自 BTC 诞生至今,加密通证已走过十年,目前各国对于加密通证态度不一,部分国家(地区)的监管相对较为严格。而在各种加密通证之中,旨在保护用户交易隐私的匿名通证是受监管最为严格的一种。匿名通证目前的生存坏境如何?未来又将如何发展?

原文标题:《四面楚歌:陷入困境的隐私捍卫者 ——区块链技术引卷之十四》
作者:宋双杰,CFA;田志远;金佳豪
特别顾问:沈波;Rin Huang

目前常见的匿名技术(包括隐私地址技术、环签名技术、Coinjoin、zk-SNARKs、RING-CT 和 Mimblewimble)使用了不同的策略提供对数字通证交易的隐私保护。其中 Coinjoin 的隐匿性相对最弱,且是唯一需要第三方参与的技术;zk-SNARKs 的隐匿性相对最强;隐私地址技术和环签名技术都是在 CryptoNote 中被提出的,但不能隐藏交易金额,之后的 RING-CT 解决了这一问题;Mimblewimble 是一种较新的匿名技术,其特点是交易时无须地址。

自数字通证诞生以来,不可篡改的分布式账本带来了全新的交易模式,极大地降低了信任成本。然而遗憾的是,信息公开可查的交易模式不能适应一切交易,其中之一就是隐私交易。匿名通证的出现解决了这一痛点,填补了高隐私性通证的需求缺口,满足了匿名交易的需要。

整体而言,提供隐私保护的匿名通证的市值正在不断上涨,这也和公众对隐私权日益重视的趋势相符。时至今日,匿名通证在市场已有较高市值。截至 2019 年 7 月 5 日,匿名通证总市值达 45.1 亿美元,占加密通证总市值的 1.4%。

匿名性是匿名通证相比其他数字通证最突出的特点,但其不可追踪性是一把双刃剑。匿名通证面临着严峻的监管压力,匿名通证合规化存在困难,短期内可能难以取得多方共识,可审计的隐私协议是解决这一困境的有效方案。

匿名通证专注于保护数字通证交易隐私,达到了目前加密通证之王 BTC 还没有实现的隐私保护水平,为其占据数字通证市场份额赢得了先机。但随着越来越多可用于增强 BTC 交易隐私性的方案被提出,BTC 很可能在未来弥补它的隐私性短板。届时,匿名通证可能会受到较大的冲击。

在本系列的上一篇文章中,我们深入探讨了目前常见的匿名技术,本章接续上文,比较了常见的匿名技术并对匿名通证的未来进行了探讨。

1 匿名技术比较

在常见的匿名技术中,Coinjoin 的隐匿性相对最弱,且是唯一需要第三方参与的技术;zk-SNARKs 的隐匿性相对最强;隐私地址技术和环签名技术都是在 CryptoNote 中被提出的,但不能隐藏交易金额,之后的 RING-CT 解决了这一问题;Mimblewimble 是一种较新的匿名技术,其特点是交易时无需地址。

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币

隐私地址技术和环签名技术都是在 CryptoNote 协议中提出的技术,前者提供对数据接收方的隐私保护,后者提供对数据发送方的隐私保护,二者一般结合使用,匿名效果较强且不依赖任何第三方;缺点是不能隐藏交易金额,且交易量不足会削弱匿名效果。

Coinjoin 提供对数据发送方和接收方的隐私保护,有助于隐藏交易金额。Coinjoin 的特点是轻量级,相对简单、容易实施且不需要特定的共识就可以在大多数数字通证上运行;但其缺点也较为明显,Coinjoin 的匿名能力相对较弱,早期需要可信的第三方参与,改进后的 CoinShuffle++虽然不再需要可信的第三方,但由于交易量不足会影响混币效果,该方法仍需通证资源相对集中的节点参与才能保证混币效果。此外,用户需要保持在线状态才能进行混币。

zk-SNARKs 的匿名能力相对最强,并且能提供交易过程全程的隐私保护,包括对数据发送方、数据接收方和交易金额的隐私保护。验证数据小、占用存储空间少且无须任何第三方参与;但 zk-SNARKs 依赖于可信的初始设置且流通通证总量不可查,如果出现信任问题,篡改者能够无限生成数字通证并无法被检测到。此外在使用 zk-SNARKs 进行匿名交易时需要进行复杂的数学计算,交易生成时间相对较长(尤其是对于配置较差的私人计算机而言)。

