比特币交易网络去匿名化技术研究

比特币交易网络去匿名化技术研究总结：比特币依靠密码学对货币流通环节进行加密和安全验证，依托整个P2P网络的分布式数据库记账，每个用户可以查询所有比特币的比特币交易记录设计为“匿名”记录形式，保证了用户交易的私密性。 但匿名的特点也为不法分子提供了极大的方便。 本文研究其去匿名化技术。 关键词：比特币区块链去匿名化公私钥复杂网络，介绍 2008年，中本聪发表了一篇题为“比特币：一种点对点电子现金系统”的论文，创建了一种P2P（Peer.Bitcoin依靠密码学来加密和验证币流通环节的安全性，并依托于整个P2P网络中存在的分布式数据库记账，使得每个用户都可以查询所有的比特币交易记录。但是，比特币交易记录被设计为一种“匿名”的记录形式，而公开显示的只是参与交易的用户的一个账户代码比特币交易是匿名的吗，称为地址，人们只能查看地址与地址之间交易的金额和时间等信息，地址用户的身份信息无法查看为人所知，保证了用户交易的隐私性，比特币由于具有匿名性，为不法分子提供了极大的便利。洗钱犯罪 、军火走私、以比特币为中介的毒品交易等非法活动更加猖獗，执法部门很难识别和追踪从事非法活动的人。 因此，对比特币交易进行去匿名化是一项意义重大的工作。

一、比特币系统相关技术比特币系统是一个基于P2P网络的、开源的、去中心化的货币交易系统。 比特币的核心算法和协议是公开的。 比特币基于相互验证的去中心化公共会计系统。 各个节点通过大量的计算来争夺公共账本的记账权。 这个过程称为挖矿。 整个比特币支付系统的核心就是这个公共账本，也就是众所周知的区块链。 比特币的货币单位是聪，1聪也是比特币可以拆分的最小单位。 由于早期比特币汇率低，人们使用比特币时通常以单位为单位，1比特币等于1亿。 每笔交易都按发生时间排序并记录在区块链中。 一个区块收集一定时间内的所有交易，并使用hash对交易进行hash处理，然后将每笔交易的hash值按照一定的方式合成为一个总的交易标识，放在每个区块信息的头部。 由于比特币网络中的每个节点都独立存储所有经过验证的区块链数据，并且所有节点都按照相同的规则生成或接收新的区块数据，从而保证了全网所有诚实节点区块数据的一致性，每个诚实节点自己的区块数据是比特币区块链数据的备份。 区块链数据存储方式是基于密码学原理，采用非对称数字加密、签名、散列哈希等技术维护分布式数据库，通过特定算法保持网络中所有节点存储数据的同步性。 区块由整个系统中的所有节点共同维护，每个网络节点存储完整的数据。

网络是一种复杂的数据结构，用于研究数据元素之间的多对多关系。 网络中的节点是数据元素，节点之间的边代表元素之间的关系。 本文利用网络的相关方法研究比特币交易网络的相关特性，并运用了一些与复杂网络相关的理论和技术。 复杂网络常用的统计指标：度、度分布、节点数、边数、聚类系数、网络密度等，后面会用到这些指标来描述比特币交易网络的特性。 2. 比特币交易网络的构建要对比特币交易网络的去匿名化进行分析和研究，首先需要建立一个比特币交易网络。 通常网络的构建需要获取节点和边的信息。 节点信息来自记录在区块链中的比特币交易地址，边缘信息来自记录在比特币区块链中的比特币交易列表。 比特币是一个开源项目，其所有交易的数据记录都可以在互联网上查询和下载。 安装比特币钱包客户端并开始运行。 钱包软件会自动下载所有过去的交易数据，并以压缩的十六进制形式存储为 blk。 数据文件。 这些十六进制文件被结构化和解析，然后提取出每一笔交易的有效信息：交易双方的地址、金额、时间等。 每个区块的第一笔交易总是通过挖矿获得的，其挖矿脚本没有对应的地址，只有转账脚本会对应一个转账地址。 从第二笔交易开始，每个脚本对应一个独立的地址。 这种交易既有转入脚本，也有转出地址，称为普通交易。

每笔交易根据交易双方的比特币地址数量可分为一对一、一对多、多对一、多对多等交易形式。 以交易中每个比特币的地址为网络的节点，以交易金额的流向为边，就可以建立比特币交易网络。 根据不同的节点连接方式，可以构建两种不同的交易网络：收支交易网络和普通交易网络。 由于收支交易网络对应于区块链中每笔交易的交易双方，与比特币系统的运行原理高度一致，因此被用作分析比特币及其交易网络去匿名化的主要方法； 公共交易网络用于分析同一用户的地址是否频繁出现在交易订单的公共输入或输出中。 输入地址和2个输出地址的交易顺序的收支交易网络的建立：输入中的每个地址和输出中的每个地址建立一条边，输入中的第一个地址A和第一个地址中的地址output 输入中的第一个地址 D 创建一条边，输入中的第一个地址 A 在输出中创建一个与第二个地址 E 的边，输入中的第二个地址 B 在输出中创建一个与第一个地址 D 的边Side等可以组成5个节点，6个比特币交易网络去匿名化 4.1去匿名化过程 去匿名化是将网络中的匿名节点与其真实身份关联起来，找到参与交易的人，对其进行去匿名化 一个更基本的目标是将交易网络中属于同一个人的节点识别和归属到那个人。 比特币交易网络去匿名化的目标是识别交易网络中属于同一个人的节点（地址），将它们归于同一个人，并建立用户与其地址之间的映射关系。

