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，比特幣與其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、更低交易費用和高吞吐量的推動。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。

目前，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。這三種技術在信任假設、安全性、便捷性、交易額度等方面各有特點，能滿足不同的應用需求。

中心化跨鏈交易速度快、易於實現，但安全性完全依賴於中心化機構。BitVM跨鏈橋引入了樂觀挑戰機制，技術相對復雜，適用於超大額交易。跨鏈原子交換是去中心化的、無需信任第三方、具有較好隱私保護的技術，能實現高頻跨鏈交易，在去中心化交易所中應用廣泛。

本文重點介紹基於適配器籤名的跨鏈原子交換技術。適配器籤名是一種附加籤名,與初始籤名結合以顯示祕密數據,使雙方能夠同時向對方透露兩部分數據。與基於哈希時間鎖(HTLC)的原子交換相比,適配器籤名交換具有以下優勢:

1. 取代了鏈上腳本,實現了"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適配器籤名過程如下:

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計算預籤名s^ = r + hash(R,Y,m)·x
4. Alice將(R,s^,Y)發送給Bob
5. Bob驗證適配器籤名
6. Bob通過計算s = s^ + y獲得完整籤名

原子交換流程:

1. Alice創建TX1,將比特幣發送給Bob
2. Bob創建TX2,將代幣發送給Alice
3. Alice生成適配器籤名,發送給Bob
4. Bob驗證適配器籤名,廣播TX2
5. Alice獲得代幣後,公開y
6. Bob獲得完整籤名,廣播TX1完成交換

ECDSA適配器籤名與原子交換

ECDSA適配器籤名過程類似,主要區別在於:

1. 使用隨機數k而非r
2. 計算R = k^(-1)·G
3. 預籤名s^ = k^(-1)(hash(m) + x·R_x)
4. 完整籤名s = s^ + y

原子交換流程與Schnorr類似。

問題與解決方案

隨機數安全問題

適配器籤名中存在隨機數泄露和重用的風險,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(私鑰, 消息, 計數器)

這確保了隨機數的唯一性和可重現性,同時避免了隨機數生成器的安全風險。

跨鏈場景問題

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

2. 相同曲線不同算法:使用相同曲線(如Secp256k1)但不同籤名算法(如Schnorr和ECDSA)是安全的。

3. 不同曲線:如果使用不同的橢圓曲線(如Secp256k1和ed25519),適配器籤名將不安全。

數字資產托管應用

適配器籤名可用於實現非交互式的數字資產托管:

1. Alice和Bob創建2-of-2 MuSig輸出
2. 雙方交換預籤名和加密的適配器祕密
3. 發生爭議時,托管方可解密祕密給予一方
4. 獲得祕密的一方可完成籤名並廣播交易

這種方案無需托管方參與初始化,且不需公開合約內容,具有非交互優勢。

可驗證加密是該方案的關鍵技術,主要有Purify和Juggling兩種實現方式。

總結

本文詳細介紹了Schnorr/ECDSA適配器籤名在跨鏈原子交換中的應用,分析了相關安全問題及解決方案,探討了跨鏈場景下的系統異構問題,並介紹了基於適配器籤名的非交互式數字資產托管應用。適配器籤名爲跨鏈交易提供了一種去中心化、隱私保護的新選擇,有望在未來的區塊鏈互操作性中發揮重要作用。