RING-CT 作为对 CryptoNote 的补充,具有隐藏交易金额的能力,同时 RING-CT 优化了环签名技术,提高了使用环签名技术进行数字通证交易的速度,匿名效果较强且无须任何第三方参与;缺点是占用存储空间较大、交易量不足会削弱匿名效果。另外交易金额隐藏后会导致流通通证总量不可查,无法检测是否有伪造通证产生。

Mimblewimble 的特点是没有交易地址和交易金额,匿名能力较强。在 Mimblewimble 中所有交易都是私密的,且无须任何第三方参与。此外,使用 Mimblewimble 能够缓解矿工存储空间压力;缺点是交易量不足会降低匿名效果。Mimblewimble 没有脚本语言,难以实施闪电网络等智能合约。此外,Mimblewimble 是一种较新的技术,其效果及稳定性还有待进一步验证。

2 隐私捍卫者:匿名通证的兴衰史

自数字通证诞生以来,不可篡改的分布式账本带来了全新的交易模式,极大地降低了信任成本。然而遗憾的是,信息公开可查的交易模式不能适应一切交易,其中之一就是隐私交易。匿名通证的出现解决了这一痛点,填补了高隐私性通证的需求缺口,满足了匿名交易的需要。

匿名通证总市值自 2013 年 7 月 15 日以来持续上升。匿名通证和数字通证总市值高度相关,二者走势极为相似。2017 年,匿名通证曾受到数字通证市场整体向上的牵引力影响,随后其市值一度跌至 20 亿美元以下。而在 2019 年,匿名通证市值步入了相对稳定的上升阶段。整体而言,提供隐私保护的匿名通证的市值正在不断上涨,这也和公众对隐私权日益重视的趋势相符。

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币注:匿名通证总市值根据 Cryptoslate 统计的目前市场上的 58 个匿名通证计算

Bytecoin 是最早出现的匿名通证,但一开始是在深网运行,因此缺少相关数据。2013 年 7 月 15 日,Anoncoin 进入市场,成为当时唯一正式在二级市场流通的匿名通证。此后几年间,Dash、Dreamcoin、Monero、Cloakcoin、Bytecoin 等匿名通证相继出现。

Dash 是当时的代表性通证,在二级市场流通后市值占比迅速攀升,高峰时达 98.0%,至今 Dash 仍为匿名通证三巨头之一。但当时匿名通证不论总市值还是通证数量都很少。

2016 年起,各种各样的匿名通证在市场上崭露头角(目前的匿名通证三巨头之一 Zcash 创立于 2016 年 10 月)。Monero 由于在 2016 年 8 月获 AlphaBay (一个在线暗网市场)支持,一度占据匿名通证总市值的 66.7%,目前仍在匿名通证市场独占鳌头。

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币

截至 2019 年 7 月 5 日,匿名通证总市值已达 45.1 亿美元,占加密通证总市值的 1.4%。目前市面上常见的匿名通证既有 Monero、Dash、Zcash 等老牌通证,也有 Komodo、Grin、Beam 等新兴通证。

匿名通证市值头部集中明显。从市值来看,匿名通证中 Monero 排名第一,Dash 紧随其后,两者同 Zcash 的市值之和约占匿名通证总市值的 79.3%,匿名通证市值前十名的通证市值占匿名通证总市值的比例超过了 95%。2019 年 7 月 5 日,Monero 和 Dash 在全部通证中的市值排名分别为第 13 和第 15。

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3 「前有猛虎,后有恶狼」——夹缝中生存的匿名通证

3.1 「前有猛虎」——严峻的监管压力

匿名性是匿名通证相比其他数字通证最突出的特点,但其不可追踪性是一把双刃剑。

一方面,匿名通证有助于解决很多实际难题,例如企业不希望自己的交易流向被竞争对手掌握、国家安全技术发展的投入信息不适合公开等。同时,匿名技术能确保个人隐私信息不被滥用。互联网时代用户数据具有巨大的商业价值已经是共识,基于用户习惯精准地投送广告或进行电话营销甚至电信诈骗等行为常令人不堪其扰。而匿名技术可以有效解决这些问题,让隐私权重新归属于用户自身。

