Anonimiteit van bitcoin gebruikers Aike van den Brink 10589422 20 december 2015 Inhoudsopgave 1 Inleiding 2 2 Hoe werkt Bitcoin 2 3 Bitcoin binnen het Cyberspace domein 3 4 Anonimiteit van bitcoin gebruikers 3 5 De anonimiteit vergroten 4 5.1 Mixing services............................ 4 5.2 Eenmalig gebruik van bitcoin adres................. 4 6 Het deanonimiseren van een gebruiker 4 6.1 Analyseren van de blockchain.................... 4 6.2 Koppelen van een bitcoin adres aan een IP-adres......... 5 6.3 De bitcoin beurzen.......................... 6 7 Voorbeelden 6 7.1 Silk Road............................... 6 7.2 CryptoLocker............................. 6 8 Conclusie 7 References 8 Appendices 9 A Pledge 9 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 1 Inleiding Bitcoin is een gedecentraliseerde elektronische valuta bedacht door Satoshi Nakamoto in 2008 (Nakamoto, 2008). Bitcoin maakt het mogelijk voor gebruikers om anonieme financiële transacties uit te voeren zonder dat daar een derde externe partij bij komt kijken. Vanwege deze vermeende anonimiteit is het erg aantrekkelijk voor bepaalde mensen die hier gebruik van willen maken. Dit kan met goede bedoelingen zijn zoals het overmaken van geld naar een partij zoals WikiLeaks. Of door cybercriminelen die op deze manier hopen niet opgepakt te kunnen worden. Gezien de grote hoeveelheid mensen die juist om deze reden gebruik maken van bitcoin is mijn onderzoeksvraag, hoe anoniem is een gebruiker van bitcoin? Opinies zijn sterk verdeeld over hoe anoniem het gebruik van bitcoin is in de praktijk. Een ontwikkelaar uit het ontwikkelteam van bitcoin heeft ooit het volgende gezegd het is onverstandig om grote onwettige transacties te doen via bitcoin, gegeven de bestaande statistische analyse technieken gebruikt door wetshandhaving instanties (Madrigal, 2011). Terwijl aan de andere kant WikiLeaks heeft aangekondigd dat het anonieme donaties accepteert door middel van bitcoins. Waarbij in het statement letterlijk wordt gezegd dat bitcoin een veilig en anoniem digitaal betaalmiddel is (Donate to WikiLeaks, 2015). Onder bitcoin s meer technische gebruikers heerst veelal de veronderstelling dat anonimiteit geen primair doel is in het ontwerp van het systeem. Terwijl vele andere bitcoin gebruikers het hier niet mee eens zijn (Reid & Harrigan, 2012). Dit laat maar zien hoe moeilijk het is om op deze vraag een eenduidig antwoord te geven. Ik ben van plan de vraagstelling te onderzoeken door wetenschappelijke papers te lezen over de bitcoin en anonimiteit. De onderzoeken gedaan door de wetenschappers van deze artikelen zullen een goed beeld geven over de onderzoeksvraag. Door vervolgens wat dieper in te gaan op enkele facetten van anonimiteit en de bitcoin hoop ik verdere duidelijkheid te geven op deze kwestie. Daarnaast zal ik relevante voorbeelden geven om te laten zien hoe het er in de praktijk aan toe (kan) gaan. 2 Hoe werkt Bitcoin Bitcoin maakt gebruik van een peer-to-peer netwerk (P2P) om iedereen aan elkaar te verbinden. Een P2P netwerk is een computer netwerk waarbij elke computer direct verbonden is met een aantal andere computers (peers) van het netwerk. In plaats van persoonlijke informatie van iemand over het netwerk te sturen heeft elke gebruiker een pseudoniem voor het maken van transacties. Dit is het bitcoin adres waarmee diegene geïdentificeerd wordt, het bitcoin adres is eigenlijk een public/private sleutelpaar. Een gebruiker is in staat om meerdere bitcoin adressen aan te maken welke worden opgeslagen in de digitale bitcoin wallet van de persoon. 2
