A Tattered Cloak of Invisibility: Measuring Anonymity Loss in Railgun on Ethereum

당신이 모든 사람에게 당신의 이름, 잔액, 그리고 지금까지 수행한 모든 거래 내역이 공개되는 거대하고 투명한 은행에 들어간다고 상상해 보세요. 그것이 대부분의 퍼블릭 블록체인(이더리움 등)이 작동하는 방식입니다. 이를 해결하기 위해 사람들은 Railgun과 같은 "믹서(mixer)"를 만들었습니다. Railgun을 고도의 기술이 집약된 마법의 투명 망토라고 생각해 보세요. 당신은 마법의 방으로 들어가 돈을 건네고, 그 망토는 당신의 돈을 수천 명의 다른 사람들의 돈과 뒤섞어 버립니다. 당신이 밖으로 나올 때, 당신은 돈을 돌려받지만, 이론적으로는 아무도 당신이 처음에 어떤 돈 뭉치를 넣었는지 알 수 없습니다.

당신이 제공한 **"해진 투명 망토(A Tattered Cloak of Invisibility)"**라는 제목의 논문은 단순하지만 무서운 질문을 던집니다. "그 망토는 실제로 찢어져 있는가?"

저자들(헝가리의 연구팀)은 망토 뒤의 수학은 완벽할지 몰라도, 그 망토를 입은 사람들은 서투르다고 주장합니다. 마법 자체가 결함이 없더라도, 사용자들은 행동의 발자국을 남기며, 관찰자들은 이 발자국을 따라 망토를 다시 꿰매어 당신이 누구인지 알아낼 수 있습니다.

다음은 일상적인 비유를 통해 그들이 어떻게 망토에 구멍을 찾아냈는지 설명한 내용입니다.

망토가 해지는 다섯 가지 방식

연구진은 사용자들이 실수로 정체를 드러내는 다섯 가지 구체적인 방식을 식별했습니다.

1. "같은 문"의 실수 (주소 재사용 - Address Reuse)

• 비유: 당신이 "존"이라고 적힌 앞문으로 마법의 방에 들어갑니다. 당신은 투명 망토를 얻고 돈을 섞은 다음, 정확히 "존"이라고 적힌 똑같은 앞문을 통해 나가기로 결정합니다.
• 현실: 디지털 세계에서 이것은 주소 재사용이라고 불립니다. 만약 돈을 넣을 때와 뺄 때 동일한 디지털 주소를 사용한다면, 그 망토는 쓸모가 없게 됩니다. 연구진은 약 **6%**의 사용자가 이 실수를 저질렀으며, 이는 입금과 출금을 즉시 연결해 버립니다.

2. "친근한 손인사" (직접 거래 - Direct Transactions)

• 비유: 당신은 마법의 방에 들어가 투명 망토를 입습니다. 그러고 나서 즉시 밖으로 나와 방 바로 앞에 서 있는 친구에게 손을 흔듭니다. 당신이 방 안에서 투명하더라도, 그 손인사는 당신과 친구를 연결합니다.
• 현실: 사용자들은 가스비(수수료)를 지불하거나 잔액을 충전하기 위해 자신의 "입금" 주소에서 "출금" 주소로 돈을 보내곤 합니다. 이는 직접적인 디지털 악수를 만들어냅니다. 연구진은 이런 현상이 약 **9%**의 사례에서 발생했음을 발견했습니다.

3. "택시 기사"의 유출 (가스 비용 지불자 재사용 - Gas Payer Reuse)

• 비유: 마법의 방을 떠나려면, 당신은 현금이 없기 때문에 택시 기사(릴레이어, relayer)에게 비용을 지불해야 합니다. 보통은 낯선 사람이 운전해주지만, 가끔은 당신이 직접 운전하기도 합니다. 만약 당신이 직접 운전한다면, 당신의 자동차 번호판(입금 주소)이 노출되어 당신이 누구인지 드러나게 됩니다.
• 현실: 출금할 때 거래 수수료를 지불해야 합니다. 만약 제3자인 "릴레이어"를 사용하여 이 수수료를 지불하지 않는다면, 당신의 입금 주소에서 수수료를 지불하게 될 수 있습니다. 연구진은 많은 사용자가 이와 같이 행동하며, 약 **2%**의 출금이 입금 내 주소와 직접 연결된다는 것을 발견했습니다.

4. "퍼즐" (배낭 맞추기 - Knapsack Matching)

• 비유: 당신이 기계에 특정 금액인 5달러, 10달러, 20달러를 넣었다고 상상해 보세요. 나중에 당신은 정확히 35달러를 꺼냅니다. 설령 기계가 돈을 섞었더라도, 5 + 10 + 20 = 35라는 사실은 매우 큰 단서가 됩니다.
• 현실: Railgun은 어떤 금액이든 입금을 허용합니다. 만약 당신이 특정 금액(예: 1.5 ETH와 2.3 ETH)을 입금하고, 나중에 정확히 3.8 ETH를 출금한다면, 컴퓨터는 이 "수학 퍼즐"(배낭 문제라고 불림)을 풀어 당신의 출금이 저 특정 입금들로부터 나왔음을 추측할 수 있습니다. 이것이 항상 100% 일치하는 것은 아니지만, 용의자 목록을 획기적으로 좁혀줍니다.

