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，比特幣與其Layer2網路之間的跨鏈資產轉移頻率顯著增加。這一趨勢推動了更高效、更經濟的交易，促進了比特幣在各種應用中的更廣泛採用和集成。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。

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。這三種技術在信任假設、安全性、便捷性、交易額度等方面各有特點，能滿足不同的應用需求。

中心化跨鏈交易速度快、撮合過程相對容易，但安全性完全依賴中心化機構，存在較高風險。BitVM跨鏈橋引入了樂觀挑戰機制，技術相對復雜，交易費較高，僅適用於超大額交易。跨鏈原子交換是去中心化的、不受審查、具有較好的隱私保護，能實現高頻跨鏈交易，在去中心化交易所中廣泛應用。

跨鏈原子交換技術主要包括哈希時間鎖和適配器籤名。基於哈希時間鎖(HTLC)的原子交換是去中心化交換技術的重大突破，但存在隱私泄露問題。基於適配器籤名的原子交換取代了鏈上腳本，更輕量、費用更低，且能實現隱私保護。

本文主要介紹適配器籤名與跨鏈原子交換原理,分析其中存在的安全問題及解決方案,並探討其在數字資產托管等領域的擴展應用。

適配器籤名與跨鏈原子交換

Schnorr適配器籤名與原子交換

Schnorr適配器籤名的基本流程如下:

1. Alice生成隨機數r,計算R = r*G,向Bob發送R。

2. Bob選擇隨機數y,計算Y = y*G,向Alice發送Y。

3. Alice計算c = H(X,R+Y,m),s' = r + cx,將(R,s')發送給Bob。

4. Bob驗證s'G ?= R + cX。若驗證通過,Bob可以計算完整籤名s = s' + y。

5. Bob廣播交易(m,R+Y,s)。

6. Alice從廣播的交易中獲得s,計算y = s - s'。

通過這種方式,Alice和Bob可以實現跨鏈原子交換,保證交易的原子性。

ECDSA適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名的基本流程類似,主要區別在於籤名的計算方式:

1. Alice生成隨機數k,計算R = k*G,向Bob發送R。

2. Bob選擇隨機數y,計算Y = y*G,向Alice發送Y。

3. Alice計算r = R.x mod n, s' = k^(-1)(H(m) + rx) mod n,將(r,s')發送給Bob。

4. Bob驗證R ?= (H(m)/s' + r*X/s') mod n。若驗證通過,Bob可以計算完整籤名s = s'/(1-s'y) mod n。

5. Bob廣播交易(m,r,s)。

6. Alice從廣播的交易中獲得s,計算y = (s-s')/(s's) mod n。

ECDSA適配器籤名還需要零知識證明來保證安全性。

問題與解決方案

隨機數問題與解決方案

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規範,通過確定性方式生成隨機數:

k = SHA256(sk, msg, counter)

這確保了使用相同私鑰簽署相同消息時,籤名總是相同的,增強了可重現性和可預測性,同時避免了隨機數重用的安全隱患。

跨鏈場景問題與解決方案

在UTXO模型和帳戶模型異構系統間進行跨鏈原子交換時,由於帳戶模型無法預先籤名交易,需要使用智能合約來實現。這會犧牲一定的隱私性,但可以通過類似Tornado Cash的應用來提供隱私保護。

對於使用相同曲線但不同籤名算法的系統,適配器籤名仍然是安全的。但如果曲線不同,則不能直接使用適配器籤名進行跨鏈交換。

數字資產托管應用

適配器籤名可以用於實現非交互式的數字資產托管。主要流程如下:

1. Alice和Bob創建一個2-of-2 MuSig輸出的funding交易。

2. Alice和Bob分別生成適配器籤名,並用托管方公鑰加密adaptor secret。

3. Alice和Bob驗證對方的密文,然後簽署並廣播funding交易。

4. 發生爭議時,托管方可以解密密文並提供adaptor secret給勝訴方。

這種方案不需要托管方參與初始化過程,且無需公開合約內容,具有較好的隱私性和靈活性。

可驗證加密是實現這一方案的關鍵技術,目前主要有Purify和Juggling兩種實現方式。Purify基於零知識證明,而Juggling採用分片加密的方式。兩種方案各有優劣,可根據具體需求選擇。

總結

適配器籤名爲跨鏈原子交換提供了一種隱私保護和高效的解決方案。通過合理設計和使用RFC 6979等技術,可以有效規避隨機數相關的安全風險。在異構系統間應用時需要考慮模型差異和曲線兼容性。此外,適配器籤名還可以擴展應用於數字資產托管等場景,爲去中心化金融提供更多可能性。