43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 Voor het versturen van een transactie zijn bitcoin miners nodig die de transactie valideren. Dit doen ze door ingewikkelde cryptografische berekeningen uit te voeren. Gedurende een bepaalde tijd worden alle transacties op het bitcoin netwerk verzameld en bij elkaar gestopt, een block. Dit block wordt dan door de bitcoin miners verwerkt en komt vervolgens op de grote hoop terecht, de blockchain. Vervolgens komt deze geüpdatet blockchain terecht bij alle gebruikers en kan niks meer worden teruggedraaid of eraan worden veranderd. (Androulaki, Karame, Roeschlin, Scherer, & Capkun, 2013) Omdat het een virtuele munt is zouden gebruikers een bitcoin meerdere keren kunnen uitgeven of claimen dat een bitcoin van hun is terwijl dat niet zo is. Om dit te voorkomen moet iedere gebruiker een kopie van de gehele blockchain bezitten zodat altijd alles te verifiëren is (Koshy, Koshy, & McDaniel, 2014). 3 Bitcoin binnen het Cyberspace domein Hoe verhoudt de bitcoin zich tot het digitale domein? Bitcoin manifesteert zich in cyberspace, het is een virtueel goed dat alleen maar binnen het digitale domein bestaat. De definitie van cyberspace is het geheel van ICT-middelen en ICT-diensten (Ducheine & Haaster, 2013). Er zijn meerdere lagen binnen dit domein te onderscheiden. De onderste fundamentele laag is de fysieke laag met fysieke objecten (zoals routers, servers, computers ) die zich bevinden op een geografische locatie. Deze zijn verbonden via fysieke verbindingen, denk aan koperen communicatie kabels, zendmasten, etc. Bovenop deze fysieke laag ligt de logische laag waar eigenlijk alle vormen van software, logica en (netwerk) protocollen zich bevinden. De logische laag bevat bijvoorbeeld communicatie protocollen zoals het bitcoin P2P protocol en applicaties zoals de bitcoin wallet. Ofwel de gehele infrastructuur van de bitcoin is hierin aanwezig. Binnen de logische laag bestaan verschillende cyber-objecten zoals IP-adressen, MAC-adressen, SIM-kaart nummers maar ook de bitcoin adressen. Deze cyber-objecten worden allemaal gelinkt aan een bepaalde cyber-identiteit. Een cyber-identiteit wordt als het ware gedefinieerd door zijn unieke verzameling van cyber-objecten. Al de identiteiten vormen een aparte laag binnen cyberspace genaamd de cyber-persona laag (Cyberspace Operations, 2013). Achter deze cyber personaliteiten bevinden zich daadwerkelijke personen die opereren op het digitale domein, de persona laag. 4 Anonimiteit van bitcoin gebruikers Waardoor is een gebruiker van bitcoin anoniem? De anonimiteit van bitcoin komt doordat er een afbakening is tussen de logische laag en de persona laag. Een crimineel die absoluut anoniem wilt blijven heeft zal verschillende bitcoin adressen hebben. Ook zal er gebruik worden gemaakt van een bitcoin wallet om de bitcoins in op te slaan. De wallet draait vervolgens op een besturingssysteem van de persoon. Al deze cyber-objecten zullen tot een unieke cyber-identiteit 3
83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 leiden van de crimineel. Van deze cyber-identiteit is alles wat betreft zijn handelen binnen het bitcoin netwerk bekend. Omdat de blockchain openbaar is kan iedereen weten hoeveel bitcoins deze cyber-identiteit heeft, hoeveel betalingen het krijgt en van welke andere cyber-identiteiten de betalingen komen (Reid & Harrigan, 2012). Omdat niet bekend is welke persoon achter deze cyber-identiteit zit zal de crimineel anoniem blijven. Zolang er dus geen connectie is tussen een cyberidentiteit en een fysieke persoon zal diegene over anonimiteit beschikken op het bitcoin netwerk. Zodra er wel een connectie gevonden kan worden hiertussen is gelijk de hele anonimiteit verdwenen en is niks meer geheim. 