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。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。

目前比特币与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。这些技术在信任假设、安全性、便捷性、交易额度等方面各有不同,能满足不同的应用需求。

跨链原子交换是一种去中心化、不受审查、具有较好隐私保护的高频跨链交易技术,在去中心化交易所中得到广泛应用。目前主要包括基于哈希时间锁(HTLC)和适配器签名两种实现方式。

与HTLC相比,基于适配器签名的原子交换有以下优势:

1. 取代了链上脚本,实现"隐形脚本"
2. 链上占用空间更小,费用更低
3. 交易无法链接,隐私性更好

本文主要介绍Schnorr/ECDSA适配器签名与跨链原子交换的原理,分析其中存在的问题并给出解决方案,最后探讨了适配器签名在数字资产托管中的应用。

适配器签名与跨链原子交换

Schnorr适配器签名与原子交换

Schnorr适配器签名包括以下步骤:

1. Alice选择随机数r,计算R = r·G
2. Alice计算c = H(R||P||m)
3. Alice计算s^ = r + c·x
4. Alice将(R,s^)发送给Bob
5. Bob验证s^·G = R + c·P
6. Bob选择y,计算Y = y·G
7. Bob计算s = s^ + y
8. Bob广播签名(R,s)

原子交换过程如下:

1. Alice生成适配器签名,将(R,s^)发送给Bob
2. Bob验证适配器签名
3. Bob生成自己的交易,广播上链
4. Alice从Bob的交易中提取y
5. Alice计算s = s^ + y,广播自己的交易

ECDSA适配器签名与原子交换

ECDSA适配器签名的步骤类似,主要区别在于签名的计算方式不同:

s^ = r^(-1)(hash(m) + R_x·x)

原子交换过程与Schnorr类似。

问题与解决方案

随机数问题

适配器签名中存在随机数泄露和重用的安全风险,可能导致私钥泄露。解决方案是使用RFC 6979标准,通过确定性方式生成随机数:

k = SHA256(sk, msg, counter)

跨链场景问题

1. UTXO与账户模型异构问题:比特币使用UTXO模型,而以太坊使用账户模型,导致无法在以太坊上预签名退款交易。解决方案是在以太坊端使用智能合约实现。

2. 相同曲线不同算法:如果两条链使用相同曲线但签名算法不同(如一个用ECDSA,一个用Schnorr),适配器签名仍然是安全的。

3. 不同曲线:如果两条链使用不同的椭圆曲线,则不能直接使用适配器签名,需要其他解决方案。

数字资产托管应用

适配器签名可以实现非交互式的数字资产托管:

1. Alice和Bob创建2-of-2多重签名输出
2. Alice和Bob分别生成适配器签名,并用托管方公钥加密适配器
3. 发生争议时,托管方可以解密适配器,帮助一方完成交易

这种方案无需托管方参与初始设置,具有非交互优势。

可验证加密是该方案的关键组件,主要有Purify和Juggling两种实现方式。

总结

本文详细介绍了适配器签名的原理、存在的问题及解决方案,分析了其在跨链场景的应用挑战,并探讨了在数字资产托管中的扩展应用。适配器签名为跨链原子交换提供了一种高效、隐私友好的技术方案,有望在去中心化交易等场景发挥重要作用。