适配器签名及其在跨链原子交换中的应用

2024年8月06日 13:56

随着BitcoinLayer2扩容方案的迅猛发展，Bitcoin与其Layer2网络之间的跨链资产转移逐渐增多。Layer2技术（如Bitlayer）为Bitcoin网络带来了更高的可扩展性、更低的交易费用和更高的吞吐量。这些进步促进了更高效、更经济的交易，推动了Bitcoin在各类应用中的广泛采纳。因此，Bitcoin与Layer2网络之间的互操作性成为crypto生态系统中的关键要素，为用户提供了更多多样化且强大的金融工具。

表1展示了Bitcoin与Layer2之间的三种典型跨链交易方案：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、便捷性和交易额度等方面各有不同，可以满足不同的应用需求。

中心化跨链交易

用户将Bitcoin支付给中心化机构后，机构在Layer2网络上将等值资产支付到用户指定的地址，从而完成跨链资产转移。虽然这种方法速度快且便捷，但其安全性完全依赖于中心化机构的可靠性和信誉。如果中心化机构出现技术故障或遭遇恶意攻击，用户的资金将面临较高风险。此外，中心化跨链交易也可能泄露用户隐私，因此用户需谨慎选择。

BitVM跨链桥

BitVM跨链桥技术较为复杂。在Peg-in阶段，用户将Bitcoin支付给BitVM联盟控制的多签地址，实现Bitcoin锁定。在Layer2网络中铸造相应数量的通证，并用于Layer2交易。当用户销毁通证时，Operator会先行垫付，然后通过乐观挑战机制从BitVM联盟控制的多签池中报销Bitcoin。这种机制通过允许任何第三方挑战恶意行为来保障安全，但交易费较高，因此主要适用于超大额交易。

跨链原子交换

原子交换通过合约实现Decentralizationcrypto交易，其中“原子”表示资产所有权的变更意味着另一种资产所有权的变更。该技术自2013年首次提出后，直到2017年才由Decred和Litecoin实现成功。原子交换需要两方参与且不受第三方干扰，因此具有Decentralization、隐私保护和高频交易的优势。原子交换技术包括哈希时间锁（HTLC）和适配器签名。

哈希时间锁（HTLC）

HTLC技术允许两个用户进行有时间限制的crypto交易。接收者必须在规定时间内提供加密证明，否则资金将退还给发送者。然而，HTLC的交易数据均在链上进行，可能会导致用户隐私泄露，因为观察者可以通过相同哈希值来追踪货币来源。

适配器签名

适配器签名技术基于Monero开发者Jol Gugger于2020年发表的论文。与HTLC相比，适配器签名具有三个主要优势：

替代了链上脚本（如时间锁和哈希锁），使得交易更轻量、费用更低。

没有直接的秘密哈希，提高了隐私保护。

减少了链上占用空间。

适配器签名中的安全问题与解决方案

随机数安全问题

随机数泄漏：适配器签名依赖于随机数进行私钥承诺。若随机数泄漏，私钥可能被计算出来。因此，随机数使用后应立即删除。

随机数重用：相同随机数的重用可能导致私钥泄漏。使用RFC 6979规范可以有效解决此问题，通过从私钥和消息中确定性地生成随机数，避免了随机数泄漏风险。

跨链场景中的系统异构问题

UTXO与账户模型异构：Bitcoin采用UTXO模型，Bitlayer使用EVM兼容的账户模型。跨链原子交换中需要预先签名的退款交易在Ethereum系统中可能导致无效。因此，需要设计隐私保护方案以适应不同模型的系统。

不同曲线的适配器签名安全

相同曲线但不同算法：使用相同曲线（如Secp256k1）但不同签名算法（如Schnorr与ECDSA）的适配器签名是安全的。

不同曲线：使用不同曲线（如Secp256k1与ed25519）的适配器签名可能存在安全风险，因为曲线的模系数不同导致适配签名过程不兼容。

总结

适配器签名技术在跨链原子交换中展示了其独特的优势，如减少链上脚本、降低交易费用和提升隐私保护。然而，其安全性仍需关注随机数的管理和跨链场景中的系统兼容性问题。未来的研究和应用需要进一步解决这些挑战，以实现更高效、更安全的跨链资产转移。

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