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活动截止于7月25日 24:00 UTC+8
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适配器签名助力跨链原子交换:BTC与Layer2交互新范式
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之间的跨链交易主要有三种方案:中心化跨链交易、BitVM跨链桥和跨链原子交换。这些技术在信任假设、安全性、便捷性、交易额度等方面各有不同,能满足不同的应用需求。
中心化跨链交易速度快、撮合容易,但安全性完全依赖中心化机构,存在风险。BitVM跨链桥引入了乐观挑战机制,技术复杂且交易费较高,仅适用于超大额交易。跨链原子交换是去中心化的、不受审查、具有较好隐私保护的技术,能实现高频跨链交易,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基于哈希时间锁(HTLC)和基于适配器签名两种。HTLC原子交换存在隐私泄露问题。基于适配器签名的原子交换取代了链上脚本,降低了链上占用空间,实现了交易的不可链接性,从而保护了隐私。
本文将介绍Schnorr/ECDSA适配器签名与跨链原子交换原理,分析其中存在的随机数安全问题和跨链场景中的系统异构问题,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。
适配器签名与跨链原子交换
Schnorr适配器签名与原子交换
Schnorr适配器签名的预签名过程如下:
Bob验证预签名的过程如下:
Alice适配签名的过程如下:
Bob验证适配签名的过程如下:
基于Schnorr适配器签名的原子交换过程如下:
ECDSA适配器签名与原子交换
ECDSA适配器签名的预签名过程如下:
Bob验证预签名的过程如下:
Alice适配签名的过程如下:
Bob验证适配签名的过程如下:
基于ECDSA适配器签名的原子交换过程与Schnorr类似。
ECDSA适配器签名还需要一个零知识证明$\mathsf{zk}{r|\hat{R}=r\cdot G,R=r\cdot Y}$来证明$R$和$\hat{R}$使用了相同的随机数$r$。该证明过程如下:
问题与解决方案
随机数问题与解决方案
Schnorr/ECDSA适配器签名存在随机数泄露和重用的安全问题:
解决方案是使用RFC 6979标准,通过确定性方法从私钥和消息中导出随机数$k$:
$k = \mathsf{SHA256}(sk, msg, counter)$
这确保了使用相同私钥签署相同消息时,签名总是相同的,增强了可重现性和安全性。
跨链场景问题与解决方案
在UTXO模型(如比特币)和账户模型(如以太坊)之间进行跨链交换时,存在系统异构问题。解决方案是在账户模型链上使用智能合约来实现原子交换逻辑。
当两条链使用相同曲线但不同签名算法时(如一条使用ECDSA,另一条使用Schnorr),适配器签名仍然是安全的。
但如果两条链使用不同的椭圆曲线,则不能直接使用适配器签名进行跨链交换。
数字资产托管应用
适配器签名可以用于实现非交互式的数字资产托管。具体过程如下:
这种方案不需要托管方参与初始化,也不需要公开合约内容,具有非交互性优势。
可验证加密是这一方案的关键组成部分。目前有两种基于Secp256k1的可验证加密方案:Purify和Juggling。Purify基于零知识证明,而Juggling采用分片加密的方法。两种方案在性能上差异不大。
总结
本文详细介绍了Schnorr/ECDSA适配器签名及其在跨链原子交换中的应用,分析了其中的安全问题和跨链场景的挑战,并给出了相应的解决方案。同时探讨了适配器签名在数字资产托管等领域的扩展应用。适配器签名为去中心化跨链交易提供了一种高效、安全、隐私保护的技术方案,有望在未来区块链互操作性中发挥重要作用。