Chữ ký bộ điều hợp và ứng dụng của nó trong trao đổi nguyên tử chuỗi cross

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mở rộng Layer2 của Bitcoin, việc chuyển đổi tài sản giữa Bitcoin và mạng Layer2 ngày càng trở nên thường xuyên hơn. Xu hướng này chủ yếu nhờ vào khả năng mở rộng cao hơn, phí giao dịch thấp hơn và thông lượng cao hơn mà công nghệ Layer2 cung cấp. Những tiến bộ này thúc đẩy các giao dịch hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn, từ đó thúc đẩy sự áp dụng và tích hợp rộng rãi của Bitcoin trong nhiều ứng dụng khác nhau. Do đó, khả năng tương tác giữa Bitcoin và mạng Layer2 đang trở thành một phần quan trọng trong hệ sinh thái tiền điện tử, thúc đẩy đổi mới và cung cấp cho người dùng nhiều công cụ tài chính đa dạng và mạnh mẽ hơn.

Hiện tại, giao dịch chuỗi cross giữa Bitcoin và Layer2 chủ yếu có ba giải pháp: giao dịch chuỗi cross tập trung, cầu nối chuỗi cross BitVM và trao đổi nguyên tử chuỗi cross. Ba công nghệ này có những đặc điểm riêng về giả định tin cậy, độ an toàn, sự tiện lợi và hạn mức giao dịch, có thể đáp ứng nhu cầu ứng dụng khác nhau.

Ưu điểm của giao dịch chuỗi cross trung tâm là tốc độ nhanh, thao tác đơn giản, nhưng tính bảo mật hoàn toàn phụ thuộc vào độ tin cậy của các tổ chức trung tâm, có rủi ro cao. Cầu nối BitVM chuỗi cross giới thiệu cơ chế thách thức lạc quan, công nghệ tương đối phức tạp, phí giao dịch cao, chủ yếu phù hợp cho các giao dịch lớn. Hoán đổi nguyên tử chuỗi cross là một công nghệ phi tập trung, không bị kiểm duyệt, bảo vệ quyền riêng tư tốt, có thể thực hiện giao dịch chuỗi cross tần suất cao, được áp dụng rộng rãi trong các sàn giao dịch phi tập trung.

Công nghệ trao đổi nguyên tử chuỗi cross chủ yếu bao gồm hai phương án: dựa trên khóa thời gian băm (HTLC) và dựa trên chữ ký bộ điều hợp. Phương án HTLC gặp vấn đề rò rỉ quyền riêng tư, trong khi phương án dựa trên chữ ký bộ điều hợp có thể giải quyết tốt vấn đề này. Bài viết này sẽ tập trung vào chữ ký bộ điều hợp và ứng dụng của nó trong trao đổi nguyên tử chuỗi cross.

Chữ ký bộ điều hợp và trao đổi nguyên tử chuỗi cross

Chữ ký bộ điều hợp Schnorr và trao đổi nguyên tử

Nguyên lý cơ bản của chữ ký bộ điều hợp Schnorr như sau:

1. Alice tạo số ngẫu nhiên r, tính R = r * G
2. Alice tính toán bộ điều chỉnh Y = y * G, y là bí mật của bộ điều chỉnh
3. Alice tính c = H(R + Y, m)
4. Alice tính toán s' = r + c * x
5. Alice gửi bản ký trước (R, s') cho Bob
6. Bob xác thực e(G, s' * G) ?= e(P, R + Y + c * P)
7. Bob nhận y sau đó, tính s = s' + y
8. Bob phát sóng (R, s) hoàn thành giao dịch

Quy trình hoán đổi nguyên tử chuỗi cross dựa trên chữ ký bộ điều hợp Schnorr như sau:

1. Alice tạo ra số ngẫu nhiên r_A, tính R_A = r_A * G
2. Alice tính toán Y_A = y_A * G, y_A là bí mật của bộ điều hợp
3. Alice tính toán chữ ký trước (R_A, s'_A) và gửi cho Bob
4. Bob xác minh chữ ký trước của Alice
5. Bob lặp lại bước 1-3, tạo ra chữ ký trước (R_B, s'_B) và gửi cho Alice
6. Alice xác thực chữ ký trước của Bob
7. Alice và Bob trao đổi bộ điều hợp Y_A và Y_B
8. Alice sử dụng y_B để hoàn thành chữ ký của Bob, Bob sử dụng y_A để hoàn thành chữ ký của Alice
9. Alice và Bob lần lượt phát sóng chữ ký hoàn chỉnh để hoàn thành giao dịch