另一方面,不能否认的是匿名通证的出现也方便了非法交易。BTC 曾是暗网市场上流通的「官方通证」,但其在匿名性上的局限制约了其在暗网的规模扩张。而匿名通证提供了另一种选择,犯罪分子能够利用匿名通证进行洗钱、贩毒等违法活动,这对监管部门、执法部门提出了新的挑战。

日本是最早承认数字通证合法的国家,也是最早将加密通证纳入监管的国家之一,但在日本加密通证交易所 CoinCheck 被黑客盗走价值约 5.3 亿美元的加密通证后,CoinCheck 宣布于 2018 年 6 月 18 日下架匿名性足够强的加密通证,包括 XMR、DASH 和 ZEC 等。

在这一大型盗窃事件发生后,FSA (日本金融厅)开展了一系列措施,包括修订更严格的交易所审查制度、协助建立日本虚拟通证交易所协会(由日本数字通证交易所组成的行业自律协会)等,并一度表达禁止交易匿名通证的态度,尽管最终没有明确的法规或行业自律条例限制匿名通证交易,但是在日本通证上市交易有着严格的要求,而且从现实情况来看,日本的各大数字通证交易所都不支持匿名通证交易。

除日本外,其他一些国家(地区)也提出针对匿名通证的相关规定或建议。2018 年 1 月,韩国政府出台法律要求所有加密通证交易者提供身份证明;2018 年 5 月,韩国交易所 Korbit 下架了五种匿名通证;2019 年 3 月,法国国民议会财政委员会负责人建议禁止匿名加密通证。

匿名通证合规化存在困难,短期内可能难以取得多方共识。目前各国对于数字通证态度不一,对于匿名通证的态度更加谨慎,主要原因是匿名通证大大超出了监管可及范围。如果匿名通证始终与犯罪活动紧密相关,无法受到有效的监管,想要走向合规化会相当困难。

严峻的监管压力在前,旨在保护交易者隐私的匿名通证暂时还难以获得各国官方认同,这是匿名通证走向大众难以逾越的深壑,也是制约其发展扩张的瓶颈。

隐私协议层或可使匿名通证摆脱困境。隐私协议层能够在协议层上拓展可供监管和审计机构监控审查的接口,从而做到分级式的隐私,对用户做到完全隐私,而对有限的机构提供审计权限的隐私协议是解决监管问题较优的方案。协议层包括了构建区块链的底层技术,除审计功能外,还可通过协议层实现匿名交易附加加密的包含发送接收方身份和地址的备忘录字段,或使交易者有权限赋予他人监管权的方式,确保其合规运行,遵守反洗钱和反恐融资的原则。目前协议层扩展已是区块链技术研发的重要环节之一。

Monero 核心技术开发者 Dr. Duncan S.Wong 曾表示,绝对的隐私通证将不再受到欢迎,对公众和个人做到完全隐私、对监管及审计机构做到可问责隐私的加密通证将逐渐走向主流。2018 年 9 月,Dr. Wong 提出了 Abelian Coin (ABE),一种隐私分级方案。该方案基于可验证的加密系统。用户可选择完全隐私模式或可问责隐私模式,后者使用户交易数据可供特定第三方机构监控。ABE 综合了多种隐私技术,身为 Monero 核心开发者的作品,ABE 天生融合了 Monero 的 RING-CT 隐私技术,在此之上加入可选的问责功能。

3.2 「后有恶狼」——加密之王 BTC 的挑战

目前已经被大众广泛接受的数字通证,如 BTC、ETH 等都可能在未来加入隐私保护功能。Coinjoin 技术已经是 BTC 的可选属性之一,截至 2019 年 4 月,BTC 交易中使用 Coinjoin 的交易量为一年前的三倍,占全部 BTC 交易的 4.09%(数据来自 Longhash),而未来 Schnorr 签名、Dandelion++或者 MimbleWimble 等技术都可能加入 BTC 以增强其隐私性。

