8 августа 2022 года Управление по контролю за иностранными активами Министерства финансов США (OFAC) наложило санкции на Tornado Cash, миксер криптовалюты, что вызвало шквал обсуждений в криптосреде. В этой статье разберем как концептуально работает криптомиксер Tornado Cash, что было понять, что есть в этой технологии, что против нее вводят санкции. Одной из особенностей блокчейна является то, что ее реестр, содержащий все когда-либо имевшие место транзакции, виден глобально, то есть можно отслеживать средства по мере их перехода из рук в руки, а в некоторых случаях полностью деанонимизировать пользователей. Tornado Cash — это сервис, который смешивает разные потоки потенциально идентифицируемой криптовалюты и таким образом не дает отследить переход криптовалюты с одного адреса на другой. Tornado Cash —  является децентрализованным криптомиксером, это значит, что он использует смарт-контракты, которые принимают криптовалюту, а затем позволяют выводить их на другие адреса. Поскольку вывод средств производится из пулов ликвидности смарт-контрактов проекта, невозможно узнать, кто является первоначальным отправителем. Это скрывает поток средств и затрудняет их отслеживание. Пул ликвидности – это совокупность криптовалюты или токенов, заблокированных в смарт-контракте. Заблокированные средства используется для обеспечения тех или иных финансовых операций. Анонимная связка адреса отправителя и адреса получателя возможна благодаря технологии доказательства с нулевым разглашением (Zero-knowledge proof). Доказательство с нулевым разглашением позволяет вам доказать истинность утверждения, не раскрывая содержание утверждения и не раскрывая, как вы обнаружили истину. Конкретно Tornado Cash использует протокол zk-SNARK. Ниже мы разберем как это работает, а также будут ссылки на более детальные разборы. Важно отметить, что, используя zk-SNARK, Tornado Cash позволяет вам вносить в контракт фиксированные суммы ETH, DAI, USDC или USDT. Когда вы вносите деньги(Deposit), вы получите резервный код, который вам понадобится для вывода(Withdrawal) средств позже. Почему фиксированные суммы? Например, вы внесли 0,1 ETH(криптовалюта Эфереум), а также помимо вас это сделали еще 303 человека. А поскольку процес передачи средств в смарт-контракт являтся общедоступной информацией, когда вы вносите 0,1 ETH, эти 0,1 ETH позже можно будет отследить до этой группы из 303 человек, но не до вас напрямую. Далее мы общо разберем технологии, которые используются в смарт-контрактах Tornado Cash. Прежде чем Алиса вложит деньги в Tornado Cash, ей нужно будет выбрать два случайных числа: secret и nulifier, а затем она вычислить хэш этих двух случайных чисел. Чтобы внести(разместить) депозит в Tornado Cash, Алиса отправит 1 ETH и хэш чисел secret и nulifier. Пускай в нашем примере это будет 0x404. Отправленный эфериум хранится в смарт-контракте, как и хэши, которые необходимы для определения обязательств, хэш позже будет использоваться для вывода этого 1 ETH из Tornado Cash. Прежде чем разобрать вывод средств, рассмотрим, как бы это могло бы быть сделано неправильно, то есть компрометируя выводящего средства, а потом посмотрим, как это сделать правильно. Итак, неправильный путь это когда выводящий средства, передаст в смарт контракт числа secret и nulifier, а смарт-контракт проверит, что хэш есть в хранилище смарт-контракта и отдаст нужное кол-во ETH. Подобный процесс раскрывает личность выводящего деньги из смарт-контракта. Например, мы знаем, что Алиса разместила в смарт-контракте хэш 0x404,а позже появляется анонимный пользователь передающий secret и nulifier, так что хеш secret и nulifier равен 0x404, но поскольку хеш-функция является односторонней функцией, это означает, что единственный человек, который знает secret и nulifier, который хэширует в 0x404 - это Алиса. Именно так личность пользователя раскрывается при снятии средств. Итак, как мы можем решить эту проблему. Если каким-то образом есть возможность доказать, что я знаю secret и nulifier, так что hash(secret,nulifier)  есть в смарт-контракте, но без раскрытия secret и nulifier. Тогда анонимный пользователь мог бы отсылать в смарт-контракт некое доказательство что он знает secret и nulifier без фактической отправки этих чисел или хэша, а смарт-контракт проверял бы, действительно ли доказательство, при этом смарт-контракт не знал бы, предназначено ли доказательство для 0x404 или для  0x403 или 0x505, которые также записаны в смарт-контракт, другими