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，比特币与其Layer2网络之间的跨链资产转移频率显著增加。这一趋势促进了比特币在各种应用中的更广泛采用和集成。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，并为用户提供更多多样化和强大的金融工具。

目前，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优缺点，能满足不同的应用需求。

跨链原子交换是一种去中心化的、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得到广泛应用。目前跨链原子交换主要基于哈希时间锁(HTLC)和适配器签名两种技术实现。

本文重点介绍了基于适配器签名的跨链原子交换技术。适配器签名是一种附加签名，能够同时向双方透露两部分数据，是实现无脚本原子交换的关键技术。相比HTLC，适配器签名具有占用空间小、费用低、隐私性好等优势。

文章首先详细阐述了Schnorr和ECDSA两种适配器签名的原理及其在跨链原子交换中的应用。然后分析了适配器签名中存在的随机数安全问题,以及跨链场景中的系统异构和算法异构问题,并给出了相应的解决方案。最后探讨了适配器签名在非交互式数字资产托管中的扩展应用。

适配器签名与跨链原子交换

Schnorr适配器签名与原子交换

Schnorr适配器签名的基本原理是在原始Schnorr签名的基础上引入一个适配器y,使得只有知道y的一方才能完成最终签名。在跨链原子交换中,双方可以通过交换各自的适配器y来实现资产的原子交换。

ECDSA适配器签名与原子交换

ECDSA适配器签名的原理与Schnorr类似,但由于ECDSA签名的特殊结构,需要引入零知识证明来保证安全性。在跨链交换中的应用流程与Schnorr适配器签名基本一致。

问题与解决方案

随机数问题与解决方案

适配器签名中随机数的泄露或重用都可能导致私钥泄露。为解决这一问题,可以采用RFC 6979规范,通过确定性方式从私钥和消息中导出随机数。

跨链场景问题与解决方案

在UTXO模型和账户模型的异构系统间进行原子交换时,需要通过智能合约来实现退款交易的预签名。

对于使用相同曲线但不同签名算法的系统,适配器签名仍然是安全的。但如果曲线不同,则不能直接使用适配器签名进行原子交换。

数字资产托管应用

适配器签名可以扩展应用于非交互式的数字资产托管。通过引入托管方,可以在Alice和Bob之间实现2-of-3的托管交易,无需托管方参与初始设置。

可验证加密是实现非交互式资产托管的关键技术。目前主要有Purify和Juggling两种可验证加密方案可用于Secp256k1曲线上的离散对数。

总结

适配器签名为跨链原子交换提供了一种高效、隐私保护的实现方式。但在实际应用中仍需考虑随机数安全、系统异构等问题。此外,适配器签名还可扩展应用于数字资产托管等场景,具有广阔的应用前景。