Chữ ký bộ điều hợp ECDSA và trao đổi nguyên tử

Nguyên tắc cơ bản của chữ ký bộ điều hợp ECDSA như sau:

1. Alice tạo số ngẫu nhiên k, tính R = k * G
2. Alice tính toán bộ điều hợp Y = y * G, y là bí mật của bộ điều hợp
3. Alice tính toán s' = k^(-1) * (H(m) + x * R_x)
4. Alice gửi chữ ký trước (R, s') cho Bob
5. Bob xác thực R ?= (s'^(-1) * H(m)) * G + (s'^(-1) * R_x * s') * P
6. Bob nhận được y sau đó, tính s = s' + y
7. Bob phát sóng (R, s) hoàn thành giao dịch

Quy trình hoán đổi nguyên tử chuỗi cross dựa trên chữ ký thích ứng ECDSA tương tự như phương án Schnorr.

Vấn đề và Giải pháp

Vấn đề số ngẫu nhiên và giải pháp

Trong chữ ký bộ chuyển đổi có nguy cơ rò rỉ và tái sử dụng số ngẫu nhiên, có thể dẫn đến rò rỉ khóa riêng. Giải pháp là áp dụng tiêu chuẩn RFC 6979, bằng cách tạo số ngẫu nhiên theo cách xác định:

k = SHA256(sk, msg, counter)

Điều này đảm bảo tính duy nhất và khả năng tái tạo của số ngẫu nhiên, đồng thời tránh được rủi ro do bộ tạo số ngẫu nhiên yếu gây ra.

Vấn đề và giải pháp trong các tình huống chuỗi cross

1. Vấn đề hệ thống không đồng nhất giữa UTXO và mô hình tài khoản: Bitcoin sử dụng mô hình UTXO, trong khi Ethereum sử dụng mô hình tài khoản, dẫn đến việc không thể ký trước các giao dịch hoàn trả. Giải pháp là sử dụng hợp đồng thông minh ở phía Ethereum để thực hiện logic trao đổi nguyên tử.

2. An ninh của các thuật toán khác nhau với cùng một đường cong: Trong trường hợp sử dụng cùng một đường cong elip nhưng với các thuật toán ký khác nhau ( như Schnorr và ECDSA ), phương án ký thích ứng vẫn an toàn.

3. Sự không an toàn của các đường cong khác nhau: Nếu hai hệ thống sử dụng các đường cong elip khác nhau, thì không thể sử dụng chữ ký bộ điều hợp để thực hiện trao đổi nguyên tử chuỗi cross.

Ứng dụng lưu trữ tài sản kỹ thuật số

Dựa trên chữ ký của bộ điều hợp có thể thực hiện lưu ký tài sản số không tương tác:

1. Alice và Bob tạo một giao dịch funding với đầu ra 2-of-2 MuSig
2. Alice và Bob lần lượt tạo chữ ký thích ứng và trao đổi xác thực
3. Cả hai bên ký và phát sóng giao dịch funding
4. Khi có tranh chấp, bên giữ tài sản có thể giải mã và cung cấp bí mật của bộ điều hợp cho một bên.
5. Bên nhận được bí mật có thể hoàn thành chữ ký bộ điều hợp và phát sóng giao dịch thanh toán

Giải pháp này không cần sự tham gia của bên ủy thác trong khởi tạo, có lợi thế không tương tác. Công nghệ mật mã có thể xác minh ( như Purify hoặc Juggling ) có thể được sử dụng để thực hiện truyền tải an toàn bí mật của bộ điều hợp.

Tóm tắt

Công nghệ chữ ký bộ điều hợp cung cấp một giải pháp hiệu quả và bảo vệ quyền riêng tư cho việc trao đổi nguyên tử chuỗi cross. Thông qua thiết kế hợp lý, có thể khắc phục các vấn đề về an toàn số ngẫu nhiên, sự không đồng nhất của hệ thống, v.v. Ngoài ra, chữ ký bộ điều hợp còn có thể mở rộng ứng dụng trong các tình huống như lưu ký tài sản số không tương tác. Khi nhu cầu chuỗi cross ngày càng tăng, công nghệ chữ ký bộ điều hợp có khả năng đóng vai trò quan trọng trong khả năng tương tác của blockchain.