongest anonymity guarantees, due to its basis in well-regarded cryptographic research. In this paper, we examine the extent to which anonymity is achieved in the deployed version of Zcash. We investigate all facets of anonymity in Zcash's transactions, ranging from its transparent transactions to the interactions with and within its main privacy feature, a shielded pool that acts as the anonymity set for users wishing to spend coins privately. We conclude that while it is possible to use Zcash in a private way, it is also possible to shrink its anonymity set considerably by developing simple heuristics based on identifiable patterns of usage.

연구 동기 및 목표

• 실제 환경에서 Zcash의 프라이버시 기능이 얼마나 효과적인지 평가하는 것, 특히 실시간 풀에 중점을 두고.
• 식별 가능한 사용 패턴이 사용자를 탈익명화하는 데 악용될 수 있는지 조사하는 것.
• 특히 Zcash의 뛰어난 프라이버시를 주장하는 바탕에 기반해, 구현된 프로토콜에서 Zcash의 익명성 집합 크기를 평가하는 것.
• 기여자, 마이너, 거래소와 같은 핵심 당사자의 Zcash 블록체인에서의 행동을 분석하는 것.
• 행동적 및 프로토콜 수준의 변화를 통해 Zcash의 프라이버시 보장을 강화하기 위한 실질적 통찰을 제공하는 것.

제안 방법

• Zcash의 투명 풀과 실시간 풀에서의 거래 흐름을 추적하기 위해 비트코인 기반 클러스터링 히وري스틱을 변형 적용.
• 시기, 금액, 거래 패턴을 바탕으로 기여자 및 마이너와 연결된 거래를 식별하기 위해 맞춤형 할당 히وري스틱 개발.
• 출금 시기, 금액, 알려진 거래소 클러스터와의 연결성 등을 포함한 거래 메타데이터 분석.
• 특정 유명한 당사자인 Shadow Brokers의 Zcash 거래 행동을 평가하기 위해 추적.
• Zchain 탐색기에서 제공하는 오픈소스 도구와 블록체인 데이터를 활용해 시간에 따른 종단 간 분석 수행.
• Zcash 개발자들에게 결과를 공개하여 행동 및 커뮤니케이션 변화를 이끌어내는 검증 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Zcash 거래에서 식별 가능한 사용 패턴이 주장하는 익명성 집합에 얼마나 심각하게 영향을 미치는가?
• RQ2 기여자와 마이너는 거래 히وري스틱을 통해 신뢰성 있게 할당될 수 있으며, 이는 전체 익명성 집합에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 거래소 및 기타 주요 당사자들은 Zcash의 거래 그래프의 구조와 프라이버시에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 간단한 히وري스틱을 사용해 실시간 풀 활동의 어느 정도가 특정로 식별 가능한 실체와 연결될 수 있는가?
• RQ5 실제 Zcash 사용은 실시간 풀 설계를 고려할 때 이론적 프라이버시 보장과 비교해 어떻게 다른가?

주요 결과

• Zcash의 실시간 풀에서 인출된 금액의 65.6%가 맞춤형 히وري스틱을 통해 기여자 또는 마이너가 기부한 예금과 직접 연결됨.
• 추가로 3.5%의 인출 금액이 일반적인 거래 클러스터링 히وري스틱을 통해 연결되었으며, 이로 인해 식별 가능한 비율이 총 69.1%로 증가함.
• Zcash 활동의 대부분—90% 이상—은 프라이버시가 제공되지 않는 투명한 블록체인 부분에서 발생함.
• 거래소가 투명한 거래 공간을 지배적으로 차지하며, Zcash 사용자의 주요 인바운드 및 아웃바운드 루트로 기능함.
• 강력한 암호 기반에도 불구하고, 핵심 당사자들의 예측 가능한 거래 행동을 통해 프로토콜 설계상 상당한 탈익명화가 가능함.
• Shadow Brokers의 Zcash 거래는 일부가 식별 가능했으며, 네 개의 클러스터가 그들이 발표한 덤프 가격과 일치했지만, 일부는 잘못된 일치일 가능성 있음.