适配器签名及其在跨链原子交换中的应用

随着比特币Layer2扩容方案的快速发展,比特币与Layer2网络之间的跨链资产转移频率显著增加。这一趋势受到Layer2技术提供的更高可扩展性、更低交易费和高吞吐量的推动。这些进步促进了更高效、更经济的交易,从而推动比特币在各种应用中的更广泛采用和集成。因此,比特币与Layer2网络之间的互操作性正成为加密货币生态系统的关键组成部分,推动创新并为用户提供更多样化和强大的金融工具。

比特币与Layer2之间的跨链交易有三个典型方案,分别为中心化跨链交易、BitVM跨链桥和跨链原子交换。这三个技术在信任假设、安全性、便捷性、交易额度等方面各不相同,能满足不同的应用需求。

中心化跨链交易的优点在于速度快,撮合过程相对容易。然而,这种方法的安全性完全依赖于中心化机构的可靠性和信誉。如果中心化机构遭遇技术故障、恶意攻击、违约,则用户的资金面临较高的风险。此外,中心化跨链交易也可能泄露用户隐私,需要用户在选择这种方法时慎重考虑。

BitVM跨链桥技术相对复杂。该技术引入了乐观挑战机制,所以技术相对复杂。此外,乐观挑战机制涉及大量的挑战与响应交易,交易费较高。因此,BitVM跨链桥仅适用于超大额交易,使用频率较低。

跨链原子交换是一种实现去中心化加密货币交易的合约。原子交换必须涉及两方,而任何第三方不能中断或干扰交换过程。这意味着该技术是去中心化的、不受审查、具有较好的隐私保护、能实现高频跨链交易,从而在去中心化交易所中广泛应用。

跨链原子交换技术主要包括哈希时间锁和适配器签名。基于哈希时间锁(HTLC)的跨链原子交换虽然是去中心化交换技术领域的重大突破,但存在隐私泄露问题。基于适配器签名的跨链原子交换有三个优势:取代了链上脚本,链上占用空间减少,实现隐私保护。

本文首先介绍了Schnorr/ECDSA适配器签名与跨链原子交换原理。然后,分析了适配器签名中存在的随机数安全问题和跨链场景中的系统异构和算法异构问题,并给出解决方案。最后,对适配器签名进行扩展应用,实现非交互式数字资产托管。

在随机数问题方面,Schnorr/ECDSA适配器签名的预签名均对随机数进行承诺。如果随机数泄漏或重用,则会导致私钥泄漏。因此,应使用RFC 6979解决随机数重用问题。RFC 6979通过从私钥和待签名消息中确定性地导出k,消除了生成随机数的需求。

在跨链场景问题方面,需要考虑UTXO与账户模型系统异构问题。比特币采用UTXO模型,基于Secp256k1曲线实现原生的ECDSA签名。而Bitlayer为EVM兼容Bitcoin L2链,采用账户模型。适配器签名实现了BTC交换所需的逻辑,而Bitlayer交换对应方则由以太坊智能合约的功能支撑。此外,还需考虑相同曲线不同算法的情况,以及曲线不同时适配器签名的安全性问题。

最后,本文介绍了基于适配器签名的非交互式数字资产托管应用。该应用涉及买方、卖方和托管方三个参与者,能够在无需交互的情况下实例化门限支出策略的子集。文章还简要介绍了可验证加密这一密码学原语,包括Purify和Juggling两种实现方式。

适配器签名技术为跨链原子交换提供了新的可能性,具有更好的隐私保护和更高的效率。然而,在实际应用中仍需考虑随机数安全、系统异构等问题。未来研究可以进一步探索适配器签名在更多跨链场景中的应用,以及如何优化其性能和安全性。