適配器籤名及其在跨鏈原子交換中的應用

隨着比特幣 Layer2 擴容方案的發展，比特幣與 Layer2 網路間的資產轉移日益頻繁。這一趨勢受到 Layer2 技術提供的更高可擴展性、更低交易費和高吞吐量的推動。比特幣與 Layer2 網路間的互操作性正成爲加密貨幣生態系統的關鍵組成部分。

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。這些技術在信任假設、安全性、便捷性、交易額度等方面各有特點,可滿足不同應用需求。

中心化跨鏈交易速度快,撮合過程簡單,但安全性依賴中心化機構的可靠性。BitVM 跨鏈橋引入樂觀挑戰機制,技術較爲復雜,適用於超大額交易。跨鏈原子交換是去中心化的、不受審查、具有較好隱私保護的高頻跨鏈交易方案,在去中心化交易所中應用廣泛。

跨鏈原子交換技術主要包括基於哈希時間鎖(HTLC)和基於適配器籤名兩種。HTLC 實現簡單但存在隱私問題。適配器籤名則能很好地保護隱私,是一種更輕量、費用更低的方案。

本文重點介紹了 Schnorr/ECDSA 適配器籤名與跨鏈原子交換的原理,分析了其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,並給出了相應的解決方案。此外,還介紹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 適配器籤名的基本原理如下:

1. Alice 選擇隨機數 r,計算 R = rG
2. Alice 計算 c = H(R||P||m)
3. Alice 計算 s' = r + cx
4. Alice 將 (R,s') 發送給 Bob
5. Bob 驗證 s'G = R + cP
6. Bob 選擇 y,計算 Y = yG
7. Bob 計算 s = s' + y
8. Bob 廣播 (R,s,Y)
9. 網路驗證 sG = R + cP + Y

ECDSA 適配器籤名與原子交換

ECDSA 適配器籤名的基本原理如下:

1. Alice 選擇隨機數 r,計算 R = rG
2. Alice 計算 c = H(R||P||m)
3. Alice 計算 s' = r^(-1)(H(m) + xR_x)
4. Alice 將 (R,s') 發送給 Bob
5. Bob 驗證 R = (H(m) + xR_x)G / s'
6. Bob 選擇 y,計算 Y = yG
7. Bob 計算 s = s' + y
8. Bob 廣播 (R,s,Y)
9. 網路驗證 R = (H(m) + xR_x)G / s + Y / s

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露和重用問題,可能導致私鑰泄露。解決方案是使用 RFC 6979 規範,通過 HMAC 函數從私鑰和消息中確定性地生成隨機數。

跨鏈場景問題與解決方案

1. UTXO 與帳戶模型系統異構問題:比特幣使用 UTXO 模型,而以太坊使用帳戶模型,導致無法預先籤名退款交易。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:如果比特幣和 Layer2 使用相同曲線但不同籤名算法,適配器籤名仍是安全的。

3. 不同曲線的適配器籤名不安全:如果比特幣和 Layer2 使用不同橢圓曲線,則不能使用適配器籤名進行跨鏈原子交換。

數字資產托管應用

適配器籤名可用於實現非交互式的數字資產托管。主要參與方包括買方、賣方和托管方。托管方不需要參與初始化過程,只需在必要時釋放祕密。

具體流程如下:

1. 創建未籤名的 funding 交易
2. Alice 和 Bob 分別創建適配器籤名和可驗證加密
3. Alice 和 Bob 驗證密文有效性並簽署 funding 交易
4. 發生爭議時,托管方可解密並釋放祕密給相應方

可驗證加密是實現非交互式托管的關鍵技術,主要有 Purify 和 Juggling 兩種實現方案。

總結

本文詳細介紹了 Schnorr/ECDSA 適配器籤名與跨鏈原子交換的原理,分析了其中的安全問題和跨鏈應用場景下的挑戰,並提出了相應的解決方案。此外還探討了適配器籤名在數字資產托管中的應用。適配器籤名爲跨鏈資產交換提供了一種高效、安全、隱私保護的新方案,有望在去中心化金融領域發揮重要作用。