DLC 技术原理及优化思路探讨

1. 概述

离散对数合约(DLC)是一种基于预言机的条件支付方案,由 MIT 的 Tadge Dryja 于 2018 年提出。DLC 允许双方根据预定义条件进行支付,参与方事先确定可能结果并预签名,当预言机签署结果时即可执行支付。这使得 DLC 能在保障比特币存款安全的同时,实现新型去中心化金融应用。

相比闪电网络,DLC 具有以下优势:

• 更好的隐私性:合约细节仅在参与方间共享,不会在区块链上存储
• 支持复杂金融合约:可直接在比特币网络上创建和执行衍生品、保险等复杂合约
• 降低对手方风险:资金锁定在多签合约中,只有在预定义事件结果出现时才会释放
• 无需管理支付通道:操作更简单,不需要创建和维护支付通道
• 特定场景下有更好的可扩展性:在复杂合约方面提供了较好的可扩展性

然而 DLC 仍存在一些风险和问题:

• 预言机私钥和随机数可能泄露或丢失,导致资产损失
• 预言机存在中心化信任风险,容易受到拒绝服务攻击
• 去中心化预言机无法直接进行密钥派生
• 预言机节点可能串谋,仍存在信任问题
• 条件签名需要预先确定事件集合,导致资产重分配存在最小金额限制

本文将探讨一些优化方案,以解决上述问题并提升比特币生态系统的安全性。

2. DLC 工作原理

以 Alice 和 Bob 签订对赌协议为例,赌注为第 n+k 个区块哈希值的奇偶性。如果为奇数 Alice 赢,否则 Bob 赢。DLC 通过预言机传递区块信息来构造条件签名,使获胜方赢得全部资产。

具体步骤如下:

1. 初始化:设定椭圆曲线生成元 G,阶为 q。

2. 密钥生成:预言机、Alice 和 Bob 各自生成私钥和公钥。 预言机:私钥 z,公钥 Z = z·G Alice:私钥 x,公钥 X = x·G
   Bob:私钥 y,公钥 Y = y·G

3. 注资交易:Alice 和 Bob 创建注资交易,各自将 1BTC 锁定在 2-of-2 多签输出。

4. 合约执行交易:创建两笔合约执行交易(CET),用于花费注资交易。

5. 预言机计算承诺: R := k·G S := R - hash(OddNumber,R)·Z S' := R - hash(EvenNumber,R)·Z 广播(R,S,S')

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

7. 结算:预言机根据第 n+k 个区块哈希值生成 s 或 s'。 奇数:s := k - hash(OddNumber,R)·z 偶数:s' := k - hash(EvenNumber,R)·z

8. 提币:获胜方根据 s 或 s' 计算新私钥并提取资产。 Alice:sk^Alice := x + s Bob:sk^Bob := y + s'

分析表明,计算得到的新私钥与新公钥满足离散对数关系,可成功提币。

此外,需要添加时间锁以限制提币时间,防止超时后对方提走资产。

3. DLC 优化方案

3.1 密钥管理

预言机的私钥和随机数安全至关重要,泄露或丢失可能导致多种安全问题:

1. 丢失私钥:无法结算,需执行退款合约
2. 泄露私钥:所有 DLC 面临欺诈结算风险
3. 泄露或重用随机数:可推导出私钥
4. 丢失随机数:无法结算特定 DLC

建议采取以下措施:

• 使用 BIP32 派生子密钥或孙密钥用于签名
• 使用私钥和计数器的哈希值作为随机数

3.2 去中心化预言机

采用 Schnorr 门限签名实现去中心化预言机,具有以下优势:

• 增强安全性:分散密钥管理,减少单点故障风险
• 分布式控制:无单一实体掌握全部签名权力
• 提高可用性:只需达到阈值即可完成签名
• 灵活性与可扩展性:可设置不同阈值,适应各种场景
• 可追责性:可验证每个节点签名分片的正确性

3.3 去中心化与密钥管理耦合

去中心化预言机场景下,完整私钥不出现,无法直接使用 BIP32 进行密钥派生。可采用分布式密钥派生方法:

• 根据拉格朗日插值多项式,私钥分片与完整私钥满足插值关系
• 私钥分片加上增量后,与子密钥仍满足插值关系
• 各参与方可派生子私钥分片用于生成子签名分片

需考虑增强型与非增强型 BIP32 的兼容性问题。

3.4 OP-DLC:预言机信任最小化

提出 OP-DLC 机制,引入乐观挑战:

• 预言机需提前质押构建链上 OP 游戏
• 任何诚实参与方可对作恶行为发起挑战
• 挑战成功则链上惩罚作恶预言机
• 可采用 "k-of-n" 模型签名,k 值可为 1
• 信任假设降为只需网络中有一个诚实参与方

3.5 OP-DLC + BitVM 双桥

结合 OP-DLC 和 BitVM 解决 DLC 用于跨链桥时的问题:

• 使用 BitVM 解决找零问题,降低 CET 数量
• 提供多种出入金通道,实现任意粒度找零
• 将 BitVM 联盟设为 Bob 和预言机,最小化信任
• DLC 通道出金余量引入 BitVM 资金池,提高利用率

4. 结语

DLC 结合 Taproot、BitVM 等新技术,可实现更复杂的链下合约验证结算。通过 OP 挑战机制,可进一步实现预言机的信任最小化,为比特币生态带来更多可能性。