Simulation-based analysis of Whirlpool CoinJoin protocol

Bc. Dominik Hluštík

Bachelor's thesis

Anotácia:

V dnešnej digitálnej dobe, kde súkromie a bezpečnosť finančných transakcií na blockchaine vyvolávajú veľké obavy, bolo predstavených mnoho nových anonymizačných produktov, ktoré sa tento problém snažia riešiť. Jedným z nich je CoinJoin. Teoretická časť práce sa zameriava na implementáciu protokolu Whirlpool, špecifickú implementáciu CoinJoinu vyvinutú skupinou vývojárov Samourai. Teoretická časť vysvetľuje vnútorné fungovanie protokolu a záruky ochrany súkromia, ktoré poskytuje. V praktickej časti bakalárskej práce bol vyvinutý simulačný aparát na opakované vykonávanie simulácií miešania CoinJoin, umožňujúci testovanie a zber dát. Na základe zozbieraných údajov záverečná časť práce analyzuje anonymitu dosiahnutú pomocou Whirlpoolu. Anonymita bola meraná novou metódou párovania vstupov a výstupov transakcie CoinJoin na základe IP adries, ktorá odhalila potenciálne slabiny v zachovaní súkromia používateľov zo strany koordinátora.

Abstract:

In today's digital age, where privacy and security for financial transactions on the blockchain are of great concern, many new anonymization products have been introduced to tackle this problem. CoinJoin is one of them. The theoretical part of the thesis focuses on the implementation of the Whirlpool protocol, a specific implementation of CoinJoin developed by a group of developers called Samourai. The theoretical part explains the protocol's inner workings and the privacy guarantees it provides. In the practical part of the thesis, a simulation apparatus was developed to execute CoinJoin mixing simulations repeatedly, allowing for testing and data collection. Using the collected data, the final part of the thesis analyzes the anonymity achieved by using Whirlpool. Anonymity was measured by a new method of pairing inputs and outputs of a CoinJoin transaction based on IP addresses, revealing potential weaknesses in maintaining user privacy from the Coordinator's side.

Keywords

Bitcoin, anonymity, privacy, blockchain, CoinJoin, mixing, Samourai Wallet, Sparrow Wallet, Whirlpool Coordinator, Whirlpool Protocol

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 5. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 27. 6. 2024
• Vedúci: doc. RNDr. Petr Švenda, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Jiří Gavenda

Masaryk University

Faculty of Informatics

Bachelor programme / odbor:
Cybersecurity / Cybersecurity