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。这些进步促进了更高效、更经济的交易，从而推动比特币在各种应用中的更广泛采用和集成。因此，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。

比特币与Layer2之间的跨链交易有三个典型方案:中心化跨链交易、BitVM跨链桥和跨链原子交换。这三种技术在信任假设、安全性、便捷性、交易额度等方面各不相同，能满足不同的应用需求。

本文主要介绍基于适配器签名的跨链原子交换技术。相比基于哈希时间锁的原子交换，适配器签名方案具有以下优势:

1. 取代了链上脚本,实现"隐形脚本"。

2. 链上占用空间减少,交易费用更低。

3. 涉及的交易无法链接,实现更好的隐私保护。

适配器签名与跨链原子交换

Schnorr适配器签名与原子交换

Schnorr适配器签名的基本流程如下:

1. Alice生成随机数r,计算R = r*G。

2. Alice计算预签名s' = r + H(R,m,pk)*x。

3. Alice将(R,s')发送给Bob。

4. Bob验证s'*G = R + H(R,m,pk)*pk。

5. Bob选择y,计算Y = y*G,将Y发送给Alice。

6. Alice计算s = s' + y。

7. Bob验证s*G = R + Y + H(R,m,pk)*pk。

8. Bob从s中提取y。

基于Schnorr适配器签名的跨链原子交换流程:

1. Alice在链1上创建交易Tx1,将BTC发送给Bob。

2. Alice对Tx1进行预签名,得到(R,s')。

3. Bob在链2上创建交易Tx2,将资产发送给Alice。

4. Bob选择y,对Tx2进行签名。

5. Alice验证Tx2签名,提取y。

6. Alice计算完整签名s = s' + y,广播Tx1。

7. Bob从Tx1中提取y,完成跨链交换。

ECDSA适配器签名与原子交换

ECDSA适配器签名的基本流程如下:

1. Alice生成随机数k,计算R = k*G。

2. Alice计算s' = k^(-1)(H(m) + R_xx)。

3. Alice将(R,s')发送给Bob。

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

5. Bob选择y,计算Y = y*G,将Y发送给Alice。

6. Alice计算s = s' + y。

7. Bob验证(s - y)*R = H(m)G + R_xpk。

8. Bob从s中提取y。

基于ECDSA适配器签名的跨链原子交换流程类似Schnorr方案。

问题与解决方案

随机数问题与解决方案

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

k = SHA256(sk, msg, counter)

这确保了随机数的唯一性和可重现性,同时避免了弱随机数生成器的风险。

跨链场景问题与解决方案

1. UTXO与账户模型异构问题:比特币使用UTXO模型,而以太坊等使用账户模型,导致无法预先签名退款交易。解决方案是在账户模型链上使用智能合约实现原子交换逻辑。

2. 相同曲线、不同算法的情况下,适配器签名仍然安全。例如一方使用Schnorr,另一方使用ECDSA。

3. 不同曲线的情况下,适配器签名不安全,无法使用。

数字资产托管应用

基于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分别生成预签名和密文,发送给对方。

3. 双方验证后签署并广播funding交易。

4. 发生争议时,可请求托管方解密获得对方的秘密。

5. 获得秘密后可完成适配器签名,广播结算交易。

该方案无需托管方参与初始化,具有非交互优势。

总结

本文详细介绍了基于Schnorr和ECDSA的适配器签名原理及其在跨链原子交换中的应用。分析了随机数安全问题和跨链场景中的异构问题,并给出了相应的解决方案。最后探讨了适配器签名在数字资产托管等场景的扩展应用。适配器签名为跨链互操作提供了一种高效、安全的技术方案,有望在未来得到更广泛的应用。