适配器签名及其在跨链原子交换中的应用

随着比特币Layer2扩容技术的快速发展,比特币与其Layer2网络间的跨链资产转移日益频繁。这一趋势源于Layer2技术提供的更高可扩展性、更低交易费用和更高吞吐量。这些进步促进了更高效、更经济的交易,推动了比特币在各种应用中的广泛采用和集成。因此,比特币与Layer2网络间的互操作性正成为加密货币生态系统的关键组成部分,推动创新并为用户提供更多样化和强大的金融工具。

比特币与Layer2之间的跨链交易主要有三种方案:中心化跨链交易、BitVM跨链桥和跨链原子交换。这三种技术在信任假设、安全性、便捷性、交易额度等方面各有特点,能满足不同的应用需求。

中心化跨链交易速度快,撮合过程相对简单,但安全性完全依赖于中心化机构的可靠性和信誉。如果中心化机构出现问题,用户资金将面临较高风险。此外,中心化跨链交易也可能泄露用户隐私。

BitVM跨链桥技术相对复杂,引入了乐观挑战机制。但由于涉及大量挑战与响应交易,交易费用较高,因此主要适用于超大额交易,使用频率较低。

跨链原子交换是一种去中心化的加密货币交易合约。它具有去中心化、不受审查、隐私保护良好等特点,能实现高频跨链交易,在去中心化交易所中得到广泛应用。目前,跨链原子交换主要包括基于哈希时间锁(HTLC)和适配器签名两种技术。

HTLC原子交换虽然是去中心化交换技术的重大突破,但存在用户隐私泄露问题。每次交换时,两个区块链上都会出现相同的哈希值,且仅相隔几个区块。这意味着观察者可以将参与交换的货币联系起来,容易推断出参与者身份。

基于适配器签名的原子交换相比HTLC有三个优势:首先,它取代了链上脚本,减少了链上占用空间,使交换更轻量、费用更低。其次,由于不涉及脚本,被称为"隐形脚本"。最后,涉及的交易无法链接,实现了更好的隐私保护。

本文介绍了Schnorr/ECDSA适配器签名与跨链原子交换原理,分析了适配器签名中的随机数安全问题和跨链场景中的系统异构和算法异构问题,并给出解决方案。最后,探讨了适配器签名在非交互式数字资产托管中的扩展应用。

Schnorr适配器签名与原子交换

ECDSA适配器签名与原子交换

零知识证明$\mathsf{zk}{r|\hat{R}=r\cdot G,R=r\cdot Y}$

问题与解决方案

随机数问题与解决方案

适配器签名中存在随机数泄漏和重用问题,可能导致私钥泄露。解决方案是使用RFC 6979,通过从私钥和待签名消息中确定性地导出随机数,消除了生成随机数的需求,增强了安全性。

跨链场景问题与解决方案

在UTXO与账户模型系统异构的情况下,需要使用智能合约来实现原子交换,但会牺牲一定隐私性。对于相同曲线但不同算法的情况,适配器签名是安全的。但如果曲线不同,则不能使用适配器签名。

数字资产托管应用

适配器签名可用于实现非交互式门限数字资产托管。这种方法相比传统门限签名有一定优势,如无需三方共同运行去中心化密钥生成协议。

托管过程包括创建未签名funding交易、交换预签名和密文、验证密文有效性等步骤。在有争议时,托管方可根据实际情况判决并解密相应密文。

可验证加密是这一过程中的关键密码学原语。目前有Purify和Juggling两种主要方法来基于Secp256k1离散对数实现可验证加密。

总结

本文详细描述了Schnorr/ECDSA适配器签名与跨链原子交换原理,分析了相关安全问题及解决方案,探讨了跨链应用场景中的各种考虑因素,并介绍了适配器签名在非交互式数字资产托管中的应用。适配器签名技术为跨链交易和资产托管提供了新的可能性,但在实际应用中仍需考虑多方面因素以确保安全性和有效性。