DLC 技術原理及優化思路探討

1. 概述

離散對數合約(DLC)是一種基於預言機的條件支付方案,由 MIT 的 Tadge Dryja 於 2018 年提出。DLC 允許雙方根據預定義條件進行支付,參與方事先確定可能結果並預籤名,當預言機簽署結果時即可執行支付。這使得 DLC 能在保障比特幣存款安全的同時,實現新型去中心化金融應用。

相比閃電網絡,DLC 具有以下優勢:

• 更好的隱私性:合約細節僅在參與方間共享,不會在區塊鏈上存儲
• 支持復雜金融合約:可直接在比特幣網路上創建和執行衍生品、保險等復雜合約
• 降低對手方風險:資金鎖定在多籤合約中,只有在預定義事件結果出現時才會釋放
• 無需管理支付通道:操作更簡單,不需要創建和維護支付通道
• 特定場景下有更好的可擴展性:在復雜合約方面提供了較好的可擴展性

然而 DLC 仍存在一些風險和問題:

• 預言機私鑰和隨機數可能泄露或丟失,導致資產損失
• 預言機存在中心化信任風險,容易受到拒絕服務攻擊
• 去中心化預言機無法直接進行密鑰派生
• 預言機節點可能串謀,仍存在信任問題
• 條件籤名需要預先確定事件集合,導致資產重分配存在最小金額限制

本文將探討一些優化方案,以解決上述問題並提升比特幣生態系統的安全性。

2. DLC 工作原理

以 Alice 和 Bob 籤訂對賭協議爲例,賭注爲第 n+k 個區塊哈希值的奇偶性。如果爲奇數 Alice 贏,否則 Bob 贏。DLC 通過預言機傳遞區塊信息來構造條件籤名,使獲勝方贏得全部資產。

具體步驟如下:

1. 初始化:設定橢圓曲線生成元 G,階爲 q。

2. 密鑰生成:預言機、Alice 和 Bob 各自生成私鑰和公鑰。 預言機:私鑰 z,公鑰 Z = z·G Alice:私鑰 x,公鑰 X = x·G
   Bob:私鑰 y,公鑰 Y = y·G

3. 注資交易:Alice 和 Bob 創建注資交易,各自將 1BTC 鎖定在 2-of-2 多籤輸出。

4. 合約執行交易:創建兩筆合約執行交易(CET),用於花費注資交易。

5. 預言機計算承諾: R := k·G S := R - hash(OddNumber,R)·Z S' := R - hash(EvenNumber,R)·Z 廣播(R,S,S')

6. Alice 和 Bob 計算新公鑰: PK^Alice := X + S PK^Bob := Y + S'

7. 結算:預言機根據第 n+k 個區塊哈希值生成 s 或 s'。 奇數:s := k - hash(OddNumber,R)·z 偶數:s' := k - hash(EvenNumber,R)·z

8. 提幣:獲勝方根據 s 或 s' 計算新私鑰並提取資產。 Alice:sk^Alice := x + s Bob:sk^Bob := y + s'

分析表明,計算得到的新私鑰與新公鑰滿足離散對數關係,可成功提幣。

此外,需要添加時間鎖以限制提幣時間,防止超時後對方提走資產。

3. DLC 優化方案

3.1 密鑰管理

預言機的私鑰和隨機數安全至關重要,泄露或丟失可能導致多種安全問題:

1. 丟失私鑰:無法結算,需執行退款合約
2. 泄露私鑰:所有 DLC 面臨欺詐結算風險
3. 泄露或重用隨機數:可推導出私鑰
4. 丟失隨機數:無法結算特定 DLC

建議採取以下措施:

• 使用 BIP32 派生子密鑰或孫密鑰用於籤名
• 使用私鑰和計數器的哈希值作爲隨機數

3.2 去中心化預言機

採用 Schnorr 門限籤名實現去中心化預言機,具有以下優勢:

• 增強安全性:分散密鑰管理,減少單點故障風險
• 分布式控制:無單一實體掌握全部籤名權力
• 提高可用性:只需達到閾值即可完成籤名
• 靈活性與可擴展性:可設置不同閾值,適應各種場景
• 可追責性:可驗證每個節點籤名分片的正確性

3.3 去中心化與密鑰管理耦合

去中心化預言機場景下,完整私鑰不出現,無法直接使用 BIP32 進行密鑰派生。可採用分布式密鑰派生方法:

• 根據拉格朗日插值多項式,私鑰分片與完整私鑰滿足插值關係
• 私鑰分片加上增量後,與子密鑰仍滿足插值關係
• 各參與方可派生子私鑰分片用於生成子籤名分片

需考慮增強型與非增強型 BIP32 的兼容性問題。

3.4 OP-DLC:預言機信任最小化

提出 OP-DLC 機制,引入樂觀挑戰:

• 預言機需提前質押構建鏈上 OP 遊戲
• 任何誠實參與方可對作惡行爲發起挑戰
• 挑戰成功則鏈上懲罰作惡預言機
• 可採用 "k-of-n" 模型籤名,k 值可爲 1
• 信任假設降爲只需網路中有一個誠實參與方

3.5 OP-DLC + BitVM 雙橋

結合 OP-DLC 和 BitVM 解決 DLC 用於跨鏈橋時的問題:

• 使用 BitVM 解決找零問題,降低 CET 數量
• 提供多種出入金通道,實現任意粒度找零
• 將 BitVM 聯盟設爲 Bob 和預言機,最小化信任
• DLC 通道出金餘量引入 BitVM 資金池,提高利用率

4. 結語

DLC 結合 Taproot、BitVM 等新技術,可實現更復雜的鏈下合約驗證結算。通過 OP 挑戰機制,可進一步實現預言機的信任最小化,爲比特幣生態帶來更多可能性。