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

想象一下，你走进了一家巨大的、透明的银行，每个人都能看到你的名字、余额以及你曾经进行过的每一笔交易。这就是大多数公链（如以太坊）的工作方式。为了解决这个问题，人们构建了像 Railgun 这样的“混币器”。把 Railgun 想象成一件高科技的、神奇的隐身斗篷。你走进去，交出你的钱，然后斗篷会将你的钱与成千上万其他人的钱混合在一起。当你走出来时，你会拿回你的钱，但理论上，没有人知道你最初投入的是哪一堆现金。

你提供的这篇题为 《破损的隐身斗篷》（A Tattered Cloak of Invisibility） 的论文提出了一个简单但可怕的问题：这件斗篷真的破了吗？

作者们（来自匈牙利的一个研究团队）认为，虽然斗篷背后的数学是完美的，但穿着斗篷的人却很笨拙。即使魔法本身无懈可击，用户也会留下行为足迹，让观察者能够将斗篷重新缝合起来，从而查出你的身份。

以下是他们如何发现斗篷上的漏洞，通过日常类比进行的解释：

斗篷破损的五种方式

研究人员确定了用户无意中泄露身份的五种特定方式：

1. “同一扇门”错误（地址复用）

• 类比： 想象你通过一扇贴着“约翰”标签的前门进入魔法房间。你穿上隐身斗篷，混合你的钱，然后决定通过完全相同的、贴着“约翰”标签的前门离开。
• 现实： 在数字世界中，这被称为地址复用（Address Reuse）。如果你使用同一个数字地址进行存入和取款，斗篷就失效了。研究人员发现，大约有 6% 的用户犯了这个错误，瞬间将他们的存款与取款联系在了一起。

2. “友好的挥手”（直接交易）

• 类比： 你进入魔法房间，穿上斗篷，然后立即走出来并向你的朋友（正站在房间外）挥手。即使你在里面是隐形的，那次挥手也会将你与你的朋友联系起来。
• 现实： 用户经常将钱从他们的“存款”地址发送到“取款”地址（或反之），以支付 Gas 费用或补充余额。这创造了一个直接的数字握手。研究人员发现这种情况大约发生在 9% 的案例中。

3. “出租车司机”泄露（Gas 支付者复用）

• 类比： 为了离开魔法房间，你需要付钱给一名出租车司机（“中继器/Relayer”），因为你身上没带现金。通常，由陌生人开车送你。但有时，你自己开车。如果你自己开车，你的车牌（你的存款地址）是可见的，这会暴露你的身份。
• 现实： 在取款时，你需要支付交易费用。如果你不使用第三方“中继器”来支付这笔费用，你可能会从自己的存款地址中支付。研究人员发现许多用户都这样做，将约 2% 的取款直接与他们的存款联系起来。

4. “拼图”（背包匹配问题）

• 类比： 想象你向机器投入了三张特定的钞票：一张 5 元，一张 10 元和一张 20 元。稍后，你取出了正好 35 元。即使机器混合了钱，但“5 + 10 + 20 = 35”这个事实就是一个巨大的线索。
• 现实： Railgun 允许你存入任何金额。如果你存入特定金额（例如 1.5 ETH 和 2.3 ETH），随后又取出了正好 3.8 ETH，计算机就可以解开这个“数学谜题”（称为背包问题），并推测你的取款正是来自于这些特定的存款。这并不总是能给出 100% 的匹配，但它极大地缩小了嫌疑人的范围。

5. “指纹”（金额指纹）

• 类比： 你存入了一笔非常具体、奇怪的金额，比如 12.3456789 美元。当你取出来时，你取出的也是 12.3456789 美元（减去微小的费用）。这串特定的数字序列就像是一个独特的指纹。
• 现实： 与只接受整数（如正好 100 美元）的旧版混币器不同，Railgun 接受任何数字。如果你存入一个“具有心理显著性”的数字（如 1.234567），你往往会在取款时保留这些特定的数字。研究人员发现，虽然这本身不能构成完美的关联，但它增加了其他线索的权重。

重大结果

通过结合这五个线索，研究人员能够将 17.65% 的所有取款唯一地链接到特定的存款。

可以这样想：如果有 100 个人走进隐形房间，数学理论上他们应该是完全匿名的。但由于这些行为上的失误，研究人员可以自信地说：“我们确定知道 17 号人就是刚才走出去的 42 号人。”

此外，他们使用计算机程序解决了“数学谜题”（背包问题）。这并不总是能给出单一答案，但它使每笔交易的“匿名性”（即可能的嫌疑人数）降低了约 3.4 个比特（bits）。用通俗的话说，这意味着潜在嫌疑人的池子显著缩小，使得猜测谁是谁变得容易得多。

“快进”问题（时间）

论文还强调了一个时间问题。许多用户将混币器视为一个快速通道：他们存入资金后几乎立即取出（通常在一天之内）。

• 类比： 如果你走进一个拥挤的房间，并在 10 秒钟后走出来，那么你可能只是其中的几个人之一。如果你在里面待上一个月，你可能是任何人。
• 现实： 研究人员发现，中位数用户的等待时间不到一天。这个极短的时间窗口使得无论池子里有多少人，都极易推断出谁存了什么。

你该怎么做？（建议）

论文最后为想要保持匿名的人提供了一份“禁令”清单：

1. 永远不要使用同一扇门： 始终使用全新的地址来提取你的资金。
2. 不要向朋友挥手： 不要把钱在你的存款地址和取款地址之间转移。
3. 乘坐出租车： 始终使用第三方“中继器”来支付费用，这样你的地址就不会被发现是在支付退出费用。
4. 不要具有可预测性： 不要存入和取出完全相同的金额。把金额打乱，或者在池内进行一些内部交易（如代币交换）来搅乱数字。
5. 等待时间： 不要急于求成。在池中停留数周或数月，这样你的取款就会淹没在更庞大的群体中。

核心结论

论文的主要信息是：隐私不仅仅关乎数学，更关乎行为。 即便你的“斗篷”是由最强大的魔法织物制成的，如果你穿着它向朋友挥手、直线奔跑或在泥地上留下脚印，斗篷也无法救你。研究人员并没有破解魔法，他们只是展示了用户是如何在无意中亲手撕裂这件织物的。