Assinatura de adaptador e sua aplicação em troca atômica de cadeia cruzada

Com o rápido desenvolvimento das soluções de escalabilidade Layer2 do Bitcoin, a frequência de transferência de ativos entre o Bitcoin e as suas redes Layer2 aumentou significativamente. Esta tendência é impulsionada pela maior escalabilidade, menores taxas de transação e alta capacidade de processamento proporcionadas pela tecnologia Layer2, promovendo uma adoção e integração mais amplas do Bitcoin em várias aplicações. Assim, a interoperabilidade entre o Bitcoin e as redes Layer2 está a tornar-se uma componente chave do ecossistema de criptomoedas, impulsionando a inovação e oferecendo aos utilizadores ferramentas financeiras mais diversificadas e robustas.

As transações entre Bitcoin e Layer2 através de cadeia cruzada têm principalmente três soluções: transações centralizadas em cadeia cruzada, ponte em cadeia cruzada BitVM e troca atômica em cadeia cruzada. Essas três tecnologias têm características distintas em termos de pressupostos de confiança, segurança, conveniência, limites de transação, etc., podendo atender a diferentes necessidades de aplicação.

Troca atômica entre cadeias é um contrato que realiza transações descentralizadas de criptomoedas. "Atômico" significa que a mudança na propriedade de um ativo realmente implica uma mudança na propriedade de outro ativo. O conceito foi proposto pela primeira vez em 2013 no fórum Bitcointalk, e em 2017, Decred e Litecoin completaram com sucesso a primeira troca atômica. A troca atômica deve envolver duas partes, e qualquer terceiro não pode interromper ou interferir no processo de troca. Isso significa que a tecnologia é descentralizada, não censurada, com uma boa proteção de privacidade, e pode realizar transações frequentes entre cadeias, sendo amplamente utilizada em exchanges descentralizadas.

Atualmente, as trocas atômicas em cadeia cruzada incluem principalmente duas tecnologias: a baseada em bloqueio de tempo de hash (HTLC) e a baseada em assinatura de adaptador. As trocas atômicas baseadas em assinatura de adaptador têm as seguintes vantagens em relação às trocas atômicas HTLC:

1. Substituiu os scripts on-chain, incluindo o bloqueio de tempo e o bloqueio de hash, conhecido como "script invisível".
2. O espaço ocupado na cadeia diminuiu, tornando as trocas mais leves e com custos mais baixos.
3. Transações não conseguem se conectar, proporcionando melhor proteção de privacidade.

Este artigo apresenta os princípios das assinaturas adaptadoras Schnorr/ECDSA e da troca atômica em cadeia cruzada, analisa os problemas de segurança de números aleatórios presentes nas assinaturas adaptadoras e os problemas de heterogeneidade do sistema e heterogeneidade de algoritmos nos cenários de cadeia cruzada, e fornece soluções correspondentes. Por fim, a assinatura adaptadora foi aplicada de forma expandida, implementando a custódia de ativos digitais não interativos.

Assinatura do adaptador e troca atômica de cadeia cruzada

Assinatura de adaptador Schnorr e troca atómica

O processo de troca atômica de assinaturas de adaptadores Schnorr é o seguinte:

1. Alice gera um número aleatório y, calcula Y = y·G
2. Bob gera um número aleatório r, calcula R = r·G
3. Bob calcula c = H(R,pk,m),s = r + cx
4. Bob envia (R, s̃ = s - y) para Alice
5. Alice valida R = s̃·G + c·pk - Y
6. Alice transmite a transação tx_A
7. Bob transmite a transação tx_B, revelando y
8. Alice extrai y de tx_B, calcula s = s̃ + y
9. Alice transmite (R,s)

Assinatura do adaptador ECDSA e troca atômica

O processo de troca atômica de assinaturas de adaptadores ECDSA é o seguinte:

1. Alice gera um número aleatório y, calcula Y = y·G
2. Bob gera um número aleatório k, calcula R = k·G
3. Bob calcula r = R_x mod n, s̃ = k^(-1)(H(m) + rx) - y
4. Bob envia (r,s̃) para Alice
5. Alice verifica r·G = (s̃ + y)·H(m)·G^(-1) + r·pk
6. Alice transmite a transação tx_A
7. Bob transmite a transação tx_B, revelando y
8. Alice extrai y de tx_B e calcula s = s̃ + y
9. Alice transmite (r,s)

Problemas e Soluções

Problemas e soluções de números aleatórios

Existem problemas de segurança relacionados ao vazamento e reutilização de números aleatórios na assinatura do adaptador, o que pode levar ao vazamento da chave privada. A solução é usar o RFC 6979, exportando o número aleatório k de forma determinística a partir da chave privada e da mensagem:

k = SHA256(sk, msg, counter)

Isto garante que k é único para cada mensagem, ao mesmo tempo que tem reprodutibilidade para a mesma entrada, reduzindo o risco de exposição de chaves privadas relacionado a geradores de números aleatórios fracos.

problema e solução de cenários de cadeia cruzada

1. Problema da heterogeneidade entre o modelo UTXO e o sistema de contas: O Bitcoin utiliza o modelo UTXO, enquanto o sistema Ethereum utiliza o modelo de conta. No sistema Ethereum, devido à impossibilidade de prever o nonce, não é possível assinar antecipadamente a transação de reembolso. A solução é implementar trocas atômicas usando contratos inteligentes no lado do Bitlayer, mas isso sacrifica uma certa privacidade.

2. Segurança da assinatura do adaptador com curvas idênticas e algoritmos diferentes: Se o Bitcoin e o Bitlayer utilizarem a curva Secp256k1, mas o Bitcoin usar assinaturas Schnorr e o Bitlayer usar ECDSA, a assinatura do adaptador neste caso é comprovadamente segura.

3. Assinaturas de adaptadores de diferentes curvas não são seguras: Se o Bitcoin usa a curva Secp256k1 e assinaturas ECDSA, enquanto o Bitlayer usa a curva ed25519 e assinaturas Schnorr, não é possível usar assinaturas de adaptador, porque as curvas diferentes resultam em coeficientes modulares diferentes.

Aplicação de Custódia de Ativos Digitais

A custódia de ativos digitais em limite não interativo pode ser realizada com base na assinatura do adaptador, sendo os principais passos os seguintes:

1. Criar uma transação de funding não assinada, enviando BTC para a saída MuSig 2-of-2 entre Alice e Bob
2. Alice gera um valor aleatório t_A e envia a assinatura prévia e o texto cifrado para Bob
3. Bob repete o passo 2
4. Alice e Bob verificam a validade do ciphertext, assinam e transmitem a transação de funding.
5. Em caso de disputa, o custodiante pode descriptografar e enviar t_A/t_B para Bob/Alice

Essa solução tem a vantagem não interativa em comparação com a assinatura Schnorr de limiar, mas tem menor flexibilidade. A criptografia verificável é o principal princípio criptográfico para implementar essa solução, com duas principais implementações: Purify e Juggling.

A assinatura do adaptador fornece uma solução descentralizada, eficiente e que protege a privacidade para a troca de ativos entre o Bitcoin e redes Layer2 em cadeia cruzada. Ao resolver problemas de segurança de números aleatórios e questões heterogêneas em cenários de cadeia cruzada, a assinatura do adaptador pode desempenhar um papel importante na aplicação prática, promovendo o desenvolvimento do ecossistema Bitcoin.