Dragonfly Capital 研究员：可攻破 Mimblewimble 隐私模型

Mimblewimble 的隐私保护功能从根本上是有缺陷的。我只需每周支付 60 美元的 AWS 费用，就能实时发现 96% 的 Grin 交易发起者和收款者的确切地址。

这个问题是 Mimblewimble 所固有的，我认为没有办法予以修补。这意味着，当涉及到隐私时，Mimblewimble 不该被视为 Zcash 或门罗币 (Monero) 的可行替代品。

在过去的两年中，作为一种新兴的轻量级隐私协议，Mimblewimble 越来越受欢迎。Mimblewimble 是 2016 年由一个化名为 Tom Elvis Jedusor 的黑客发明的，他在一次 IRC 聊天中抛出了此协议的文字描述，然后就人间蒸发了。此后，Mimblewimble 最著名的几个应用包括所谓「公平发布」的隐私代币 Grin、由 VC 支持的 Tari 以及 BEAM 项目，甚至有人考虑将它集成到莱特币中。

已经有一些研究人员假设过 Mimblewimble 可能存在的隐私弱点。我的贡献在于：展示执行攻击的精确方法，证明其在实时网络上的可行性，并量度其有效性。在对 Grin 的真实测试中，我发现，揭开交易流信息的成功率达到 96%。因此，现在显然不能指望 Mimblewimble 能提供健壮的隐私保护。

这里是对 Mimblewimble 实施攻击的一个技术性深度研究，包括开源代码、可复现的数据和技术类常见问答。通过下文，我将对可链接性提供一个高层次的直观解释，介绍如何发起攻击，以及它对隐私技术的意义。

什么是可链接性？

非常重要的一点是，理解此次攻击意味着什么、不意味着什么。

这种攻击没有让我们得出人们收取款项的具体金额。Mimblewimble 使用普通椭圆曲线加密（佩德森承诺）成功地混淆了支付金额。但这种攻击确实能让我们找出谁给谁付款。换句话说，它让我们将各笔交易链接起来，并确认支付流。

为什么这是一个大问题？可能需要展开解释下。

假设 Coinbase 知道某个地址属于一个叫 Daniel 的委内瑞拉人，而你作为一个美国用户，想在 Coinbase 上兑换现金。但在揭开了被混淆的交易图之后，Coinbase 知道了，你从 Daniel 那里收到了钱，尽管他们不知道你收到了多少。基于 OFAC （海外资产管理办公室）关于委内瑞拉的政策，Coinbase 将关闭你的账户。

交易所当然会对交易图有很多了解，因为它们拥有那些将加密币兑换为法币的用户的 KYC 信息。

再举个例子，假如某个威权政府知道，某个特定的地址属于一位政治异见人士。你向这位异见者捐了一小笔钱。稍后，当你用 Mimblewimble 协议将钱发送到本地的交易所时，该交易所将与政府共享你的交易数据。因为政府可以看到交易图的全貌，他们现在知道，你支持过一个政治异见人士。

这种类型的攻击在 Zcash 是不可能实现的。因为 Zcash 是「不可链接」的，换句话说，每一笔 Zcash 交易都有一个庞大的匿名集。匿名集本质上是一组交易，你的交易无法从中分辨出来。可以把它想象成混入人群：匿名集越大，你的交易就会混入到更大的「人群」中。

在 Zcash 中，每笔交易的匿名集包括所有获得了屏障防护的币。从信息论的角度来看，这是可能做到的最大匿名性。

在门罗币中，每笔交易的匿名集是所有（可信的）诱饵交易的集合。虽然门罗币客户端允许你指定诱饵集的大小，但当前的缺省值为 11。门罗币在安全采样诱饵方面也有自己的问题，但我认为它基本可行，看怎么取舍了。

人们本以为 Mimblewimble 的匿名集看起来是这样的：

但实际上，它是这样的：

这将 Mimblewimble 的匿名集缩小到仅一个地址。

需要说明的是，我并没有指责 Grin 的意思。我非常尊重 Grin 社区和核心开发人员，在听取了我的问题后，他们提供了极大的帮助。

和比特币或其他非隐私币相比，Grin 仍然提供了更强大的隐私模型，毕竟其交易金额是安全加密的。但与 Zcash 或门罗币相比，Mimblewimble 提供了一个从严格意义上来看较弱的隐私模型，这使得它不足以满足许多实际的隐私用例。

关于此次攻击的高阶概述

那么，在 Mimblewimble 中，将交易图「去匿名化」到底是怎么做到的呢？

我注意到，尽管对支付金额进行了加密，Mimblewimble 仍然会留下一个可链接的交易图。但是协议设计者意识到了这一点，所以 Mimblewimble 使用两种主要的技术来对抗可链接性：第一种是全区块直通聚合 (full-block cut-through aggregation)，第二种是蒲公英协议 (Dandelion)。

