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。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。

比特幣與Layer2之間的跨鏈交易有三個典型方案,分別爲中心化跨鏈交易、BitVM跨鏈橋和跨鏈原子交換。這三個技術在信任假設、安全性、便捷性、交易額度等方面各不相同,能滿足不同的應用需求。

中心化跨鏈交易的優點在於速度快,撮合過程相對容易。然而,這種方法的安全性完全依賴於中心化機構的可靠性和信譽。如果中心化機構遭遇技術故障、惡意攻擊、違約,則用戶的資金面臨較高的風險。此外,中心化跨鏈交易也可能泄露用戶隱私,需要用戶在選擇這種方法時慎重考慮。

BitVM跨鏈橋技術相對復雜。該技術引入了樂觀挑戰機制,所以技術相對復雜。此外,樂觀挑戰機制涉及大量的挑戰與響應交易,交易費較高。因此,BitVM跨鏈橋僅適用於超大額交易,使用頻率較低。

跨鏈原子交換是一種實現去中心化加密貨幣交易的合約。原子交換必須涉及兩方,而任何第三方不能中斷或幹擾交換過程。這意味着該技術是去中心化的、不受審查、具有較好的隱私保護、能實現高頻跨鏈交易,從而在去中心化交易所中廣泛應用。

跨鏈原子交換技術主要包括哈希時間鎖和適配器籤名。基於哈希時間鎖(HTLC)的跨鏈原子交換雖然是去中心化交換技術領域的重大突破,但存在隱私泄露問題。基於適配器籤名的跨鏈原子交換有三個優勢:取代了鏈上腳本,鏈上佔用空間減少,實現隱私保護。

本文首先介紹了Schnorr/ECDSA適配器籤名與跨鏈原子交換原理。然後,分析了適配器籤名中存在的隨機數安全問題和跨鏈場景中的系統異構和算法異構問題,並給出解決方案。最後,對適配器籤名進行擴展應用,實現非交互式數字資產托管。

在隨機數問題方面,Schnorr/ECDSA適配器籤名的預籤名均對隨機數進行承諾。如果隨機數泄漏或重用,則會導致私鑰泄漏。因此,應使用RFC 6979解決隨機數重用問題。RFC 6979通過從私鑰和待籤名消息中確定性地導出k,消除了生成隨機數的需求。

在跨鏈場景問題方面,需要考慮UTXO與帳戶模型系統異構問題。比特幣採用UTXO模型,基於Secp256k1曲線實現原生的ECDSA籤名。而Bitlayer爲EVM兼容Bitcoin L2鏈,採用帳戶模型。適配器籤名實現了BTC交換所需的邏輯,而Bitlayer交換對應方則由以太坊智能合約的功能支撐。此外,還需考慮相同曲線不同算法的情況,以及曲線不同時適配器籤名的安全性問題。

最後,本文介紹了基於適配器籤名的非交互式數字資產托管應用。該應用涉及買方、賣方和托管方三個參與者,能夠在無需交互的情況下實例化門限支出策略的子集。文章還簡要介紹了可驗證加密這一密碼學原語,包括Purify和Juggling兩種實現方式。

適配器籤名技術爲跨鏈原子交換提供了新的可能性,具有更好的隱私保護和更高的效率。然而,在實際應用中仍需考慮隨機數安全、系統異構等問題。未來研究可以進一步探索適配器籤名在更多跨鏈場景中的應用,以及如何優化其性能和安全性。