Assinatura do adaptador e sua aplicação na troca atômica em cadeia cruzada

Com o rápido desenvolvimento das soluções de escalabilidade Layer2 do Bitcoin, a frequência de transferência de ativos entre o Bitcoin e as redes Layer2 aumentou significativamente. Essa tendência é impulsionada pela maior escalabilidade, menores taxas de transação e alta capacidade oferecidas pela tecnologia Layer2. Esses avanços promovem transações mais eficientes e econômicas, o que, por sua vez, impulsiona uma adoção e integração mais ampla do Bitcoin em diversas aplicações. Assim, a interoperabilidade entre o Bitcoin e as redes Layer2 está se tornando um componente chave do ecossistema de criptomoedas, promovendo inovação e oferecendo aos usuários ferramentas financeiras mais diversificadas e poderosas.

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

As transações centralizadas de cadeia cruzada são rápidas e fáceis de executar, mas a segurança depende completamente de instituições centralizadas, o que traz riscos financeiros e problemas de privacidade. A ponte de cadeia cruzada BitVM introduziu um mecanismo de desafio otimista, cuja tecnologia é relativamente complexa e as taxas de transação são mais altas, sendo principalmente adequada para transações de grande valor. A troca atômica de cadeia cruzada é uma solução de transação de cadeia cruzada de alta frequência, descentralizada, não censurável e que oferece uma boa proteção de privacidade, amplamente utilizada em exchanges descentralizadas.

A tecnologia de troca atômica em cadeia cruzada inclui principalmente duas: o bloqueio de tempo baseado em hash e a assinatura do adaptador. A troca atômica baseada em bloqueio de tempo (HTLC) é um grande avanço na troca descentralizada, mas apresenta problemas de vazamento de privacidade do usuário. A troca atômica baseada em assinatura do adaptador substitui os scripts na cadeia, ocupa menos espaço, tem custos mais baixos e as transações não podem ser vinculadas, proporcionando uma melhor proteção de privacidade.

Este artigo apresenta os princípios da assinatura de adaptador Schnorr/ECDSA e da troca atômica em cadeia cruzada, analisa os problemas de segurança dos números aleatórios nas assinaturas de adaptador e os problemas de heterogeneidade do sistema em cenários de cadeia cruzada, e fornece soluções correspondentes. Por fim, é feita uma aplicação expandida da assinatura de adaptador, implementando a custódia de ativos digitais não interativa.

Assinatura do adaptador Schnorr e troca atômica

O fluxo básico de assinatura do adaptador Schnorr é o seguinte:

1. Alice gera um número aleatório r, calcula R = r·G
2. Assinatura do adaptador de Alice: c = H(X,R,m), s' = r + c·x
3. Alice envia (R,s') para Bob
4. Bob valida a assinatura do adaptador: s'·G = R + c·X
5. Bob gera y, calcula Y = y·G
6. Bob calcula s = s' + y, obtendo a assinatura completa (R,s)
7. Alice extrai y = s - s'

O processo de troca atómica baseado em assinaturas de adaptador Schnorr é o seguinte:

1. Alice gera a transação TxA, enviando moedas para Bob
2. Bob gera a transação TxB, enviando a moeda para Alice
3. Alice gera a assinatura do adaptador para TxA e envia para Bob
4. Bob gera a assinatura do adaptador TxB e envia para Alice
5. Bob transmite a TxB com assinatura completa
6. Alice extrai y da assinatura TxB, completa a assinatura TxA e transmite.

Assinatura do adaptador ECDSA e troca atômica

O fluxo básico de assinatura do adaptador ECDSA é o seguinte:

1. Alice gera um número aleatório k, calcula R = k·G
2. Alice calcula: z = H(m), s' = k^(-1)·(z + R_x·x)
3. Alice envia (R,s') para Bob
4. Bob valida a assinatura do adaptador: R = (z·s'^(-1))·G + (R_x·s'^(-1))·X
5. Bob gera y, calcula Y = y·G
6. Bob calcula s = s' + y, obtém a assinatura completa (R,s)
7. Alice extrai y = s - s'

O processo de troca atômica baseado na assinatura do adaptador ECDSA é semelhante ao Schnorr.

Problemas e Soluções

problema e solução de números aleatórios

Existem problemas de 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 possui reprodutibilidade, reduzindo o risco de exposição da chave privada.

problemas e soluções em cenários de cadeia cruzada

1. Problema de heterogeneidade entre o modelo UTXO e o modelo de contas: O Bitcoin utiliza o modelo UTXO, enquanto o Bitlayer utiliza o modelo de contas. A solução é implementar trocas atómicas no lado do Bitlayer através de contratos inteligentes, mas isso sacrificará uma certa privacidade.

2. A assinatura do adaptador com a mesma curva e algoritmos diferentes é segura. Por exemplo, o Bitcoin usa assinaturas Schnorr, enquanto o Bitlayer usa ECDSA, e pode ser provado que é seguro com base na segurança.

3. As assinaturas dos adaptadores de diferentes curvas não são seguras. Por exemplo, o Bitcoin utiliza Secp256k1, o Bitlayer utiliza ed25519, e devido às diferentes curvas, os coeficientes modulares são distintos, tornando impossível o uso seguro.

Aplicação de Custódia de Ativos Digitais

A custódia de ativos digitais não interativa 2-of-3 pode ser realizada com base na assinatura do adaptador:

1. Alice e Bob criam uma transação de financiamento com saída MuSig 2 de 2
2. Alice e Bob geram, respetivamente, a assinatura do adaptador e o texto cifrado, enviando um ao outro.
3. Verifique e assine a transação de funding antes de a transmitir.
4. Em caso de disputa, o custodiante pode descriptografar o texto cifrado para obter o secret, ajudando uma das partes a concluir a transação.

Este plano não requer a participação de um custodiante na inicialização, apresentando vantagens não interativas. A implementação utiliza tecnologias de criptografia verificável, como os planos Purify e Juggling.

De um modo geral, a assinatura do adaptador oferece ferramentas criptográficas inovadoras para aplicações como troca atómica entre cadeias cruzadas e custódia de ativos digitais, mas na prática ainda é necessário prestar atenção a questões como segurança do número aleatório e compatibilidade do sistema.