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。這些技術在信任假設、安全性、便捷性、交易額度等方面各有不同,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高頻跨鏈交易技術,在去中心化交易所中得到廣泛應用。目前主要包括基於哈希時間鎖(HTLC)和適配器籤名兩種實現方式。

與HTLC相比,基於適配器籤名的原子交換有以下優勢:

1. 取代了鏈上腳本,實現"隱形腳本"
2. 鏈上佔用空間更小,費用更低
3. 交易無法連結,隱私性更好

本文主要介紹Schnorr/ECDSA適配器籤名與跨鏈原子交換的原理,分析其中存在的問題並給出解決方案,最後探討了適配器籤名在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適配器籤名包括以下步驟:

1. Alice選擇隨機數r,計算R = r·G
2. Alice計算c = H(R||P||m)
3. Alice計算s^ = r + c·x
4. Alice將(R,s^)發送給Bob
5. Bob驗證s^·G = R + c·P
6. Bob選擇y,計算Y = y·G
7. Bob計算s = s^ + y
8. Bob廣播籤名(R,s)

原子交換過程如下:

1. Alice生成適配器籤名,將(R,s^)發送給Bob
2. Bob驗證適配器籤名
3. Bob生成自己的交易,廣播上鏈
4. Alice從Bob的交易中提取y
5. Alice計算s = s^ + y,廣播自己的交易

ECDSA適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名的步驟類似,主要區別在於籤名的計算方式不同:

s^ = r^(-1)(hash(m) + R_x·x)

原子交換過程與Schnorr類似。

問題與解決方案

隨機數問題

適配器籤名中存在隨機數泄露和重用的安全風險,可能導致私鑰泄露。解決方案是使用RFC 6979標準,通過確定性方式生成隨機數:

k = SHA256(sk, msg, counter)

跨鏈場景問題

1. UTXO與帳戶模型異構問題:比特幣使用UTXO模型,而以太坊使用帳戶模型,導致無法在以太坊上預籤名退款交易。解決方案是在以太坊端使用智能合約實現。

2. 相同曲線不同算法:如果兩條鏈使用相同曲線但籤名算法不同(如一個用ECDSA,一個用Schnorr),適配器籤名仍然是安全的。

3. 不同曲線: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,需要其他解決方案。

數字資產托管應用

適配器籤名可以實現非交互式的數字資產托管:

1. Alice和Bob創建2-of-2多重籤名輸出
2. Alice和Bob分別生成適配器籤名,並用托管方公鑰加密適配器
3. 發生爭議時,托管方可以解密適配器,幫助一方完成交易

這種方案無需托管方參與初始設置,具有非交互優勢。

可驗證加密是該方案的關鍵組件,主要有Purify和Juggling兩種實現方式。

總結

本文詳細介紹了適配器籤名的原理、存在的問題及解決方案,分析了其在跨鏈場景的應用挑戰,並探討了在數字資產托管中的擴展應用。適配器籤名爲跨鏈原子交換提供了一種高效、隱私友好的技術方案,有望在去中心化交易等場景發揮重要作用。