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。比特币与Layer2网络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。

本文重点介绍基于适配器签名的跨链原子交换技术。相比基于哈希时间锁(HTLC)的原子交换,适配器签名方案具有以下优势:

1. 取代了链上脚本,实现"隐形脚本"
2. 链上占用空间更小,费用更低
3. 交易无法链接,实现更好的隐私保护

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:

1. Alice选择随机数r,计算R = r·G
2. Alice计算c = Hash(R||P_A||m)
3. Alice计算s' = r + c·x_A + y
4. Alice将(R,s')发送给Bob

验证过程:

1. Bob计算c = Hash(R||P_A||m)
2. Bob验证s'·G = R + c·P_A + Y

最终签名: s = s' - y

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:

1. Alice选择随机数k,计算R = k·G
2. Alice计算r = R_x mod n
3. Alice计算s' = k^(-1)(Hash(m) + r·x_A + y) mod n
4. Alice将(r,s')发送给Bob

验证过程:

1. Bob计算u1 = Hash(m)·s'^(-1) mod n
2. Bob计算u2 = r·s'^(-1) mod n
3. Bob验证R' = u1·G + u2·P_A + Y

最终签名: s = s' - y

问题与解决方案

随机数问题与解决方案

适配器签名中存在随机数泄露和重用的安全隐患,可能导致私钥泄露。解决方案是使用RFC 6979,通过确定性方式生成随机数:

k = SHA256(sk, msg, counter)

跨链场景问题与解决方案

1. UTXO与账户模型系统异构问题:比特币采用UTXO模型,而以太坊等采用账户模型,导致无法预签退款交易。解决方案是在账户模型链上使用智能合约实现交换逻辑。

2. 相同曲线、不同算法的适配器签名是安全的。比如Bitcoin使用Schnorr签名,Bitlayer使用ECDSA签名,仍可安全使用适配器签名。

3. 不同曲线的适配器签名是不安全的,因为椭圆曲线群的阶不同。

数字资产托管应用

基于适配器签名可以实现非交互式的门限数字资产托管:

1. Alice和Bob创建2-of-2多重签名输出
2. Alice和Bob各自生成适配器签名,并加密适配器secret
3. 争议时托管方可解密secret并授权一方完成签名

可验证加密可通过Purify或Juggling方案实现。

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更高效、更安全的密码学工具。但在实际应用中仍需考虑随机数安全、系统异构等问题,并结合具体场景选择合适的解决方案。