适配器签名及其在跨链原子交换中的应用

随着比特币Layer2扩容方案的快速发展,比特币与其Layer2网络之间的跨链资产转移频率显著增加。这一趋势受到Layer2技术提供的更高可扩展性、更低交易费和高吞吐量的推动。这些进步促进了更高效、更经济的交易,从而推动比特币在各种应用中的更广泛采用和集成。因此,比特币与Layer2网络之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之间的跨链交易有三个典型方案,分别为中心化跨链交易、BitVM跨链桥和跨链原子交换。这三个技术在信任假设、安全性、便捷性、交易额度等方面各不相同,能满足不同的应用需求。

中心化跨链交易的优点在于速度快,撮合过程相对容易。然而,这种方法的安全性完全依赖于中心化机构的可靠性和信誉。如果中心化机构遭遇技术故障、恶意攻击、违约,则用户的资金面临较高的风险。此外,中心化跨链交易也可能泄漏用户隐私,需要用户在选择这种方法时慎重考虑。

BitVM跨链桥技术相对复杂。该技术引入了乐观挑战机制,所以技术相对复杂。此外,乐观挑战机制涉及大量的挑战与响应交易,交易费较高。因此,BitVM跨链桥仅适用于超大额交易,使用频率较低。

跨链原子交换是一种实现去中心化加密货币交易的合约。这意味着该技术是去中心化的、不受审查、具有较好的隐私保护、能实现高频跨链交易,从而在去中心化交易所中广泛应用。

跨链原子交换技术主要包括哈希时间锁和适配器签名。基于哈希时间锁(HTLC)的跨链原子交换存在用户隐私泄漏问题。基于适配器签名的跨链原子交换有3个优势:首先,适配器签名交换方案取代了"秘密哈希"交换所依赖的链上脚本,包括时间锁和哈希锁。其次,由于不涉及这样的脚本,链上占用空间减少,使得基于适配器签名的原子交换更轻量,费用更低。最后,适配器签名的原子交换中涉及的交易无法链接,实现隐私保护。

Schnorr/ECDSA适配器签名存在随机数安全问题,需要使用RFC 6979进行防范。RFC 6979指定了一种使用DSA和ECDSA生成确定性数字签名的方法,解决了与生成随机值k相关的安全问题。

在跨链场景中,需要考虑UTXO与账户模型系统异构问题。比特币采用UTXO模型,基于Secp256k1曲线实现原生的ECDSA签名。Bitlayer为EVM兼容Bitcoin L2链,采用Secp256k1曲线,支持原生的ECDSA签名。适配器签名实现了BTC交换所需的逻辑,而Bitlayer交换对应方则由以太坊智能合约的强大功能支撑。

如果Bitcoin和Bitlayer均使用Secp256k1曲线,但是Bitcoin使用Schnorr签名,而Bitlayer使用ECDSA,则基于Schnorr和ECDSA的适配器签名是可证明安全的。但是,如果Bitcoin使用Secp256k1曲线和ECDSA签名,而Bitlayer使用ed25519曲线和Schnorr签名,则不能使用适配器签名。

基于适配器签名可以实现非交互式门限数字资产托管,且在无需交互的情况下实例化门限支出策略的子集。该子集由2种参与者组成:参与初始化的参与者、不参与初始化的参与者,后者称为托管方。托管方不能签署任意交易,而只向支持的其中一方发送秘密。

可验证加密是实现非交互式数字资产托管的重要密码学原语。目前,有两种有前景的方式来基于Secp256k1离散对数做可验证加密,分别为Purify和Juggling。Purify最初是为了创建具有确定性nonce(DN)的MuSig协议而提出的。Juggling加密包括四个步骤:将离散对数切分、使用公钥对片段进行ElGamal加密、对每个片段创建范围证明、使用sigma协议证明加密的正确性。