Giao dịch Bitcoin riêng tư được hỗ trợ bởi Đề xuất Bitcoin Ẩn danh của [[alloc] init]

Bài viết này được xuất bản lần đầu bởi Bitcoin Magazine.

Các nhà nghiên cứu Clara Shikhelman, Misha Komarov và Aleksei Moskvin từ [[alloc] init]] đã giới thiệu Shielded Bitcoin, một siêu giao thức bảo mật được thiết kế cho lớp nền tảng Bitcoin. Nó cho phép các giao dịch ẩn danh mà không cần người vận hành, soft fork hay các thay đổi đồng thuận khác. Sách trắng có sẵn tại liên kết này và thông báo blog tại liên kết này.

Giao thức định nghĩa một cấu trúc giao dịch và một giao thức lập chỉ mục cho các giao dịch bảo vệ quyền riêng tư mạnh mẽ. Nó tận dụng Bitcoin PIPEs để neo tiền vào và ra khỏi hệ thống. Thông tin chi tiết hơn về cơ chế PIPEs xuất hiện sau trong bài viết này.

Thiết kế của hệ thống rất giống với Bitcoin: nó có một thứ tương đương với UTXO gọi là note, các giao dịch tiêu thụ notes làm đầu vào giống như các giao dịch Bitcoin tiêu chuẩn, một người chứng thực (witness) xác minh rằng đầu vào đã được ủy quyền hợp lệ, và các nút (đóng vai trò là indexer cho siêu giao thức này) phân tích lịch sử giao dịch để xây dựng trạng thái hiện tại của các đồng tiền đã tiêu và chưa tiêu.

Tuy nhiên, các chi tiết cụ thể khác biệt đáng kể.

Một giao dịch Shielded Bitcoin là một khối dữ liệu có tiền tố (ví dụ: “shbtc:”) được nhúng vào một giao dịch Bitcoin qua OP_RETURN, trường witness, hoặc một phương pháp mang dữ liệu khác. Mạng Bitcoin không xác minh hoặc thực thi bất kỳ quy tắc nào cho các giao dịch này. Các giao dịch Shielded Bitcoin không hợp lệ có thể xuất hiện trên chuỗi; một Indexer Shielded Bitcoin—một trình theo dõi blockchain thụ động—bỏ qua những giao dịch không vượt qua xác thực và không áp dụng chúng vào trạng thái cân bằng mạng.

Một indexer không xóa notes khỏi tập hợp notes chưa tiêu như Bitcoin làm với UTXO; thay vào đó nó sử dụng một tập hợp nullifier. Điều này cho phép người dùng công khai đăng một bằng chứng mã hóa và nullifier rằng một note đã được tiêu mà không tiết lộ note nào. Thay vì kiểm tra tập hợp notes chưa tiêu, hệ thống kiểm tra xem một nullifier đã được sử dụng trước đó hay chưa. Các indexer xây dựng một cây Merkle luôn phát triển—chỉ thêm—của mọi đầu ra note được tạo, cùng với tập hợp nullifier.

Để sử dụng giao thức chỉ cần một nút Bitcoin và một indexer Shielded Bitcoin. Không cần nhà cung cấp dịch vụ, người điều phối hay trạng thái ngoài chuỗi để phục hồi quỹ. Nó hoạt động tương tự như Bitcoin trên chuỗi, chỉ cần nút/indexer và khóa của người dùng.

Ví của người dùng tạo ra một khóa bí mật chính, từ đó tất cả các bộ khóa khác được tạo ra.

Điều này hoạt động giống như một ví HD trong Bitcoin, cho phép tạo ra nhiều bộ địa chỉ. sk_spend là khóa riêng tư, sk_nf vô hiệu hóa các đầu ra note, vk_in giải mã và xem các note đến, vk_out xem các giao dịch đi, và sk_view tạo ra một địa chỉ nhận.