словами, доказательство не раскрывало бы личность анонимного пользователя. Подобный механизм называется доказательством с нулевым разглашением, то есть, когда вы можете доказать, что вам известна какая-то информация, не раскрывая ничего о фактической информации. Конкретно Tornado Cash использует криптографический протокол zk-SNARK. Узнав, что смарт-контракт проверят действительно ли доказательство, но не знает для какого конкретно хэша, какой-нибудь хакер захотел бы много раз отправить одно и тоже доказательство, чтобы получить много ETH. Поэтому, чтобы предотвратить подобное двойное использование, когда вы отправляете доказательство для вывода, вам также нужно будет отправить хэш nulifier внутри доказательства. И тогда "внутри" zk-SNARK будет проверятся: что hash(secret,nulifier)  есть в смарт-контракте; корректность, что хэш от  nulifier == hash(nulifier). После этих проверок, смарт-контракт отдаст ETH и "запишет", что вывод средств был произведен. Поэтому грубо говоря нужен для предотвращения проблемы double spending Для того, чтобы осуществлять большое количество проверок хэшей в Tornado Cash данные хранится в Merkle tree. Использование хеш-деревьев позволяет "малыми" затратами проверять принадлежности определённого блока данных к множеству. Поскольку различными блоками часто являются независимые данные, в нашем случае хэши вложенных средств, то нас интересует возможность проверить только один блок, не пересчитывая хеши для остальных узлов дерева. Пусть интересующий нас блок - это синий блок на картинке. Тогда доказательством его существования и валидности будут корневой хеш, а также верхние хеши других веток. Зеленым отмечены хэши которые понадобятся нам для проверки, что синий элемент принадлежит к множеству средств внутри Tornado Cash Как подробно работают ZKPs, и конкретно zk-SNARK можно найти здесь. Верхнеуровнево при создании ZKP проверяющий просит доказывающего выполнить ряд действий, которые могут быть выполнены точно только в том случае, если доказывающий знает основную информацию. Если доказывающий только догадывается о результате этих действий, то в конечном итоге тест верификатора с высокой степенью вероятности докажет, что они ошибочны. Концептуальный пример для интуитивного понимания данных доказательства в условиях нулевого разглашения это представить себе пещеру с одним входом, но двумя путями (путь A и B), которые соединяются через общую дверь, запертую кодовой фразой. Алиса хочет доказать Бобу, что она знает код доступа к двери, но не раскрывая код Бобу. Для этого Боб стоит снаружи пещеры, а Алиса идет внутрь пещеры, выбирая один из двух путей (при этом Боб не знает, какой путь был выбран). Затем Боб просит Алису вернуться к входу в пещеру по одному из двух путей (выбранных случайным образом). Если Алиса изначально выбрала путь А к двери, но затем Боб просит ее вернуться по пути Б, единственный способ решить головоломку для Алисы — это знать код доступа к запертой двери. Этот процесс может быть повторен несколько раз, чтобы доказать, что Алиса знает код доступа к двери и не выбрала правильный путь изначально с высокой степенью вероятности. После завершения этого процесса Боб имеет высокую степень уверенности в том, что Алиса знает код доступа к двери, не раскрывая код доступа Бобу. Хотя это всего лишь концептуальный пример, ZKP используют ту же стратегию, но используют криптографию для подтверждения знаний о точке данных, не раскрывая сами данные. Теперь у нас есть все, чтобы понять, как работает Tornado Cash (TC). Когда вы вносите 1 ETH по контракту Tornado Cash , вы представляете хэш доказательство. Этот хэш будет храниться в Merkle. Когда вы снимаете этот 1 ETH с другой учетной записи, вы должны предоставить 2 доказательства с нулевым разглашением. Первый доказывает, что дерево Меркель содержит ваши хэши. Это доказательство является доказательством с нулевым разглашением. Но этого недостаточно, потому что вам должно быть разрешено снять этот 1 ETH только один раз. Из-за этого вы должны предоставить nulifier, уникальный для доказательства. Контракт хранит этот nulifier,и это гарантирует, что вы не сможете снять внесенные деньги более одного раза. Санкции на смарт-контракт являются интересным прецедентом, так как смарт-контракт сам по себе автономен, и пока не ясно к каким образом должна выглядеть, например, полная блокировка сервиса на уровне сети Ethereum. P.S Подобные статьи планирую публиковать здесь, там же пишу про блокчейн TON.