对大规模比特币交易网络进行去匿名化工作，首先需要研究网络中属于同一个人参与交易的网络特征，为聚类、社区划分提供依据以及整个交易网络的去匿名化。 比特币交易网络去匿名化流程如图1所示。 比特币去匿名化流程 4.2 用户钱包与地址连接的建立 区块中的每笔交易都包含地址两部分比特币交易是匿名的吗，分别是输入地址和输出地址。 提款（Withdraw）记录对应的区块链中的输入地址（Inputs）就是Mt。对于Gox平台的地址，输出地址（Outputs）就是用户的地址； 相反，在存款（Deposit）记录中，输入地址（inputs）是用户的地址，输出地址（Outputs）是Mt. Gox地址。 用户钱包与地址的连接建立在两种情况：取款记录（Withdraw）和存款记录（Deposit）。 4.3 钱包地址数量分布研究 大量用户拥有少量地址（10个左右），属于正常用户使用的地址数量。 地址多的钱包数量少，整体呈长尾分布。 普通用户拥有的地址数上限为100个地址，钱包超过100个地址的概率几乎为零。 包含大量地址的钱包可能是一些特殊机构的钱包，比如博彩网站“中本聪骰子”，就持有大量比特币地址。 4.4 同一地址收支交易网络的特点 同一收支交易网络是指属于同一地址并参与的所有交易所组成的收支交易网络。

假设A、B、C通过Mt. Gox挖出属于某个用户的地址，将其作为种子节点，找出A、B、C参与的所有交易，然后构建一个网络属于同一个人的收入和支出交易。 有 486 个这样的网络样本。 随机收支交易网络随机选择比特币区块链收支交易网络中的若干个地址作为种子节点（每个网络的种子节点数量分布与网络中的种子节点数量分布相同）同一个网络），使用相同的方法找到与这些地址关联的所有交易记录，并形成一个随机网络。 这样一个网络样本总共有500Mt。 Gox记录中用户形成的交易网络相对较小，而随机网络规模相对较大，同一用户的交易网络中节点数量分布比较平滑，而随机网络具有波动大； Mt. Gox记录中用户形成的交易网络相对较小，而随机网络规模相对较大； 与节点分布类似，属于同一网络的边数分布比较平滑，而随机网络波动较大； 同一网络的聚类系统集中度分布在0.1~0.3之间，一般大于随机网络的聚类分布； 属于同一用户的用于交易的比特币地址组成的网络之间的连接更紧密； 同一网络的网络密度比随机网络的分布普遍更大。 4.5 同一地址的普通交易网络特征 同一网络和随机网络的节点数量总体分布相似，同一用户的网络节点数量分布更平滑； 同一网络的边数总体分布与随机网络相似； 同一网络的聚类系数大多在0.5~0.9之间，而随机共交易网络的聚类系数大多在0.8~0.95之间。

共归网络的网络密度集中在0.05左右，而随机共交易网络的网络密度大多分布在0~0.2之间。 4.6 聚类分析以内平方和（WSS，Within Sum Squares）为指标来确定距离。 首先计算每个簇中的所有点到中心点的距离的平方，然后计算所有簇中的每个节点到中心点的距离的平方。 并作为该模型的总距离。 输入样本的特征是输入地址、输出地址、交易金额和交易时间。 当k从20增加到50时，下降明显。 当 k 大于 50 且小于 70 时，距离略有增加。 当k>70时，虽然距离开始减小，但变化不再明显。 因此，作为最佳选择，k 应为 50 作为最佳模型。 使用k-means方法聚类后，将紧密相连的地址归为一簇，通过比较来自Mt的地址。根据Gox记录的数据中挖掘出的用户与地址的对应关系，发现一些地址属于同一个用户的都在同一个集群中。 结论 本文基于复杂网络理论，对比特币交易网络这一复杂网络的典型例子进行了一定程度的去匿名化和统计研究。 利用记录在比特币区块链中的交易数据和比特币交易平台部分用户的访问和交换数据，给出了比特币去匿名化的整体流程。 从复杂网络的角度出发，对网络的各种特征进行了定性分析，发现了属于同一用户的比特币交易网络的一些特征，为后续的聚类分析和去匿名化提供了参考和依据。整体交易网络。

参考资料：Nakamoto S. 比特币：一种点对点电子现金系统 [EB/OL]。 https://比特币。 组织//比特币。 pdf, 2009． 李江，何敬涵。 区块链的“出击”——区块链与分布式账本技术解读[J]. 金融电子, 2016(3): 55-58. 王林，戴冠中。 复杂网络的度分布研究[J]． 西北工业大学学报, 2006, 24(4): 405.409. 4/4 -全文-