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

ビットコインの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Layer2ネットワーク間のクロスチェーン資産移転の頻度が著しく増加しています。この傾向は、Layer2技術が提供するより高いスケーラビリティ、より低い取引手数料、そして高いスループットによって推進されています。これらの進展は、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推し進めています。したがって、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、イノベーションを推進し、ユーザーに多様で強力な金融ツールを提供しています。

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ビットコインとLayer2間のクロスチェーン取引には、3つの典型的な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、クロスチェーンアトミックスワップです。これら3つの技術は、信頼の仮定、安全性、利便性、取引額などの点で異なり、さまざまなアプリケーションのニーズに応えています。

本文は、アダプタ署名に基づくクロスチェーン原子交換技術について説明します。ハッシュタイムロックに基づく原子交換と比較して、アダプタ署名スキームには以下の利点があります:

1. チェーン上のスクリプトを置き換え、"インビジブルスクリプト"を実現しました。

2. チェーン上の占有スペースが減少し、取引手数料がより低くなります。

3. 関連する取引がリンクできず、より良いプライバシー保護を実現します。

アダプター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プロセスは以下の通りです:

1. アリスはランダム数rを生成し、R = r*Gを計算します。

2. アリスは予署名s' = r + H(R,m,pk)*xを計算します。

3. アリスは(R,s')をボブに送ります。

4. ボブは s'*G = R+H(R,m,pk)*pk を確認します。

5. ボブはyを選択し、Y = y*Gを計算し、Yをアリスに送信します。

6. アリスはs = s' + yを計算します。

7.ボブは、s * G = R + Y + H(R、m、pk) * pkを確認します。

8. Bobはsからyを抽出します。

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Schnorrアダプタ署名に基づくクロスチェーン原子交換プロセス:

1. アリスはチェーン1で取引Tx1を作成し、ボブにBTCを送信します。

2. アリスはTx1を事前署名し、(R,s')を得る。

3. Bobはチェーン2で取引Tx2を作成し、資産をAliceに送ります。

4. ボブはyを選択し、Tx2に署名します。

5. アリスはTx2の署名を検証し、yを抽出します。

6. アリスは完全な署名s = s' + yを計算し、Tx1をブロードキャストします。

7. BobはTx1からyを抽出し、クロスチェーン交換を完了しました。

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以下の通りです:

1. アリスはランダムな数kを生成し、R = k*Gを計算します。

2. アリスは s' = k^(-1)(H(m) + R_xx) を計算します。

3. アリスは(R,s')をボブに送信します。

4. ボブは R = (H(m)*s'^(-1))G + (R_xs'^(-1))*pk を検証します。

5. ボブはyを選択し、Y = y*Gを計算し、Yをアリスに送信します。

6. アリスはs = s' + yを計算します。

7. ボブは(s - y)*R = H(m)G + R_xpkを検証します。

8. ボブはsからyを抽出します。

ECDSAアダプタ署名に基づくクロスチェーン原子交換プロセスは、Schnorrスキームに似ています。

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問題と解決策

ランダム数の問題と解決策

アダプタ署名にはランダム数の漏洩と再利用のセキュリティリスクが存在し、秘密鍵の漏洩を引き起こす可能性があります。解決策はRFC 6979規格を使用し、決定論的な方法でランダム数を生成することです:

k = SHA256(sk、msg、counter)

これにより、乱数の一意性と再現性が確保され、同時に弱い乱数生成器のリスクが回避されます。

クロスチェーンシーンの問題と解決策

1. UTXOとアカウントモデルの非互換性の問題: ビットコインはUTXOモデルを使用し、イーサリアムなどはアカウントモデルを使用しているため、事前に署名された返金トランザクションが不可能です。解決策は、アカウントモデルチェーン上でスマートコントラクトを使用して原子交換ロジックを実現することです。

2. 同じ曲線、異なるアルゴリズムの場合、アダプター署名は依然として安全です。例えば、一方がSchnorrを使用し、もう一方がECDSAを使用する場合です。

3. 異なる曲線の場合、アダプタ署名は安全でなく、使用できません。

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デジタル資産保管アプリ

アダプタ署名に基づいて、非対話型のデジタル資産の保管が実現できます:

1. アリスとボブは2-of-2マルチシグネチャ出力を作成します。

2. アリスとボブはそれぞれプリサインと暗号文を生成し、お互いに送信します。

3. 双方が確認後、funding取引に署名し、ブロードキャストします。

4. 争議が発生した場合、保管者に対して相手の秘密を解読するように請求することができます。

5. 秘密を取得した後、アダプターの署名を完了し、決済トランザクションをブロードキャストします。

このソリューションは、ホスティングプロバイダーの参加なしで初期化でき、非対話型の利点があります。

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まとめ

本稿では、SchnorrおよびECDSAに基づくアダプタ署名の原理と、そのクロスチェーン原子交換における応用について詳しく説明します。ランダム数の安全性の問題やクロスチェーンシナリオにおける異種問題を分析し、それに対する対応策を示します。最後に、デジタル資産の保管などのシーンにおけるアダプタ署名の拡張的な応用について探討します。アダプタ署名はクロスチェーン相互運用性のための高効率かつ安全な技術的ソリューションを提供し、将来的により広範な応用が期待されます。

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