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。比特幣與Layer2網路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。這些技術在信任假設、安全性、便捷性、交易額度等方面各有不同,能滿足不同的應用需求。

本文重點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(HTLC)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. 鏈上佔用空間更小,費用更低
3. 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適配器籤名的預籤名過程如下:

1. Alice選擇隨機數r,計算R = r·G
2. Alice計算c = Hash(R||P_A||m)
3. Alice計算s' = r + c·x_A + y
4. Alice將(R,s')發送給Bob

驗證過程:

1. Bob計算c = Hash(R||P_A||m)
2. Bob驗證s'·G = R + c·P_A + Y

最終籤名: s = s' - y

ECDSA適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名的預籤名過程如下:

1. Alice選擇隨機數k,計算R = k·G
2. Alice計算r = R_x mod n
3. Alice計算s' = k^(-1)(Hash(m) + r·x_A + y) mod n
4. Alice將(r,s')發送給Bob

驗證過程:

1. Bob計算u1 = Hash(m)·s'^(-1) mod n
2. Bob計算u2 = r·s'^(-1) mod n
3. Bob驗證R' = u1·G + u2·P_A + Y

最終籤名: s = s' - y

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,通過確定性方式生成隨機數:

k = SHA256(sk, msg, counter)

跨鏈場景問題與解決方案

1. UTXO與帳戶模型系統異構問題:比特幣採用UTXO模型,而以太坊等採用帳戶模型,導致無法預籤退款交易。解決方案是在帳戶模型鏈上使用智能合約實現交換邏輯。

2. 相同曲線、不同算法的適配器籤名是安全的。比如Bitcoin使用Schnorr籤名,Bitlayer使用ECDSA籤名,仍可安全使用適配器籤名。

3. 不同曲線的適配器籤名是不安全的,因爲橢圓曲線羣的階不同。

數字資產托管應用

基於適配器籤名可以實現非交互式的門限數字資產托管:

1. Alice和Bob創建2-of-2多重籤名輸出
2. Alice和Bob各自生成適配器籤名,並加密適配器secret
3. 爭議時托管方可解密secret並授權一方完成籤名

可驗證加密可通過Purify或Juggling方案實現。

適配器籤名爲跨鏈原子交換和數字資產托管等應用提供了更高效、更安全的密碼學工具。但在實際應用中仍需考慮隨機數安全、系統異構等問題,並結合具體場景選擇合適的解決方案。