適配器籤名及其在跨鏈原子交換中的應用

隨着比特幣Layer2擴容技術的快速發展，比特幣與其Layer2網路之間的跨鏈資產轉移日益頻繁。目前主要有三種跨鏈交易技術:中心化跨鏈交易、BitVM跨鏈橋和跨鏈原子交換。其中，跨鏈原子交換技術具有去中心化、隱私保護和高頻交易等優勢,在去中心化交易所中得到廣泛應用。

跨鏈原子交換主要包括基於哈希時間鎖(HTLC)和基於適配器籤名兩種方案。相比HTLC,適配器籤名方案具有更好的隱私性、更低的鏈上佔用和交易費用。

本文首先介紹了Schnorr和ECDSA適配器籤名的原理及其在跨鏈原子交換中的應用。然後分析了適配器籤名中存在的隨機數安全問題,以及跨鏈場景中的系統異構和算法異構問題,並提出了相應的解決方案。最後探討了適配器籤名在非交互式數字資產托管中的擴展應用。

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
2. Alice計算適配器點Y = y·G
3. Alice計算c = H(X,R,m)
4. Alice計算s^ = r + cx
5. Alice將(R,s^,Y)發送給Bob
6. Bob驗證 s^·G ?= R + c·X + Y
7. Bob計算s = s^ + y
8. Bob廣播(R,s)完成籤名

在跨鏈原子交換中,Alice和Bob可利用適配器籤名實現資產的原子交換。

ECDSA適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名的流程類似,主要區別在於籤名等式的形式不同:

s = k^(-1)(H(m) + rx)

其中k爲隨機數,r爲R的x坐標。

問題與解決方案

隨機數問題

適配器籤名中存在隨機數泄露和重用導致私鑰泄露的風險。解決方案是使用RFC 6979規範,通過確定性方法從私鑰和消息導出隨機數。

跨鏈場景問題

1. UTXO與帳戶模型異構:比特幣採用UTXO模型,Layer2多採用帳戶模型,需要通過智能合約實現原子交換。

2. 相同曲線不同算法:如比特幣使用Schnorr籤名,Layer2使用ECDSA,可以證明適配器籤名仍然安全。

3. 不同曲線:如比特幣使用secp256k1,Layer2使用ed25519,則不能使用適配器籤名。

數字資產托管應用

適配器籤名可用於實現非交互式的2-of-3數字資產托管,其中包含買方、賣方和托管方。具體流程如下:

1. 創建2-of-2 MuSig輸出的funding交易
2. 買賣雙方交換適配器籤名和密文
3. 驗證後籤名並廣播funding交易
4. 發生爭議時,托管方可解密密文並提供適配器secret

這種方案無需托管方參與初始化,也無需公開合約內容,具有非交互優勢。

可驗證加密是實現上述方案的關鍵技術,目前有Purify和Juggling兩種可行方案。

總之,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強大的密碼學工具,但在實際應用中仍需注意隨機數安全和系統兼容性等問題。