[论文解读] Tutela: An Open-Source Tool for Assessing User-Privacy on Ethereum and Tornado Cash

Mike Wu, Will McTighe+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2022

Blockchain Technology Applications and Security被引用 15

一句话总结

Tutela 是一个开源的网络应用，通过应用专家启发式规则来检测受损交易并衡量 Tornado Cash 金库的真实匿名集合大小，从而评估以太坊用户的隐私。它根据交易行为对地址进行聚类，识别来自钱包软件指纹和交易模式的隐私泄露，并计算排除受损存款后的精细化匿名集合大小，揭示即使使用混币器的用户也可能通过行为启发式方法被去匿名化。

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.

研究动机与目标

• 解决公众对以太坊等公共区块链上的假名性可保证隐私的误解。
• 开发一个可扩展的开源工具，结合最先进的启发式方法，检测多个以太坊地址是否可能由同一实体控制。
• 通过识别并排除匿名集合中的受损存款，量化 Tornado Cash 的真实隐私保障。
• 证明用户行为（如持续使用同一钱包软件）即使使用 Tornado Cash 也可能破坏混币器的隐私。
• 为研究人员和用户提供一个实用工具，以评估和提升以太坊上的交易隐私。

提出的方法

• Tutela 使用交易历史启发式方法对以太坊地址进行聚类，基于共同的交易模式和时间特征识别可能共享控制权的地址。
• 它应用新颖的启发式方法，通过分析交易费用字段（例如 max_fee 和 max_priority_fee）检测钱包软件指纹，这些字段因钱包实现方式而异。
• 该工具通过启发式分析排除与提款相关联的存款，计算 Tornado Cash 金库的真实匿名集合大小。
• 它使用香农熵量化隐私损失，通过先验和后验匿名集合之间的熵减少量来衡量启发式方法带来的信息增益。
• 该系统将多种去匿名化启发式方法（如投资组合匹配和外部 ETH 交易聚类）整合到一个统一的网络应用中。
• 公开实现版本位于 https://www.tutela.xyz，源代码托管于 https://github.com/TutelaLabs/tutela-app。

实验结果

研究问题

• RQ1 在多大程度上可以使用交易历史启发式方法将以太坊地址聚类为可能由同一实体控制的组？
• RQ2 尽管使用了混币器，为何特定钱包软件的交易费用模式会损害 Tornado Cash 用户的隐私？
• RQ3 在通过启发式方法排除可关联至提款的存款后，Tornado Cash 匿名集合的真实大小是多少？
• RQ4 常见去匿名化启发式方法在香农熵意义上的信息增益（即隐私损失）有多大？
• RQ5 一个统一的开源工具能否在实践中有效结合并展示多种揭示隐私的启发式方法的影响？

主要发现

• Tutela 通过交易行为和时间启发式方法，成功识别并聚类了可能由同一实体控制的以太坊地址。
• 来自交易费用字段的钱包软件指纹可被用于关联 Tornado Cash 中的存款与提款，显著缩小有效匿名集合。
• Tornado Cash 金库的真实匿名集合大小远小于公开报告的数值，因为许多存款已被启发式方法关联。
• 该应用表明，即使使用混币器，用户行为（如持续使用同一钱包软件）仍可能导致去匿名化。
• 通过熵减少量度量的启发式方法的条件信息增益，量化了隐私损失，表明某些启发式方法可将匿名集合缩小至少数候选者。
• 该工具提供了一种实用且开源的方法，用于评估和提升以太坊用户的隐私，揭示当前的隐私保障往往被高估。