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Layer2網路之間的跨鏈資產轉移頻率顯著增加。這一趨勢受到Layer2技術提供的更高可擴展性、更低交易費和高吞吐量的推動。這些進步促進了更高效、更經濟的交易，從而推動比特幣在各種應用中的更廣泛採用和集成。因此，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之間的跨鏈交易有三個典型方案: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、交易額度等方面各不相同，能滿足不同的應用需求。

本文主要介紹基於適配器籤名的跨鏈原子交換技術。相比基於哈希時間鎖的原子交換，適配器籤名方案具有以下優勢:

1. 取代了鏈上腳本,實現"隱形腳本"。

2. 鏈上佔用空間減少,交易費用更低。

3. 涉及的交易無法連結,實現更好的隱私保護。

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。

2. Alice計算預籤名s' = r + H(R,m,pk)*x。

3. Alice將(R,s')發送給Bob。

4. Bob驗證s'*G = R + H(R,m,pk)*pk。

5. Bob選擇y,計算Y = y*G,將Y發送給Alice。

6. Alice計算s = s' + y。

7. Bob驗證s*G = R + Y + H(R,m,pk)*pk。

8. Bob從s中提取y。

基於Schnorr適配器籤名的跨鏈原子交換流程:

1. Alice在鏈1上創建交易Tx1,將BTC發送給Bob。

2. Alice對Tx1進行預籤名,得到(R,s')。

3. Bob在鏈2上創建交易Tx2,將資產發送給Alice。

4. Bob選擇y,對Tx2進行籤名。

5. Alice驗證Tx2籤名,提取y。

6. Alice計算完整籤名s = s' + y,廣播Tx1。

7. Bob從Tx1中提取y,完成跨鏈交換。

ECDSA適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名的基本流程如下:

1. Alice生成隨機數k,計算R = k*G。

2. Alice計算s' = k^(-1)(H(m) + R_xx)。

3. Alice將(R,s')發送給Bob。

4. Bob驗證R = (H(m)*s'^(-1))G + (R_xs'^(-1))*pk。

5. Bob選擇y,計算Y = y*G,將Y發送給Alice。

6. Alice計算s = s' + y。

7. Bob驗證(s - y)*R = H(m)G + R_xpk。

8. Bob從s中提取y。

基於ECDSA適配器籤名的跨鏈原子交換流程類似Schnorr方案。

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隱患,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)

這確保了隨機數的唯一性和可重現性,同時避免了弱隨機數生成器的風險。

跨鏈場景問題與解決方案

1. UTXO與帳戶模型異構問題:比特幣使用UTXO模型,而以太坊等使用帳戶模型,導致無法預先籤名退款交易。解決方案是在帳戶模型鏈上使用智能合約實現原子交換邏輯。

2. 相同曲線、不同算法的情況下,適配器籤名仍然安全。例如一方使用Schnorr,另一方使用ECDSA。

3. 不同曲線的情況下,適配器籤名不安全,無法使用。

數字資產托管應用

基於適配器籤名可以實現非交互式的數字資產托管:

1. Alice和Bob創建2-of-2多重籤名輸出。

2. Alice和Bob分別生成預籤名和密文,發送給對方。

3. 雙方驗證後簽署並廣播funding交易。

4. 發生爭議時,可請求托管方解密獲得對方的祕密。

5. 獲得祕密後可完成適配器籤名,廣播結算交易。

該方案無需托管方參與初始化,具有非交互優勢。

總結

本文詳細介紹了基於Schnorr和ECDSA的適配器籤名原理及其在跨鏈原子交換中的應用。分析了隨機數安全問題和跨鏈場景中的異構問題,並給出了相應的解決方案。最後探討了適配器籤名在數字資產托管等場景的擴展應用。適配器籤名爲跨鏈互操作提供了一種高效、安全的技術方案,有望在未來得到更廣泛的應用。