適配器簽名及其在跨鏈原子交換中的應用

2024年8月06日 13:56

隨著BitcoinLayer2擴容方案的迅猛發展，Bitcoin與其Layer2網絡之間的跨鏈資產轉移逐漸增多。Layer2技術（如Bitlayer）為Bitcoin網絡帶來了更高的可擴展性、更低的交易費用和更高的吞吐量。這些進步促進了更高效、更經濟的交易，推動了Bitcoin在各類應用中的廣泛采納。因此，Bitcoin與Layer2網絡之間的互操作性成為crypto生態系統中的關鍵要素，為用戶提供了更多多樣化且強大的金融工具。

表1展示了Bitcoin與Layer2之間的三種典型跨鏈交易方案：中心化跨鏈交易、BitVM跨鏈橋和跨鏈原子交換。這些技術在信任假設、安全性、便捷性和交易額度等方面各有不同，可以滿足不同的應用需求。

中心化跨鏈交易

用戶將Bitcoin支付給中心化機構后，機構在Layer2網絡上將等值資產支付到用戶指定的地址，從而完成跨鏈資產轉移。雖然這種方法速度快且便捷，但其安全性完全依賴于中心化機構的可靠性和信譽。如果中心化機構出現技術故障或遭遇惡意攻擊，用戶的資金將面臨較高風險。此外，中心化跨鏈交易也可能泄露用戶隱私，因此用戶需謹慎選擇。

BitVM跨鏈橋

BitVM跨鏈橋技術較為復雜。在Peg-in階段，用戶將Bitcoin支付給BitVM聯盟控制的多簽地址，實現Bitcoin鎖定。在Layer2網絡中鑄造相應數量的通證，并用于Layer2交易。當用戶銷毀通證時，Operator會先行墊付，然后通過樂觀挑戰機制從BitVM聯盟控制的多簽池中報銷Bitcoin。這種機制通過允許任何第三方挑戰惡意行為來保障安全，但交易費較高，因此主要適用于超大額交易。

跨鏈原子交換

原子交換通過合約實現Decentralizationcrypto交易，其中“原子”表示資產所有權的變更意味著另一種資產所有權的變更。該技術自2013年首次提出后，直到2017年才由Decred和Litecoin實現成功。原子交換需要兩方參與且不受第三方干擾，因此具有Decentralization、隱私保護和高頻交易的優勢。原子交換技術包括哈希時間鎖（HTLC）和適配器簽名。

哈希時間鎖（HTLC）

HTLC技術允許兩個用戶進行有時間限制的crypto交易。接收者必須在規定時間內提供加密證明，否則資金將退還給發送者。然而，HTLC的交易數據均在鏈上進行，可能會導致用戶隱私泄露，因為觀察者可以通過相同哈希值來追蹤貨幣來源。

適配器簽名

適配器簽名技術基于Monero開發者Jol Gugger于2020年發表的論文。與HTLC相比，適配器簽名具有三個主要優勢：

替代了鏈上腳本（如時間鎖和哈希鎖），使得交易更輕量、費用更低。

沒有直接的秘密哈希，提高了隱私保護。

減少了鏈上占用空間。

適配器簽名中的安全問題與解決方案

隨機數安全問題

隨機數泄漏：適配器簽名依賴于隨機數進行私鑰承諾。若隨機數泄漏，私鑰可能被計算出來。因此，隨機數使用后應立即刪除。

隨機數重用：相同隨機數的重用可能導致私鑰泄漏。使用RFC 6979規范可以有效解決此問題，通過從私鑰和消息中確定性地生成隨機數，避免了隨機數泄漏風險。

跨鏈場景中的系統異構問題

UTXO與賬戶模型異構：Bitcoin采用UTXO模型，Bitlayer使用EVM兼容的賬戶模型。跨鏈原子交換中需要預先簽名的退款交易在Ethereum系統中可能導致無效。因此，需要設計隱私保護方案以適應不同模型的系統。

不同曲線的適配器簽名安全

相同曲線但不同算法：使用相同曲線（如Secp256k1）但不同簽名算法（如Schnorr與ECDSA）的適配器簽名是安全的。

不同曲線：使用不同曲線（如Secp256k1與ed25519）的適配器簽名可能存在安全風險，因為曲線的模系數不同導致適配簽名過程不兼容。

總結

適配器簽名技術在跨鏈原子交換中展示了其獨特的優勢，如減少鏈上腳本、降低交易費用和提升隱私保護。然而，其安全性仍需關注隨機數的管理和跨鏈場景中的系統兼容性問題。未來的研究和應用需要進一步解決這些挑戰，以實現更高效、更安全的跨鏈資產轉移。

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