Chữ ký bộ điều hợp và ứng dụng của nó trong trao đổi nguyên tử chuỗi cross

Với sự phát triển nhanh chóng của các giải pháp mở rộng Layer2 cho Bitcoin, tần suất chuyển nhượng tài sản chuỗi cross giữa Bitcoin và mạng Layer2 đã tăng đáng kể. Xu hướng này thúc đẩy việc áp dụng và tích hợp Bitcoin rộng rãi hơn trong nhiều ứng dụng khác nhau. Tính tương tác giữa Bitcoin và mạng Layer2 đang trở thành một phần quan trọng của hệ sinh thái tiền điện tử, thúc đẩy đổi mới và cung cấp cho người dùng nhiều công cụ tài chính đa dạng và mạnh mẽ hơn.

Hiện tại, giao dịch chuỗi cross giữa Bitcoin và Layer2 chủ yếu có ba giải pháp: giao dịch chuỗi cross tập trung, cầu chuỗi cross BitVM và trao đổi nguyên tử chuỗi cross. Ba công nghệ này có những ưu nhược điểm khác nhau về giả định niềm tin, độ an toàn, sự thuận tiện, hạn mức giao dịch, v.v., có thể đáp ứng nhu cầu ứng dụng khác nhau.

Giao dịch nguyên tử chuỗi cross là một công nghệ phi tập trung, không bị kiểm duyệt và có khả năng bảo vệ quyền riêng tư tốt, có thể thực hiện giao dịch chuỗi cross tần suất cao, được ứng dụng rộng rãi trong các sàn giao dịch phi tập trung. Hiện tại, giao dịch nguyên tử chuỗi cross chủ yếu bao gồm hai giải pháp dựa trên khóa thời gian băm (HTLC) và dựa trên chữ ký bộ điều hợp. So với HTLC, giao dịch nguyên tử dựa trên chữ ký bộ điều hợp có những ưu điểm như nhẹ hơn, chi phí thấp hơn và tính riêng tư tốt hơn.

Bài viết này giới thiệu về nguyên lý của chữ ký thích ứng Schnorr/ECDSA và trao đổi nguyên tử chuỗi cross, phân tích các vấn đề an toàn ngẫu nhiên trong chữ ký thích ứng cũng như các vấn đề hệ thống không đồng nhất và thuật toán không đồng nhất trong các tình huống chuỗi cross, và đưa ra các giải pháp tương ứng. Cuối cùng, bài viết thảo luận về ứng dụng của chữ ký thích ứng trong việc quản lý tài sản số không tương tác.

Chữ ký bộ điều hợp và trao đổi nguyên tử chuỗi cross

Chữ ký bộ điều hợp Schnorr và trao đổi nguyên tử

Quy trình cơ bản của chữ ký bộ điều hợp Schnorr như sau:

1. Alice tạo ra số ngẫu nhiên r, tính R = r·G
2. Alice tính toán chữ ký thích hợp: s^ = r + cx
3. Bob xác thực chữ ký thích ứng: s^·G = R + cY
4. Alice tiết lộ với Bob s = s^ + y
5. Bob xác thực chữ ký hoàn chỉnh: s·G = R + cY + T

Trong đó T = y·G là điểm thích ứng.

Quá trình hoán đổi nguyên tử chuỗi cross dựa trên chữ ký thích ứng Schnorr:

1. Alice tạo giao dịch txA, chuyển Bitcoin cho Bob
2. Bob tạo giao dịch txB, chuyển tài sản Layer2 cho Alice
3. Alice tạo chữ ký bộ điều hợp s^A cho txA
4. Bob tạo chữ ký bộ điều hợp s^B cho txB
5. Alice xác thực s^B, Bob xác thực s^A
6. Bob phát sóng txB
7. Alice nhận được sB, từ đó nhận được tài sản Layer2
8. Alice tiết lộ sA cho Bob
9. Bob nhận Bitcoin