5 De anonimiteit vergroten Kan de anonimiteit van een gebruiker vergroot worden? 5.1 Mixing services Er zijn verschillende manieren bedacht om dit te doen. Een voorbeeld hiervan is een mixing service (Möser, 2013). Het idee erachter is dat gebruikers die bitcoins willen versturen naar iemand anders dat doen via deze dienst. De bitcoins komen allemaal op een grote hoop terecht bij de mixing service. Vervolgens worden de verzamelde bitcoins in porties naar de bijbehorende ontvangst adressen verstuurd. Zolang het aantal inkomende transacties groot genoeg is is het bijna niet mogelijk voor een buitenstaander om inkomende- en uitgaande adressen aan elkaar te koppelen (Möser, 2013). 5.2 Eenmalig gebruik van bitcoin adres Door voor elke transactie een nieuw bitcoin adres aan te maken zal de anonimiteit van een gebruiker aanzienlijk vergroot worden. Dit wordt ook sterk aangeraden om te doen en in sommige wallets zelfs automatisch gedaan (Möser, 2013). Het maken van een nieuw bitcoin adres kan zonder verbinding met het internet en heeft geen negatieve gevolgen voor de gebruiker. 6 Het deanonimiseren van een gebruiker In hoeverre is het mogelijk dat een bitcoin gebruiker zijn anonimiteit verliest? En op wat voor manieren kan dit gedaan worden? 6.1 Analyseren van de blockchain Zoals eerder beschreven bezit elke bitcoin gebruiker de volledige geschiedenis van alle transacties ooit gedaan. In de blockchain zit veel waardevolle informatie verborgen die er in potentie uitgehaald kan worden. Het moeilijke hieraan is dat 4
117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 sinds het begin van bitcoin de blockchain alleen maar groeit. Elke nieuwe transactie wordt er namelijk aan toegevoegd, op dit moment is de gehele blockchain 63 GigaByte groot (Crypto-currencies statistics, 2015)!Gezien de grote hoeveelheid aan data is het niet mogelijk om er handmatig doorheen te spitten. Hier zal software voor moeten worden gemaakt om dat te doen. Een voorbeeld hiervan is BitIodine, een framework dat de blockchain analyseert (Sagnuolo, Maggi, & Zanero, 2014). Op basis van de analyse worden bitcoin adressen gegroepeerd die waarschijnlijk tot dezelfde persoon of groep van personen behoren. BitIodine is ook in staat om zichzelf automatisch bij te werken met nieuwe informatie die beschikbaar komt op het netwerk. Dit stelt het programma in staat om altijd up-to-date te blijven en handelingen van gebruikers te volgen. (Sagnuolo et al., 2014) 6.2 Koppelen van een bitcoin adres aan een IP-adres Een manier om een bitcoin gebruiker te ontmaskeren is door erachter te komen wat het IP-adres is van deze persoon. Er vanuit gaande dat diegene geen gebruik maakt van het tor netwerk of andere manieren om een IP-adres te vervalsen of verbergen. Door gebruik te maken van het transactieverkeer van het bitcoin netwerk is het mogelijk om IP-adressen te koppelen aan bitcoin-adressen (Koshy et al., 2014). Een groep onderzoekers hebben gedurende 5 maanden lang al het netwerk verkeer op het bitcoin peer-to-peer netwerk verzameld. Ze gebruikten statistische analyse op de verzamelde data en heuristiek om de connecties tussen de adressen te maken. Uiteindelijk was het gelukt om enkele honderden bitcoin adressen te koppelen aan een IP-adres met een hele hoge zekerheid (Koshy et al., 2014). Op deze manier is van een bepaalde cyber-identiteit het plaatje zo compleet dat het bijna direct aan een fysiek persoon te koppelen is waardoor deze dus niet meer anoniem is. Bitcoin past een zogenaamd gossip protocol toe om berichten te verspreiden over het netwerk. Dit houdt in dat