作为提升 BTC 区块链性能的可行方案之一,Schnorr 签名与 BTC 已使用的椭圆曲线参数 secp256k1 相兼容,并且与 ECDSA (椭圆曲线数字签名算法)具有相同的安全假设,可完美替代 ECDSA。Schnorr 签名的核心用途是将多个签名聚合成一个新签名。由于 Schnorr 签名具有线性属性,两个或者更多的 Schnorr 签名可以组合成一个新的 Schnorr 签名,并且新的聚合签名依然仅有常规签名的大小,这样的设计能够使观察者无法区分聚合多重签名和常规签名,从而有效提升数字通证的隐私性(尤其是在使用基于 Schnorr 的 Coinjoin 技术时),同时提升区块的交易容量。

以一笔具有多个输入和一个输出的交易为例,链上需要记录每位输入方各自的签名,目前的签名策略使区块链变得相当臃肿。

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币

Schnorr 聚合签名能够有效提升 BTC 交易的匿名能力,并且新生成的聚合签名还仅有常规签名的大小,如果每位用户都使用 Schnorr,大约能使 BTC 区块的交易容量增加 10-20%。

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币

Dandelion 是一种简单有效的提升匿名性的技术,由 Giulia Fanti 等人于 2017 年提出。Dandelion 对通信节点的行为作了修改,使交易的原始 IP 地址在广播过程中被隐藏。

Dandelion 将交易过程划分为「主干阶段」和「绒毛阶段」:在主干阶段,交易信息会被传输到另一个节点,而不是向全网广播;交易信息经过一些节点后将进入绒毛阶段,改为向全网广播交易信息。初始版本的 Dandelion 正常运行依赖三个假设:所有节点都遵守协议、每个节点只生成一笔交易、所有 BTC 节点都运行 Dandelion。

如果上述假设成立,向全网广播交易信息的节点将不再是发布交易信息的初始节点,而是「中继节点」,攻击者将难以追踪交易信息的初始地址。遗憾的是,在现实中上述三个假设都不一定成立。为突破 Dandelion 的局限,研究者于次年发布了 Dandelion++,优化了算法并增强其匿名性,同时也允许节点生成多份交易。

Dandelion 设计的匿名图是折线图,容易量化,但无法有效评估匿名能力。直觉上,频繁地改变折线图会使攻击者没有足够的时间掌握匿名图;而实际上,评估攻击者对匿名图的启发式学习非常困难,这使交易的匿名性难以获得实际的保证。折线图是 2-正则图,而 Dandelion++将折线图改为近似的 4-正则图,用户会将交易信息随机转发给周围的两个节点之一,直到进入绒毛阶段。

Dandelion++设计了攻击者难以学习的匿名图,为通证交易的隐私性提供了保证。

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币

隐私匿名币面临的两大挑战:监管压力与匿名功能日益强化的比特币

匿名通证正面临着加密之王 BTC 的挑战。自加密通证出现以来,BTC 始终以压倒性的市值优势雄踞加密通证市场,是名副其实的加密通证之王。历经十年风霜而不倒的 BTC 一直是加密市场的风向标,吸引着越来越多的人关注加密市场,同时也吸引着越来越多的研究者探索和研究改进 BTC 的方案,未来,Schnorr 签名、Dandelion++、Mimblewimble 都有可能加入 BTC 以增强其匿名能力,更多可用于优化 BTC 匿名性的设计也可能被提出并实施。如果 BTC 集成了足够强大的匿名功能,势必会影响市场上专注于匿名的匿名通证。

总体来看,匿名通证的发展面临着重重困难。严峻的监管压力在前,可审计的隐私协议是较优的解决方案;数字通证巨头追赶在后,目前已有数种可用于提升 BTC 隐私性的技术,以太坊上也已有很多匿名交易解决方案陆续被开发,如 2019 年 5 月安永会计事务所为以太坊提供了零知识证明隐私解决方案。随着数字通证巨头逐步完善其隐私能力,市场上专注于隐私性的匿名通证可能会受到较大的冲击。

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