区块链交易数据隐私保护机制

基于中心节点的混币机制中，混币过程由第三方节点集中执行，因此也可以称为中心化混币方案。参与混币的用户首先将资金发送给第三方节点，第三方节点收到多个混币用户发来的资金后进行一系列资金分配，最终将指定金额的资金分别转移给指定的收款地址。由于资金没有直接在发送方和接收方之间传递，而是经过第三方节点的处理，对资金流向进行了干扰，因此攻击者很难发现参与用户的资金流向。

基于中心节点的混币方法原理如图2所示。用户希望使用地址A向地址A1转账，但为了防止潜在攻击者C直接发现A和A1的关系，可以首先使用地址A向第三方地址D转账，D在一段时间后向用户指定的地址A1转账，最终实现资金在A和A1之间的转移。在一定时间内，第三方节点可能完成了多个用户的混币过程，这在一定程度上隐藏了A和A1的关系，使得攻击者无法在A1、E1、F1中找到与A具有关联关系的地址。但是通过综合分析A、D、A1三者在一段时间内的交易过程，攻击者有一定概率猜测出A和A1是一次真实交易的发送方与接收方。例如，在一定时间内D有n个输出，则攻击者找到正确交易链路的概率是1/n。

图2 基于中心节点的混币机制原理

为了防止潜在攻击者推测出混币过程隐藏的交易关系，第三方节点在执行混币机制时需要遵循一定的限制条件，具体如下。

● A向D转账和D向A1转账这两笔交易之间需要存在一定时间间隔t。否则，攻击者可以根据时间关系推测出真实的交易关系。

● 在时间间隔t以内，D发出的交易数量n越多，混币的效果越好，因为这将减小推测成功的概率 1/n。

● 在一次混币过程中，各项真实交易的金额不能有明显区别。当第三方节点发出的交易中仅有一笔发送给A1的交易金额与A发出的金额相近，那么攻击者可以由此猜测出A-D-A1的交易链路。

● 第三方节点可以使用不同的地址作为转账的接收方和发送方，从而提升混币效果。如图3所示，第三方的地址D收到来自A的转账，然后通过地址E将资金转出。这种情况下，攻击者C在不知道D和D1关系的情况下，很难推测出A和A1的交易关系。

此类方法简单易行，不需要额外的技术改进，适用于比特币等各种数字货币。这种机制中，用户根据经验选择混币服务提供商，首先向混币服务商转移资金，并支付一定的服务费用，混币服务商收到后将资金转移给用户指定的地址。目前提供这种混币服务的网站有BitLaundry、Bitcoin Fog、Blockchain.info等。

图3 第三方使用多地址的混币过程

但是，使用这种方法完成混币的过程完全依赖于第三方节点，因此存在以下几点严重的缺陷。

● 额外收费和交易延迟。混币服务提供商通常会收取一定的混币费用，并且随着混币次数的增加，费用直线上升，混币时间也会增加。通常混币的时延为48 h，交易费用为1%~3%。

● 第三方可能偷窃资金。若在混币服务中不设置高效的监督机制，第三方节点有可能在收到用户资金后不执行约定的转账操作，偷窃用户资金，而用户无法追责。

● 第三方可能泄露混币过程。由于第三方节点掌握全部的混币过程，了解真实的交易内容，从而无法保证混币信息不被泄露。

为了保证第三方节点的可信度， Bonneau J等人提出一种改进的中心化混币方案——Mixcoin。通过设置审计功能，使用户有权公布签名数据，揭露第三方节点的违规行为，混币服务商将付出失去信誉的代价。但是该方案没有从根源上解除第三方对信息泄露的威胁。Valenta L等人在Mixcoin的基础上使用盲签名技术进一步优化，设计了Blindcoin方案，使第三方节点在正常提供混币服务的同时，无法得到所有交易中交易双方的真实信息，从而避免信息泄露的风险。但使用盲签名技术必然会增加混币过程中的计算量。ShenTu Q C等人提出一种更加高效的盲签名混币方案，使用椭圆曲线加密算法提升计算效率。2015年上线运营的匿名数字货币达世币（Dash）是一款基于比特币技术，并以保护用户隐私为目的的数字货币。达世币中所有执行混币过程的中心节点都必须支付高额押金作为担保，否则无法获得提供混币服务的权利。这种方案通过加设第三方节点违规操作应付出的代价，保护混币用户的隐私及财产安全。

中心化混币方案的本质是单纯地将一笔资金在多个地址中进行多次转移，实现简单，易于操作，混币过程不需要其他的技术支持，在区块链技术下的各类数字货币系统中具有极高的适用性。但是，现有的中心化混币方案普遍存在时延问题。大多数改进方案通过增加第三方违规的代价来防止盗窃和信息泄露的发生，不能从根本上杜绝违规行为的发生，采用盲签名等密码学技术的混币方案会增加计算代价，并且由第三方执行混币过程必然会带来额外的服务开 销。笔者从是否需要混币费用、是否存在盗窃风险等方面对现有的中心化混币机制特征作出对比分析，见表1。