5. "지문" (금액 지문 - Amount Fingerprints)

• 비비유: 당신이 아주 특이하고 구체적인 금액인 $12.3456789를 넣습니다. 나중에 출금할 때도 수수료를 제외하고 정확히$12.3456789를 꺼냅니다. 이 특정한 숫자 배열은 마치 고유한 지문과 같습니다.
• 현실: 과거의 믹서들이 딱 떨어지는 숫자(예: 정확히 100달러)만 받았던 것과 달리, Railgun은 어떤 숫자든 허용합니다. 만약 당신이 "심리적으로 눈에 띄는" 숫자(예: 1.234567)를 입금한다면, 당신은 출금할 때도 그 특정 숫자들을 유지하는 경향이 있습니다. 연구진은 이것이 단독으로는 완벽한 연결 고리는 아니지만, 다른 단서들과 결합될 때 역할을 한다는 것을 발견했습니다했습니다.

주요 결과

이 다섯 가지 단서를 결합함으로써, 연구진은 모든 출금의 17.65%를 특정 입금과 고유하게 연결할 수 있었습니다.

이렇게 생각해보세요. 100명의 사람이 투명한 방으로 들어간다면, 수학적으로는 그들 모두가 똑같이 익명이어야 합니다. 하지만 이러한 행동적 실수 때문에, 연구진은 "우리는 확실히 17번 사람이 출구에서 나온 42번 사람과 동일 인물임을 알고 있다"라고 자신 있게 말할 수 있었습니다.

나아가, 연구진은 컴퓨터 프로그램을 사용하여 "수학 퍼즐"(배낭 문제)을 풀었습니다. 이것이 항상 단 하나의 답을 주는 것은 아니었지만, 모든 거래에 대해 "익명성"(가능한 용의자의 수)을 약 **3.4 비트(bits)**만큼 감소시켰습니다. 쉬운 말로, 잠재적 용의자의 범위가 크게 줄어들어 누가 누구인지 추측하기가 훨씬 쉬워졌다는 뜻입니다.

"빨리 지나가기" 문제 (타이밍 - Timing)

논문은 또한 타이밍 문제를 강조합니다. 많은 사용자가 믹서를 빠른 터널처럼 취급합니다. 즉, 돈을 넣고 거의 즉시(종종 하루 이내에) 꺼냅니다.

• 비유: 당신이 붐비는 방에 들어갔다가 10초 만에 나온다면, 당신이 누구일 수 있는 후보는 몇 명 되지 않습니다. 하지만 한 달 동안 머문다면, 당신은 누구라도 될 수 있습니다.
• 현실: 연구진은 "중앙값(median)" 사용자가 기다린 시간이 채 하루도 되지 않는다는 것을 발견했습니다. 이 짧은 시간 창은, 풀(pool) 안에 얼마나 많은 사람이 있느냐와 상관없이, 누가 무엇을 입금했는지 알아내는 것을 매우 쉽게 만듭니다.

어떻게 해야 하는가? (조언)

논문은 익명성을 유지하려는 모든 이들을 위해 다음과 같은 "하지 말아야 할 일" 목록을 제시하며 마무리합니다.

1. 같은 문을 사용하지 마라: 돈을 뺄 때는 항상 새로운 주소를 사용하십시오.
2. 친구에게 손을 흔들지 마라: 당신의 입금 주소와 출금 주소 사이에서 돈을 주고받지 마십시오.
3. 택시를 타라: 수수료를 지불할 때 제3자인 "릴레이어"를 사용하여 당신의 주소가 노출되지 않도록 하십시오.
4. 예측 가능해지지 마라: 정확히 같은 금액을 입금하고 출금하지 마십시오. 금액을 섞거나, 풀 내부에서 토큰 스왑과 같은 내부 거래를 수행하여 숫자를 뒤섞으십시오.
5. 기다려라: 서두르지 마십시오. 풀 안에서 몇 주 또는 몇 달 동안 머물러서, 당신의 출금이 더 큰 군중 속에 묻히게 하십시오.

결론

이 논문의 핵심 메시지는 프라이버시는 수학만이 아니라 행동에 관한 것이라는 점입니다. 설령 "망토"가 가장 강력한 마법의 천으로 만들어졌더라도, 당신이 친구에게 손을 흔들거나, 직선으로 달리거나, 진흙 위에 발자국을 남기며 그 망토를 입는다면, 그 망토는 당신을 구원해주지 못할 것입니다. 연구진은 마법을 깨뜨린 것이 아니라, 사용자들이 어떻게 스스로 망토를 찢고 있는지 보여준 것입니다.