wanneer een gebruiker een transactie aanmaakt deze wordt verzonden naar zijn direct verbonden peers. De peers bepalen of de transactie valide is, zo ja dan wordt het bericht verzonden naar de peers van de peers. Door dit proces telkens te herhalen zal het bericht zich verspreiden over het gehele netwerk. Een eigenschap van dit bitcoin protocol is dat geen enkele peer hetzelfde transactiebericht twee keer doorstuurt, behalve door de verzender en ontvanger. Als een IP-adres in het netwerk een transactiebericht voor de tweede keer doorstuurt verraadt het zichzelf als de verstuurder of ontvanger. Waarna er een connectie gelegd kan worden tussen het bitcoin adres en IP-adres. Dit laat zien dat het mogelijk is om bitcoin gebruikers te deanonimiseren door enkel alleen te kijken naar het berichtenverkeer op het netwerk.dit laat zien dat het mogelijk is om bitcoin gebruikers te deanonimiseren door enkel alleen te kijken naar het berichtenverkeer op het netwerk. 5
157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 6.3 De bitcoin beurzen Een grote dreiging voor de anonimiteit komt vanuit grote gecentraliseerde diensten zoals beurzen en online wallet opslag (Reid & Harrigan, 2012). Deze diensten en organisaties kunnen identificerende informatie bezitten van hun gebruikers zoals bankgegevens, e-mail adressen, adresgegevens. Een bitcoin gebruiker die anoniem wilt blijven zou er dan ook voor kunnen kiezen om deze diensten niet meer te gebruiken. Het probleem zit hem er vooral in dat niemand eraan ontkomt om ooit gebruik te maken van een bitcoin beurs. Om bitcoins te kopen maar vooral voor de verkoop van bitcoins zal het erg lastig zijn voor cybercriminelen om een bitcoin beurs te ontlopen. Daarnaast is het zo dat zelfs als deze persoon valse gegevens heeft opgegeven het alsnog mogelijk is dat diegene getraceerd kan worden. Dit komt omdat de bitcoins van het geheime bitcoin adres verstuurd moeten worden naar het bitcoin adres van de beurs. Zodra de persoon dan inlogt op de website van de beurs om de bitcoins te verkopen bestaat er een directe link tussen het IP-adres en het bitcoin adres. 7 Voorbeelden 7.1 Silk Road In oktober 2013 arresteerde de FBI Ross William Ulbricht, de vermoedelijke oprichter van Silk Road. Silk Road was de grootste virtuele zwarte markt van het internet waar bijna alles gekocht kan worden dat verboden is. De betalingen gaan altijd via bitcoin vanwege de vermeende anonimiteit van de munt. Er werd gespeculeerd dat Ulbricht waarschijnlijk nog cold wallets zou hebben waarmee hij zijn opbrengsten probeerde te verbergen. Een cold wallet is een bitcoin wallet dat offline is gehaald en niet meer deel uitmaakt van het netwerk, hierdoor is het erg lastig te ontdekken. Met BitIodine is aangetoond dat er hoogstwaarschijnlijk nog een bitcoin adres is dat niet in beslag is genomen door de FBI. Deze cold wallet zou een balans hebben van 111114 bitcoins (Sagnuolo et al., 2014), wat een waarde heeft van 50 miljoen euro. 7.2 CryptoLocker Cybercriminelen die geld verdienen met het verspreiden van CryptoLocker kunnen gemonitord worden door derden (Sagnuolo et al., 2014). CryptoLocker is een van vorm van cryptoware, malware dat het systeem van het slachtoffer gijzelt door alle gegevens van de persoon te encrypten. Hierdoor is het niet meer toegankelijk en is in wezen de informatie verloren. Vervolgens wordt er geld gevraagd in ruil voor het decrypten van de gegevens. Deze betaling moet bijna altijd in bitcoins gedaan worden omdat de cybercriminelen hopen hierdoor niet te traceren zijn en anoniem te blijven. Als een slachtoffer het bitcoin adres openbaar zet waarna diegene bitcoins moest overmaken kunnen onderzoekers veel te weten komen. Zoals het nauwkeurig 6
