アダプタ署名とそのクロスチェーン原子交換における応用

ビットコインLayer2拡張ソリューションの急速な発展に伴い、ビットコインとそのLayer2ネットワーク間のクロスチェーン資産移転頻度が著しく増加しています。この傾向は、より効率的で経済的な取引を促進し、ビットコインのさまざまなアプリケーションにおけるより広範な採用と統合を促しています。ビットコインとLayer2ネットワーク間の相互運用性は、暗号通貨エコシステムの重要な構成要素となり、革新を促進し、ユーザーにより多様で強力な金融ツールを提供しています。

ビットコインとLayer2間のクロスチェーン取引には主に3つのソリューションがあります: 中央集権型クロスチェーン取引、BitVMクロスチェーンブリッジ、そしてクロスチェーン原子交換です。この3つの技術は、信頼仮定、安全性、利便性、取引額などの面でそれぞれ特徴があり、異なるアプリケーションニーズに応えることができます。

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中央集権型クロスチェーン取引は速度が速く、マッチングプロセスは比較的容易ですが、安全性は完全に中央集権機関に依存しており、高いリスクがあります。BitVMクロスチェーンブリッジは楽観的チャレンジメカニズムを導入しており、技術的には比較的複雑で、取引手数料が高く、超大口取引にのみ適しています。クロスチェーン原子交換は分散型で、検閲を受けず、優れたプライバシー保護を備えており、高頻度のクロスチェーン取引を実現でき、分散型取引所で広く利用されています。

クロスチェーン原子交換技術は主にハッシュ時間ロックとアダプタ署名を含みます。ハッシュ時間ロック(HTLC)に基づく原子交換は、分散型交換技術の重大なブレークスルーですが、プライバシー漏洩の問題があります。アダプタ署名に基づく原子交換は、オンチェーンスクリプトに代わり、より軽量でコストが低く、プライバシー保護を実現できます。

本文はアダプタ署名とクロスチェーン原子交換の原理について説明し、その中に存在するセキュリティ問題と解決策を分析し、デジタル資産の保管などの分野における拡張アプリケーションについて検討します。

アダプタ署名とクロスチェーン原子交換

Schnorr アダプターの署名とアトミック・スワップ

Schnorrアダプタ署名の基本的な流れは以下の通りです:

1. アリスはランダム数rを生成し、R = r*Gを計算してボブにRを送信します。

2. ボブはランダムな数yを選択し、Y = y*Gを計算してアリスにYを送信します。

3. アリスはc = H(X,R+Y,m),s' = r + cxを計算し、(R,s')をボブに送信します。

4. Bobはs'G ?= R + cXを検証します。検証が通れば、Bobは完全な署名s = s' + yを計算できます。

5.ボブ放送トレーディング(m、R + Y、s)。

6. アリスはブロードキャストされた取引からsを取得し、y = s - s'を計算します。

この方法を通じて、アリスとボブはクロスチェーン原子交換を実現し、取引の原子性を保証することができます。

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ECDSA アダプタ署名と Atomic Swap

ECDSAアダプタ署名の基本的な流れは似ていますが、主な違いは署名の計算方法です。

1. アリスはランダムな数kを生成し、R = k*Gを計算してボブにRを送信します。

2. ボブはランダムな数yを選び、Y = y*Gを計算してアリスにYを送信します。

3. アリスは r = R.x mod n、s' = k^(-1)(H(m) + rx) mod n を計算し、(r,s')をボブに送信します。

4. ボブは、R ?= (H(m)/s' + r*X/s') mod n であることを確認します。 検証が成功した場合、ボブは完全な署名 s = s'/(1-s'y) mod n を計算できます。

5. ボブがトランザクション(m,r,s)をブロードキャストしました。

6. アリスは放送された取引からsを取得し、y = (s-s')/(s's) mod nを計算します。

ECDSAアダプター署名には安全性を保証するためにゼロ知識証明が必要です。

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問題と解決策

ランダム数問題と解決策

アダプタ署名には、ランダム数の漏洩と再利用によるセキュリティリスクが存在し、これにより秘密鍵が漏洩する可能性があります。解決策はRFC 6979仕様を使用し、決定論的にランダム数を生成することです:

k = SHA256(sk、msg、counter)

これにより、同じ秘密鍵を使用して同じメッセージに署名する際、署名が常に同じであることが保証され、再現性と予測可能性が強化され、同時に乱数の再利用によるセキュリティリスクが回避されます。

クロスチェーン場面の問題と解決策

UTXOモデルとアカウントモデルの異種システム間でクロスチェーン原子交換を行う際、アカウントモデルが事前に取引を署名できないため、スマートコントラクトを使用して実現する必要があります。これにより一定のプライバシーが犠牲になりますが、Tornado Cashのようなアプリケーションを通じてプライバシー保護を提供することができます。

同じ曲線を使用しているが異なる署名アルゴリズムを持つシステムにおいて、アダプタ署名は依然として安全です。しかし、曲線が異なる場合は、アダプタ署名を直接使用してクロスチェーン交換を行うことはできません。

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デジタル資産保管アプリ

アダプタ署名は、非対話型デジタル資産の保管を実現するために使用できます。主なプロセスは以下の通りです:

1. アリスとボブは2-of-2 MuSig出力のファンディング取引を作成します。

2. アリスとボブはそれぞれアダプター署名を生成し、エスクローの公開鍵でアダプターシークレットを暗号化します。

3. アリスとボブはお互いの暗号文を検証し、その後、資金取引に署名して放送します。

4. 争議が発生した場合、保管者は暗号文を復号化し、勝訴した側にアダプターシークレットを提供できます。

この方案は、ホスティングプロバイダーが初期化プロセスに参加する必要がなく、契約内容を公開する必要もなく、優れたプライバシー性と柔軟性を持っています。

検証可能な暗号化は、このソリューションを実現するための重要な技術であり、現在主にPurifyとJugglingの2つの実装方法があります。Purifyはゼロ知識証明に基づいており、Jugglingはシャーディング暗号化の方式を採用しています。2つのソリューションにはそれぞれの利点と欠点があり、具体的なニーズに応じて選択できます。

! 解析ビットコインおよびレイヤー2資産クロスチェーン技術

! ビットコインおよびレイヤー2資産のクロスチェーンテクノロジーの解析

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まとめ

アダプタ署名はクロスチェーン原子交換にプライバシー保護と効率的なソリューションを提供します。合理的な設計とRFC 6979などの技術を使用することで、乱数に関連するセキュリティリスクを効果的に回避できます。異種システム間での適用時には、モデルの違いと曲線の互換性を考慮する必要があります。さらに、アダプタ署名はデジタル資産の保管などのシーンにも応用を拡張でき、分散型金融にさらなる可能性を提供します。