区块直通背后的思路是，当交易在一个区块内积累时，这些交易将聚合为一个「超级交易」。这种「超级交易」基本上就像一个巨大的代币混合 (CoinJoin)——本质上，所有的输入和输出都被丢进一个巨大的桶里，没法轻易确定这个桶里谁付钱给了谁。只是一堆输入变成了一堆输出，金额被模糊了。

听起来没毛病，对吗？只有一个问题：这个混币（CoinJoin）必须一次构建一个交易。由于交易不断地被创建并从各个不同的地方广播，如果你运行一个嗅探器节点来在直通聚合完成之前获取所有的交易，那么解开 CoinJoin 就很简单了。任何嗅探器节点都可以检测网络，并在各交易聚合之前记录原初的交易。将你在 P2P 网络中检测的所有消息归档，其实是非常容易的一件事情。

等等，真的吗？就这些？

Grin 团队其实提出了另一条防线：蒲公英协议。蒲公英是 CMU （卡耐基梅隆大学）研究人员开发的一种网络技术，它试图模糊交易的发起方。

通常，在像比特币这样的加密货币中，交易的发起方只是向所有的对等方大声宣告他们的交易，然后通过 P2P 网络迅速传播。但在蒲公英协议中，每一笔交易的广播都是从一个秘密的电话游戏开始的。发起方只向一个对等点悄悄发布交易，而这个对等点又向另一个对等点悄悄发布，就这样链式传递。在随机跳了几次之后，最后一个对等点会像在比特币中一样宣告交易。但是这个对等点离发起方实在太远了，任何观察者都不可能分辨出谁是链条的起点。

这对于混淆交易者的 IP 非常有用。但是蒲公英协议在 Grin 中还有第二个功能：它恰好可以击败嗅探器存档节点。因为每一笔交易都是从一个蒲公英链开始的，只要两笔交易在其蒲公英链中交叉，它们就会更早被聚合。如果发生这种情况，那么在将交易广播给所有观察者时，嗅探器节点已经无法拆解它们了。它们已经被混币了（CoinJoined）。

这是 Grin 针对嗅探器节点以防御可链接性的主要措施。但是有一种简单的方法可以破解它。

默认情况下，每个 Grin 节点连接 8 个其他对等点。但是通过猛增对等点的数量，我可以将我的嗅探器节点连接到网络中的所有其他节点。假设我在线时间足够长，最终几乎每个节点都会连接到我，使我成为一个超级节点。

一旦我成为超级节点，很有可能任何一笔交易的蒲公英路径都会经过我。我基本可以在交易聚合之前捕捉到它：唯一不可能的情况是，在我看到它们之前，两个交易已经在蒲公英路径上相交。如果我在它们聚合之前看到其中的某一笔交易，我就可以使用一些简单的代数把它们拆解出来。

在我发起的攻击中，我能够连接 96% 的交易，而且在 Grin 网络中的总共 3,000 个节点中，我只连接了 200 个节点。如果我多花点钱，我可以很容易地连接到 3,000 个节点来分解几乎所有的交易。做这件事时我也不需要成为一个单一的超级节点；通过启动 3,000 个具有独立 IP 的节点（每个节点仅连接到一个对等节点），可以实现相同的攻击。我只要嗅探所有交易数据并将其转储到一个中央主数据库中，攻击就同样有效。

那么 Mimblewimble 还有救吗？

看情况啦。我相信，正如目前所设想的那样，Grin 没有明确的途径通向不可链接性。就像我在这篇技术文章中讨论的那样，仅仅提高蒲公英因子，并不足以应对一个雄心勃勃的攻击者。

但除了可链接性，Mimblewimble 仍然具有独特的价值！它支持直通聚合，这是一种针对完整节点的有效压缩技术，并可有效隐藏交易的金额。如果你需要较高的隐私保护，你可以将 Mimblewimble 与其他使交易图模糊化的协议结合使用，例如在以太坊  9¾ 中，它将 Mimblewimble 与一种 Zerocash 风格的承诺无效器方案结合在一起。

但很明显，Mimblewimble 本身还不够强大，不足以提供健壮的隐私保护。

比特币问世已经有 11 年的历史了，但加密货币仍处于起步阶段。就在不久之前，在 Zcash 和门罗币中都发现了毁灭性的 bug。这是意料之中的事情——大多数有趣的技术仍然处在基础科学阶段。

但这就是科学进步的方式：我们提出新的理论，然后不断推翻它们，直到剩下的理论经受住时间的考验。

感谢 Haseeb Qureshi 对本文的巨大帮助，以及他对文中匿名集动画制作的协助。还要感谢 Oleg Ostroumov、Elena Nadolinksi、Mohamed Fouda、Lucas Ryan 和 Nader Al-Naji 审阅本文初稿。感谢 Jake Stutzman （NEAR Protocol）制作了蒲公英协议和区块集合的图表。