197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 achterhalen en monitoren hoeveel betalingen de CryptoLocker verspreiders krijgen. De totale hoeveelheid dat ze ermee hebben verdient. Ook wanneer ze ermee zijn begonnen en eventuele patronen in de betalingen die iets kunnen prijsgeven over de identiteit van de cybercriminelen. Met BitIodine is onderzoek gedaan naar zulke groepen cryptoware verspreiders en er werd vastgesteld dat een enkele groep in totaal 376 bitcoins had verdiend (Sagnuolo et al., 2014), wat een waarde heeft van 170 duizend euro. 8 Conclusie Een bitcoin gebruiker moet er altijd vanuit gaan dat die niet geheel anoniem is op het bitcoin netwerk. Het is namelijk mogelijk voor externe partijen om veel te weten te komen over iemand. Hoeveel bitcoins in het bezit zijn en waar die vandaan zijn gekomen. Alle transacties van de persoon kunnen gevolgd worden en hoe groot de transactie is. Daartegenover staan methodes zoals mixing services die het traceren van transacties vele malen moeilijker maken. Maar zelfs dan is gebleken dat het mogelijk is om deze te traceren (Möser, 2013). Door voor elke transactie en nieuw bitcoin adres aan te maken kan de anonimiteit ook vergroot worden. Maar met behulp van statistische analyse kunnen bitcoin adressen gegroepeerd worden die tot dezelfde persoon behoren (Sagnuolo et al., 2014). Het is telkens een schijn anonimiteit die heel sterk is alleen net niet volledig. Naast de blockchain kan ook gekeken worden naar het netwerk protocol van bitcoin om achter iemand zijn identiteit te komen. Door het gebruikte IP-adres te koppelen aan een of meerdere bitcoin adressen. Uiteindelijk zullen de buitgemaakte bitcoins ooit verkocht moeten worden bij een bitcoin beurs. Waardoor de beheerders van de beurs in staat zijn de persoon achter het bitcoin adres te achterhalen. De algemene conclusie is dat de bitcoin in zijn huidige staat niet gezien kan worden als een volledig anoniem betaalmiddel. 7
223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 References Androulaki, E., Karame, G. O., Roeschlin, M., Scherer, T., & Capkun, S. (2013). Evaluating user privacy in bitcoin. Financial Cryptography and Data Security, 34 51. Crypto-currencies statistics. (2015). Retrieved December 15, 2015, from https://bitinfocharts.com/. Cyberspace operations. (2013). Retrieved December 14, 2015, from http://www.dtic.mil/doctrine/new pubs/jp3 12R.pdf. Joint Electronic Library. Donate to wikileaks. (2015). Retrieved December 13, 2015 from http://wikileaks.org/support.html. Ducheine, P., & Haaster, J. (2013). Cyber-operaties en militair vermogen. militaire spectator, 182 (9), 368 387. Koshy, P., Koshy, D., & McDaniel, P. (2014). An analysis of anonymity in bitcoin using p2p network traffic. Financial Cryptography and Data Security, 8437, 469 485. Madrigal, A. C. (2011). Libertarian dream? a site where you buy drugs with digital dollars. The Atlantic. Retrieved December 13, 2015 from http://www.theatlantic.com/technology/archive/2011/06/libertariandream-a-site-where-you-buy-drugs-with-digital-dollars/239776/. Möser, M. (2013). Anonymity of bitcoin transactions; an analysis of mixing services. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system. Reid, F., & Harrigan, M. (2012). An analysis of anonymity in the bitcoin system. Security and Privacy in Social Networks, 197 223. Sagnuolo, M., Maggi, F., & Zanero, S. (2014). Bitiodine:extracting intelligence from the bitcoin network. International Financial Cryptography Association, 8437, 457 468. 8
251 252 Appendices A Pledge 9