アダプタ署名とそのクロスチェーン原子交換における応用の詳細な検討

ビットコインLayer2拡張ソリューションの急速な発展に伴い、ビットコインとそのLayer2ネットワーク間のクロスチェーン資産移転頻度が著しく増加しています。この傾向は、Layer2技術が提供するより高いスケーラビリティ、より低い取引手数料、高いスループットによって促進されています。したがって、ビットコインとLayer2ネットワーク間の相互運用性は、暗号通貨エコシステムの重要な構成要素となり、革新を促進し、ユーザーに多様で強力な金融ツールを提供しています。

現在、ビットコインとLayer2間のクロスチェーン取引には主に3つのソリューションがあります：中央集権的クロスチェーン取引、BitVMクロスチェーンブリッジ、そしてクロスチェーン原子交換です。これら3つの技術は、信頼仮定、安全性、利便性、取引額などの面でそれぞれ特徴があり、異なるアプリケーションのニーズを満たすことができます。

本文重点探讨基于適応器署名のクロスチェーン原子交換技術。ハッシュ時間ロック(HTLC)に基づく原子交換と比較して、適応器署名方案は以下の利点があります:

1. チェーン上のスクリプトを置き換え、"インビジブルスクリプト"を実現
2. ブロックチェーン上の占有スペースが小さく、コストが低い
3. 取引が接続できません、より良いプライバシー保護を実現します

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アダプタ署名とクロスチェーン原子交換原理

Schnorr アダプターの署名とアトミック・スワップ

Schnorrアダプタ署名の基本的な流れは次のとおりです:

1. アリスはランダム数rを生成し、R = rGを計算する。
2. アリスはc = H(R||m)を計算します。
3. アリスはs' = r + cx - yを計算します。ここでyは適合値です。
4. アリスは(R,s')をボブに送信します
5. ボブが s'G ?= R + cX - Y を確認します。
6. ボブはyを得た後、s = s' + yを計算できます
7. (R、s)は完全なシュノアの署名です

Schnorrアダプタ署名に基づく原子交換プロセス:

1. アリスは取引TxAを作成し、ボブにコインを支払います。
2. アリスは予備署名(R,s')をボブに送信します
3. ボブは取引TxBを作成し、アリスにコインを支払います。
4. ボブは完全な署名(R',s)をアリスに送信します。
5. アリスはsを取得した後、yを導き出し、TxAの署名を完了します。
6. 双方は取引の完了をブロードキャストします

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ECDSA アダプタ署名と Atomic Swap

ECDSAアダプター署名の基本プロセスは以下の通りです:

1. アリスはランダムな数kを生成し、R = kGを計算します。
2. アリスは r = R_x mod n を計算します
3. アリスは s' = k^(-1)(H(m) + rx - y) mod n を計算します。
4. アリスは(r,s')をボブに送信します
5. ボブは、s'G ?= R + r(s'X - Y) であることを確認します。
6. Bobはyを取得した後、s = s' + yを計算できます。
7. (r、s)完全なECDSA署名です

ECDSAアダプタ署名に基づく原子交換プロセスは、Schnorrスキームに似ています。

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既存の問題と解決策

ランダム数の安全性の問題

アダプター署名には、ランダム数の漏洩と再利用のリスクが存在し、これにより秘密鍵が漏洩する可能性があります。解決策は、RFC 6979規格を使用して、決定論的な方法でランダム数を生成することです:

k = SHA256(sk、msg、counter)

これにより、同じ入力から同じランダム数を生成しつつ、ランダム性と予測不可能性が保証されます。

クロスチェーン異種システム問題

ビットコインはUTXOモデルを採用していますが、イーサリアム系Layer2はアカウントモデルを採用しており、これがアダプター署名のアプリケーションに挑戦をもたらしています。解決策は、Layer2側でスマートコントラクトを使用して原子交換ロジックを実装することです。

さらに、異なるチェーンは異なる署名アルゴリズムを使用する可能性があります。同じ曲線を使用していても異なるアルゴリズムの場合、(ビットコインがSchnorrを使用し、Layer2がECDSA)を使用する場合、アダプター署名は依然として安全です。しかし、曲線が異なる場合、アダプター署名を使用することはできません。

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デジタル資産保管アプリ

アダプタ署名は、非対話型のデジタル資産の保管を実現するために使用されます。主なステップは以下の通りです:

1. アリスとボブは2-of-2マルチシグネチャ出力を作成します
2. 双方は事前に署名された文書と暗号文を交換します
3. 検証した暗号文の有効性を確認後、署名して資金取引をブロードキャストする
4. 争議が発生した場合、信託者に暗号を解除して適応値を取得するように要求できます。
5. 適合値を取得した側は、取引の署名を完了し、ブロードキャストすることができます。

このプランは、ホスティング業者の参加なしに初期化され、契約内容を公開する必要がなく、優れたプライバシーを持っています。

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まとめ

この記事では、アダプタ署名がクロスチェーン原子交換における応用原理、存在する問題、および解決策について詳しく分析しています。アダプタ署名技術は、分散型クロスチェーン取引に対して効率的かつプライバシー保護されたソリューションを提供し、将来のクロスチェーンエコシステムで重要な役割を果たすことが期待されています。

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