適配器籤名及其在跨鏈原子交換中的應用

隨着比特幣Layer2擴容技術的快速發展,比特幣與其Layer2網路間的跨鏈資產轉移日益頻繁。這一趨勢源於Layer2技術提供的更高可擴展性、更低交易費用和更高吞吐量。這些進步促進了更高效、更經濟的交易,推動了比特幣在各種應用中的廣泛採用和集成。因此,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,推動創新並爲用戶提供更多樣化和強大的金融工具。

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特點,能滿足不同的應用需求。

中心化跨鏈交易速度快,撮合過程相對簡單,但安全性完全依賴於中心化機構的可靠性和信譽。如果中心化機構出現問題,用戶資金將面臨較高風險。此外,中心化跨鏈交易也可能泄露用戶隱私。

BitVM跨鏈橋技術相對復雜,引入了樂觀挑戰機制。但由於涉及大量挑戰與響應交易,交易費用較高,因此主要適用於超大額交易,使用頻率較低。

跨鏈原子交換是一種去中心化的加密貨幣交易合約。它具有去中心化、不受審查、隱私保護良好等特點,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)和適配器籤名兩種技術。

HTLC原子交換雖然是去中心化交換技術的重大突破,但存在用戶隱私泄露問題。每次交換時,兩個區塊鏈上都會出現相同的哈希值,且僅相隔幾個區塊。這意味着觀察者可以將參與交換的貨幣聯繫起來,容易推斷出參與者身分。

基於適配器籤名的原子交換相比HTLC有三個優勢:首先,它取代了鏈上腳本,減少了鏈上佔用空間,使交換更輕量、費用更低。其次,由於不涉及腳本,被稱爲"隱形腳本"。最後,涉及的交易無法連結,實現了更好的隱私保護。

本文介紹了Schnorr/ECDSA適配器籤名與跨鏈原子交換原理,分析了適配器籤名中的隨機數安全問題和跨鏈場景中的系統異構和算法異構問題,並給出解決方案。最後,探討了適配器籤名在非交互式數字資產托管中的擴展應用。

Schnorr適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名與原子交換

零知識證明$\mathsf{zk}{r|\hat{R}=r\cdot G,R=r\cdot Y}$

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問題,可能導致私鑰泄露。解決方案是使用RFC 6979,通過從私鑰和待籤名消息中確定性地導出隨機數,消除了生成隨機數的需求,增強了安全性。

跨鏈場景問題與解決方案

在UTXO與帳戶模型系統異構的情況下,需要使用智能合約來實現原子交換,但會犧牲一定隱私性。對於相同曲線但不同算法的情況,適配器籤名是安全的。但如果曲線不同,則不能使用適配器籤名。

數字資產托管應用

適配器籤名可用於實現非交互式門限數字資產托管。這種方法相比傳統門限籤名有一定優勢,如無需三方共同運行去中心化密鑰生成協議。

托管過程包括創建未籤名funding交易、交換預籤名和密文、驗證密文有效性等步驟。在有爭議時,托管方可根據實際情況判決並解密相應密文。

可驗證加密是這一過程中的關鍵密碼學原語。目前有Purify和Juggling兩種主要方法來基於Secp256k1離散對數實現可驗證加密。

總結

本文詳細描述了Schnorr/ECDSA適配器籤名與跨鏈原子交換原理,分析了相關安全問題及解決方案,探討了跨鏈應用場景中的各種考慮因素,並介紹了適配器籤名在非交互式數字資產托管中的應用。適配器籤名技術爲跨鏈交易和資產托管提供了新的可能性,但在實際應用中仍需考慮多方面因素以確保安全性和有效性。