Chữ ký bộ điều hợp ECDSA và hoán đổi nguyên tử

Quy trình cơ bản của chữ ký bộ điều hợp ECDSA như sau:

1. Alice tạo ra số ngẫu nhiên k, tính R = k·G
2. Alice tính toán chữ ký thích ứng: s^ = k^(-1)(h + xr)
3. Bob xác thực thích ứng chữ ký: R = (h·G + r·Y)·s^^(-1)
4. Alice tiết lộ với Bob s = s^ + y
5. Bob xác thực chữ ký hoàn chỉnh: R = (h·G + r·Y)·s^(-1) - T·s^(-1)

Trong đó T = y·G là điểm thích ứng.

Quá trình trao đổi nguyên tử chuỗi cross dựa trên chữ ký của bộ điều hợp ECDSA tương tự như Schnorr.

Vấn đề và Giải pháp

Vấn đề số ngẫu nhiên và giải pháp

Có rủi ro bảo mật về việc rò rỉ và tái sử dụng số ngẫu nhiên trong chữ ký của bộ chuyển đổi, có thể dẫn đến rò rỉ khóa riêng. Giải pháp là sử dụng tiêu chuẩn RFC 6979, xuất số ngẫu nhiên một cách xác định từ khóa riêng và thông điệp, tránh các vấn đề bảo mật của bộ sinh số ngẫu nhiên.

Vấn đề và giải pháp trong các tình huống chuỗi cross

1. Vấn đề hệ thống mô hình UTXO và tài khoản không đồng nhất:

Bitcoin sử dụng mô hình UTXO, trong khi Ethereum sử dụng mô hình tài khoản, dẫn đến việc không thể ký trước giao dịch hoàn tiền trên Ethereum. Giải pháp là sử dụng hợp đồng thông minh trên phía Ethereum để thực hiện logic hoán đổi nguyên tử.

2. Độ an toàn của chữ ký bộ điều hợp với các thuật toán khác nhau trên cùng một đường cong:

Khi hai chuỗi sử dụng cùng một đường cong ( như Secp256k1) nhưng khác thuật toán ký ( như Schnorr và ECDSA), thì chữ ký bộ chuyển đổi vẫn an toàn.

3. Chữ ký bộ điều hợp của các đường cong khác nhau không an toàn:

Nếu hai chuỗi sử dụng các đường cong elip khác nhau, thì không thể sử dụng chữ ký bộ điều hợp để thực hiện đổi chéo nguyên tử.

Ứng dụng lưu ký tài sản kỹ thuật số

Dựa trên chữ ký của bộ điều hợp có thể thực hiện lưu trữ tài sản số không tương tác, quy trình chính như sau:

1. Alice và Bob tạo giao dịch funding với đầu ra MuSig 2-of-2
2. Alice và Bob lần lượt tạo ra chữ ký bộ điều hợp và mật mã có thể xác minh.
3. Cả hai bên xác thực sau đó ký và phát sóng giao dịch funding
4. Khi xảy ra tranh chấp, bên giữ tài sản có thể giải mã mật mã và gửi secret của bộ điều hợp cho bên tương ứng.
5. Bên nhận được secret có thể hoàn thành chữ ký bộ chuyển đổi và phát sóng giao dịch thanh toán

Mã hóa có thể xác minh là công nghệ chính để thực hiện lưu ký tài sản không tương tác, hiện có hai giải pháp chính là Purify và Juggling.

Tóm tắt

Bài viết này giới thiệu chi tiết về việc ứng dụng chữ ký bộ điều hợp trong trao đổi nguyên tử chuỗi cross, phân tích các vấn đề an ninh liên quan và giải pháp, đồng thời thảo luận về các ứng dụng mở rộng trong các tình huống như lưu ký tài sản số. Chữ ký bộ điều hợp cung cấp một giải pháp mới phi tập trung, hiệu quả và bảo vệ quyền riêng tư cho tương tác chuỗi cross, hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong khả năng tương tác của blockchain trong tương lai.