Để cung cấp một địa chỉ nhận quỹ, người dùng tạo ra một giá trị phân kỳ (diversifier) d (tương tự như giá trị dẫn xuất) và nhân nó với khóa sk_view của họ. Khóa công khai kết quả pk_d, cùng với d, tạo thành địa chỉ của người dùng.

Người gửi tạo ra một giá trị ngẫu nhiên r_seed, cần thiết cho việc mã hóa đầu ra note và vô hiệu hóa. Các đầu ra giao dịch chỉ chứa ba thành phần được mã hóa: giá trị đầu ra, giá trị d của người nhận và r_seed của người gửi. Người gửi sử dụng một cặp khóa tạm thời bí mật và khóa công khai của người nhận để tạo ra một bí mật chung. Cả hai bên có thể tính toán cùng một bí mật bằng cách nhân khóa riêng của mình với khóa công khai của bên kia. Đầu ra note được mã hóa bằng bí mật chung này, và sk_eph tạm thời được bao gồm không mã hóa để người nhận có thể tái tạo bí mật chung.

Đối với một giao dịch hợp lệ ở phía đầu vào, cần có hai yếu tố: một nullifier công khai cho các đầu ra note đã tiêu thụ, và một bằng chứng không kiến thức chứng minh rằng (1) đầu ra note là một phần của cây Merkle của các note, (2) giao dịch được ủy quyền bởi khóa sk_spend chính xác, (3) nullifier được dẫn xuất đúng cách, và (4) không có lạm phát xảy ra.

Nullifier sử dụng khóa sk_nf, giá trị ρ được dẫn xuất từ r_seed và vị trí của note trong cây Merkle của các đầu ra. Bằng chứng không kiến thức bao gồm tất cả các yếu tố này, đó là lý do tại sao việc đếm các nullifier trùng lặp có thể thay thế cho việc xóa các note đã tiêu. Mặc dù đầu ra note cụ thể gắn với một nullifier vẫn không được biết, các bằng chứng trong mọi giao dịch đảm bảo rằng mỗi nullifier được thêm vào đều xuất phát từ một đầu ra note hợp lệ. Miễn là không có sự trùng lặp, hệ thống cung cấp cùng một đảm bảo chống chi tiêu kép.

Về bản chất, giao thức cho phép các giao dịch siêu giao thức được mã hóa được nhúng trên blockchain Bitcoin trong khi đảm bảo không có chi tiêu kép và ngăn chặn lạm phát.

Hệ thống được thiết kế tốt cho quyền riêng tư, có thể so sánh với các nhóm ẩn danh của Zcash. Các cân nhắc về quyền riêng tư tồn tại khi vào và ra khỏi siêu giao thức, sẽ được chi tiết trong một bài báo sắp tới. Không giống như coinjoin, không cần phải trộn lại định kỳ hoặc đo lường quyền riêng tư.

Việc neo được dự định xây dựng bằng PIPEs v2, một sơ đồ mã hóa người chứng thực (witness encryption). PIPEs cho phép mã hóa một khóa riêng tư với cơ chế chỉ tiết lộ khóa khi cung cấp một bằng chứng không kiến thức (ZK-proof) rằng một điều kiện đã được thỏa mãn (ví dụ: trạng thái UTXO hoặc xác nhận giao dịch). Điều này sẽ cho phép việc neo hoạt động mà không cần người vận hành, liên minh hoặc người giám sát bên thứ ba.

Hệ thống này không yêu cầu soft fork hay thay đổi giao thức Bitcoin và hoạt động hoàn toàn ngoài chuỗi.

Bước tiếp theo đối với Shielded Bitcoin là một cơ chế neo cho phép người dùng gửi quỹ thông qua các khóa được kiểm soát bằng mật mã PIPEs. Các quỹ này sẽ được "mở khóa" bằng cách tạo ra một bằng chứng không kiến thức (ZK-proof) về các giao dịch neo-ra hợp lệ trên chuỗi.

Công việc trên bài báo chi tiết về khía cạnh này đang được tiến hành và dự kiến sẽ được phát hành sớm.