以太坊上的三個(gè)Mixer項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和性能分析

交易隱私是零知識(shí)證明的一個(gè)應(yīng)用方向。除了通過公鏈或者側(cè)鏈實(shí)現(xiàn)交易的發(fā)送方/接收方以及金額隱藏外，Mixer，江湖人稱“混幣”，是在已有公鏈上實(shí)現(xiàn)交易的發(fā)送方的隱藏（匿名）。Mixer，就是將一些賬戶的資金“混”在一起，由公開的第三方代替發(fā)送方發(fā)起轉(zhuǎn)賬。這個(gè)第三方，被稱為Mixer或者Relayer。

1. MicroMix

MicroMix的源代碼Github地址：https://github.com/weijiekoh/mixer。核心邏輯實(shí)現(xiàn)在contracts/solidity/Mixer.sol文件中。

MicroMix在Semaphore項(xiàng)目之上，提供混幣服務(wù)，整個(gè)框架如下：

整個(gè)MicroMix生態(tài)存在三種角色：發(fā)送方，接收方以及Relayer。使用MicroMix，需要兩個(gè)步驟：1）Deposit（存錢）2）Mix（提錢）。

1.1 Deposit

在使用Mixer服務(wù)之前，發(fā)送方需要Deposit（存入）固定數(shù)量的代幣（ETH或者ERC20代幣）。Deposit同時(shí)要求發(fā)送方生成Semaphore對應(yīng)的Identity。也就是說，每“混”一筆交易，發(fā)送方需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)IdenTIty。

1.2 Mix

Mix接口實(shí)現(xiàn)”提錢“的功能。Mix接口由“Relayer”（中繼）調(diào)用，而不是由發(fā)送方調(diào)用。因?yàn)槊總€(gè)IdenTIty在external nullfier不變的情況下，能且只能發(fā)送一次Signal，從而保證每筆存入的代幣都能Mix。每個(gè)需要“提錢”的賬戶，提供IdenTIty的證明給Relayer，同時(shí)在Signal中指定Relayer，接收方以及費(fèi)用，從而Relayer可以發(fā)起交易，調(diào)用Mix接口轉(zhuǎn)賬給接收方。

也就是說，可以存在多個(gè)Relayer，Relayer通過提供mix的服務(wù)，“代替”發(fā)送方，向接收方發(fā)起轉(zhuǎn)賬，同時(shí)賺取服務(wù)費(fèi)。每筆mix服務(wù)的服務(wù)費(fèi)可以由發(fā)送方指定。

1.3 性能

MicroMix使用Semaphore構(gòu)建了20層的IdenTIty的Merkle樹。Deposit大約消耗110w的GAS，Mix大約消耗77w的GAS費(fèi)用（主要是zkSNARK的驗(yàn)證）。

2. Tornado Mixer

Tornado Mixer的源代碼地址：https://github.com/peppersec/tornado-mixer。Tornado Mixer的核心邏輯在contracts/Mixer.sol文件中：一個(gè)是deposit函數(shù)，一個(gè)是withdraw函數(shù)。Tonado Mixer的框架如下圖：

大體邏輯和MicroMix類似，發(fā)送方（Sender）首先向智能合約轉(zhuǎn)賬（固定金額），并在智能合約上創(chuàng)建commitment。接下來，發(fā)送方（Sender）將零知識(shí)證明發(fā)送給Mixer，Mixer確認(rèn)證明后，通過withdraw函數(shù)向接收方轉(zhuǎn)賬。

2.1 Commitment Merkle樹

所有的Commitment在智能合約中組織成一個(gè)Merkle樹：

葉子節(jié)點(diǎn)的計(jì)算采用Pedersen Hash算法，中間節(jié)點(diǎn)采用MiMC Hash算法。整個(gè)樹高為16。也就是說，Tornado Mixer一個(gè)智能合約，支持2^16次轉(zhuǎn)賬。

2.2 性能

Commitment Merkle樹高為16。Deposit函數(shù)大約消耗88.8w的GAS，Withdraw函數(shù)大約消耗69.2w的GAS。證明電路的Contraint為22617。生成一次證明的時(shí)間大約為6.1秒。

3. Hopper

Hopper的源代碼地址：https://github.com/argentlabs/hopper。Hopper的核心邏輯在solidity/contracts/Mixer.sol中：一個(gè)是commit函數(shù)，一個(gè)是withdraw函數(shù)。大體思路和Tornado Mixer一致，不再詳細(xì)描述。相比較其他兩個(gè)項(xiàng)目，Hopper有個(gè)明顯的特色，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)端的Mixer的功能。

3.1 Commitment Merkle樹

從安全性角度考慮，葉子節(jié)點(diǎn)仍然采用sha256的計(jì)算。但是，為了降低證明電路的大小，中間節(jié)點(diǎn)采用MiMC Hash算法。Commitment Merkle樹高為15。也就是說，Hopper一個(gè)智能合約，支持2^15=32768次轉(zhuǎn)賬。

3.2 性能

Commitment Merkle樹高為15。GAS消耗和生成證明的時(shí)間沒有實(shí)測。從理論上計(jì)算，GAS消耗會(huì)比Tornado Mixer略低一些，生成時(shí)間會(huì)比Tornado Mixer高。

總結(jié)：Mixer，混幣，是零知識(shí)證明的一種應(yīng)用，隱藏轉(zhuǎn)賬的發(fā)送方。目前，在以太坊上的Mixer實(shí)現(xiàn)的思路大體一致：發(fā)送方，首先轉(zhuǎn)賬固定金額給智能合約，同時(shí)提交的Commitment構(gòu)造上一棵Merkle樹。需要轉(zhuǎn)賬時(shí)，發(fā)送方鏈下將零知識(shí)證明的信息發(fā)送給Mixer或者Relayer。Mixer或者Relayer，將證明相關(guān)信息提交到智能合約。智能合約驗(yàn)證后轉(zhuǎn)賬給接收方。Mixer或者Relayer賺取一定的服務(wù)費(fèi)。