适配器签名及其在跨链原子交换中的应用

随着比特币Layer2扩容技术的快速发展，比特币与其Layer2网络之间的跨链资产转移日益频繁。目前主要有三种跨链交易技术:中心化跨链交易、BitVM跨链桥和跨链原子交换。其中，跨链原子交换技术具有去中心化、隐私保护和高频交易等优势,在去中心化交易所中得到广泛应用。

跨链原子交换主要包括基于哈希时间锁(HTLC)和基于适配器签名两种方案。相比HTLC,适配器签名方案具有更好的隐私性、更低的链上占用和交易费用。

本文首先介绍了Schnorr和ECDSA适配器签名的原理及其在跨链原子交换中的应用。然后分析了适配器签名中存在的随机数安全问题,以及跨链场景中的系统异构和算法异构问题,并提出了相应的解决方案。最后探讨了适配器签名在非交互式数字资产托管中的扩展应用。

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计算适配器点Y = y·G
3. Alice计算c = H(X,R,m)
4. Alice计算s^ = r + cx
5. Alice将(R,s^,Y)发送给Bob
6. Bob验证 s^·G ?= R + c·X + Y
7. Bob计算s = s^ + y
8. Bob广播(R,s)完成签名

在跨链原子交换中,Alice和Bob可利用适配器签名实现资产的原子交换。

ECDSA适配器签名与原子交换

ECDSA适配器签名的流程类似,主要区别在于签名等式的形式不同:

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

其中k为随机数,r为R的x坐标。

问题与解决方案

随机数问题

适配器签名中存在随机数泄露和重用导致私钥泄露的风险。解决方案是使用RFC 6979规范,通过确定性方法从私钥和消息导出随机数。

跨链场景问题

1. UTXO与账户模型异构:比特币采用UTXO模型,Layer2多采用账户模型,需要通过智能合约实现原子交换。

2. 相同曲线不同算法:如比特币使用Schnorr签名,Layer2使用ECDSA,可以证明适配器签名仍然安全。

3. 不同曲线:如比特币使用secp256k1,Layer2使用ed25519,则不能使用适配器签名。

数字资产托管应用

适配器签名可用于实现非交互式的2-of-3数字资产托管,其中包含买方、卖方和托管方。具体流程如下:

1. 创建2-of-2 MuSig输出的funding交易
2. 买卖双方交换适配器签名和密文
3. 验证后签名并广播funding交易
4. 发生争议时,托管方可解密密文并提供适配器secret

这种方案无需托管方参与初始化,也无需公开合约内容,具有非交互优势。

可验证加密是实现上述方案的关键技术,目前有Purify和Juggling两种可行方案。

总之,适配器签名为跨链原子交换和数字资产托管等应用提供了强大的密码学工具,但在实际应用中仍需注意随机数安全和系统兼容性等问题。