アダプタ署名とそのクロスチェーン原子交換における応用

ビットコインのLayer2拡張技術の急速な発展に伴い、ビットコインとそのLayer2ネットワーク間のクロスチェーン資産移転がますます頻繁になっています。この傾向は、Layer2技術が提供するより高いスケーラビリティ、より低い取引コスト、およびより高いスループットに起因しています。これらの進歩は、より効率的で経済的な取引を促進し、ビットコインのさまざまなアプリケーションにおける広範な採用と統合を推進しています。したがって、ビットコインとLayer2ネットワーク間の相互運用性は、暗号通貨エコシステムの重要な要素となり、革新を促進し、ユーザーに多様で強力な金融ツールを提供しています。

ビットコインとLayer2間のクロスチェーン取引には主に3つの方案があります: 中央集権型クロスチェーン取引、BitVMクロスチェーンブリッジ、クロスチェーン原子交換。この3つの技術は、信頼仮定、安全性、利便性、取引額などの点でそれぞれ特徴があり、異なるアプリケーションのニーズを満たすことができます。

中央集権型クロスチェーン取引は速度が速く、マッチングプロセスは比較的簡単ですが、安全性は完全に中央集権型機関の信頼性と信用に依存しています。中央集権型機関に問題が発生した場合、ユーザーの資金は高いリスクにさらされます。さらに、中央集権型クロスチェーン取引はユーザーのプライバシーを漏洩する可能性もあります。

BitVMクロスチェーンブリッジ技術は比較的複雑で、楽観的チャレンジメカニズムを導入しています。しかし、多くのチャレンジとレスポンス取引が関与するため、取引手数料が高く、主に超大口取引に適しており、使用頻度は低いです。

クロスチェーン原子交換は、分散型の暗号通貨取引契約です。それは、分散型、検閲を受けない、プライバシー保護が良好などの特徴を持ち、高頻度のクロスチェーン取引を実現し、分散型取引所で広く利用されています。現在、クロスチェーン原子交換は主にハッシュタイムロック(HTLC)とアダプタ署名の2つの技術を含んでいます。

HTLC原子交換は、分散型交換技術の重大なブレークスルーですが、ユーザーのプライバシー漏洩の問題があります。交換のたびに、2つのブロックチェーン上に同じハッシュ値が現れ、わずか数ブロックの距離で存在します。これは、観察者が交換に参加している通貨を結びつけることができ、参加者の身元を推測しやすいことを意味します。

アダプタ署名に基づく原子交換は、HTLCに比べて3つの利点があります。まず、オンチェーンスクリプトを置き換えるため、オンチェーンの占有スペースが減少し、交換がより軽量で、手数料が低くなります。次に、スクリプトが関与しないため、「隠れスクリプト」と呼ばれます。最後に、関与する取引がリンクできないため、より良いプライバシー保護が実現されます。

本稿では、Schnorr/ECDSAアダプタ署名とクロスチェーン原子交換の原理を紹介し、アダプタ署名におけるランダム数の安全性問題やクロスチェーンシナリオにおけるシステムの非同質性およびアルゴリズムの非同質性の問題を分析し、解決策を提示します。最後に、アダプタ署名の非対話型デジタル資産保管における拡張応用について検討します。

アトミックスワップを使用した Schnorr アダプタの署名

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ECDSA アダプターの署名はアトムと交換されます

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ゼロ知識証明 $\mathsf{zk}{r|\hat{R}=r\cdot G,R=r\cdot Y}$

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問題と解決策

ランダム数問題と解決策

アダプタ署名にランダム数の漏洩と再利用の問題が存在し、プライベートキーの漏洩を引き起こす可能性があります。解決策はRFC 6979を使用し、プライベートキーと署名対象メッセージから決定論的にランダム数を導出することで、ランダム数生成の必要性を排除し、安全性を強化します。

クロスチェーンシーンの問題と解決策

UTXOとアカウントモデルシステムが異種である場合、原子交換を実現するためにスマートコントラクトを使用する必要がありますが、一定のプライバシーが犠牲になります。同じ曲線だが異なるアルゴリズムの場合、アダプター署名は安全です。しかし、曲線が異なる場合、アダプター署名は使用できません。

デジタル資産保管アプリ

アダプタ署名は、非対話型の閾値デジタル資産の保管を実現するために使用できます。この方法は、従来の閾値署名に比べて一定の利点があり、中央集権的なキー生成プロトコルを三者が共同で実行する必要がありません。

保管プロセスには、未署名の資金取引の作成、プリサインされたものとの交換、暗号文の検証などのステップが含まれます。争議がある場合、保管者は実際の状況に基づいて判断し、対応する暗号文を解読できます。

検証可能な暗号化は、このプロセスにおける重要な暗号学的原語です。現在、Secp256k1離散対数に基づく検証可能な暗号化を実現するための主な方法として、PurifyとJugglingの2つがあります。

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まとめ

本記事では、Schnorr/ECDSAアダプタ署名とクロスチェーン原子交換の原理を詳細に説明し、関連するセキュリティ問題とその解決策を分析し、クロスチェーンアプリケーションシナリオにおけるさまざまな考慮事項を探討し、アダプタ署名の非対話型デジタル資産保管における応用を紹介します。アダプタ署名技術はクロスチェーン取引と資産保管に新しい可能性を提供しますが、実際のアプリケーションではセキュリティと有効性を確保するために多くの要素を考慮する必要があります。

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