適配器籤名及其在跨鏈原子交換中的應用

隨着比特幣Layer2擴容方案的快速發展，比特幣與Layer2網路之間的跨鏈資產轉移頻率顯著增加。這一趨勢促進了比特幣在各種應用中的更廣泛採用和集成。比特幣與Layer2網路之間的互操作性正成爲加密貨幣生態系統的關鍵組成部分，推動創新並爲用戶提供更多樣化和強大的金融工具。

目前比特幣與Layer2之間的跨鏈交易主要有三種方案:中心化跨鏈交易、BitVM跨鏈橋和跨鏈原子交換。這三種技術在信任假設、安全性、便捷性、交易額度等方面各有優劣,能滿足不同的應用需求。

跨鏈原子交換是一種去中心化、不受審查、具有較好隱私保護的技術,能實現高頻跨鏈交易,在去中心化交易所中得到廣泛應用。目前跨鏈原子交換主要包括基於哈希時間鎖(HTLC)和基於適配器籤名兩種方案。與HTLC相比,基於適配器籤名的原子交換具有更輕量、費用更低、隱私性更好等優勢。

本文介紹了Schnorr/ECDSA適配器籤名與跨鏈原子交換的原理,分析了適配器籤名中存在的隨機數安全問題以及跨鏈場景中的系統異構和算法異構問題,並給出相應的解決方案。最後探討了適配器籤名在非交互式數字資產托管中的應用。

適配器籤名與跨鏈原子交換

Schnorr適配器籤名與原子交換

Schnorr適配器籤名的基本流程如下:

1. Alice生成隨機數r,計算R = r·G
2. Alice計算適配籤名:s^ = r + cx
3. Bob驗證適配籤名:s^·G = R + cY
4. Alice向Bob透露s = s^ + y
5. Bob驗證完整籤名:s·G = R + cY + T

其中T = y·G爲適配點。

基於Schnorr適配器籤名的跨鏈原子交換過程:

1. Alice生成交易txA,將比特幣轉給Bob
2. Bob生成交易txB,將Layer2資產轉給Alice
3. Alice生成適配器籤名s^A for txA
4. Bob生成適配器籤名s^B for txB
5. Alice驗證s^B,Bob驗證s^A
6. Bob廣播txB
7. Alice獲得sB,從而獲得Layer2資產
8. Alice向Bob透露sA
9. Bob獲得比特幣

ECDSA適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名的基本流程如下:

1. Alice生成隨機數k,計算R = k·G
2. Alice計算適配籤名:s^ = k^(-1)(h + xr)
3. Bob驗證適配籤名:R = (h·G + r·Y)·s^^(-1)
4. Alice向Bob透露s = s^ + y
5. Bob驗證完整籤名:R = (h·G + r·Y)·s^(-1) - T·s^(-1)

其中T = y·G爲適配點。

基於ECDSA適配器籤名的跨鏈原子交換過程與Schnorr類似。

問題與解決方案

隨機數問題與解決方案

適配器籤名中存在隨機數泄漏和重用的安全風險,可能導致私鑰泄露。解決方案是使用RFC 6979規範,通過確定性方式從私鑰和消息中導出隨機數,避免隨機數生成器的安全隱患。

跨鏈場景問題與解決方案

1. UTXO與帳戶模型系統異構問題:

比特幣採用UTXO模型,而以太坊採用帳戶模型,導致無法在以太坊上預先籤名退款交易。解決方案是在以太坊端使用智能合約實現原子交換邏輯。

2. 相同曲線,不同算法的適配器籤名安全性:

當兩條鏈使用相同曲線(如Secp256k1)但不同籤名算法(如Schnorr和ECDSA)時,適配器籤名仍然是安全的。

3. 不同曲線的適配器籤名不安全:

如果兩條鏈使用不同的橢圓曲線,則不能直接使用適配器籤名進行跨鏈原子交換。

數字資產托管應用

基於適配器籤名可以實現非交互式的數字資產托管,主要流程如下:

1. Alice和Bob創建2-of-2 MuSig輸出的funding交易
2. Alice和Bob分別生成適配器籤名和可驗證加密的密文
3. 雙方驗證後籤名並廣播funding交易
4. 發生爭議時,托管方可解密密文並發送適配器secret給相應方
5. 獲得secret的一方可完成適配器籤名並廣播結算交易

可驗證加密是實現非交互式資產托管的關鍵技術,目前有Purify和Juggling兩種主流方案。

總結

本文詳細介紹了適配器籤名在跨鏈原子交換中的應用,分析了相關安全問題和解決方案,並探討了在數字資產托管等場景的擴展應用。適配器籤名爲跨鏈交互提供了一種去中心化、高效、隱私保護的新方案,有望在未來區塊鏈互操作性中發揮重要作用。