基于安全可靠的跨區(qū)塊鏈交易機(jī)制Atomic swap介紹

Atomic swap：不經(jīng)由第三方完成的安全可靠的跨區(qū)塊鏈交易

因?yàn)榧用茇泿沤灰姿粫r(shí)傳出被駭客攻擊、被凍結(jié)、甚至卷款倒閉的事情，人們開(kāi)始意識(shí)到把錢(qián)放在交易所的大金庫(kù)其實(shí)是不太安全的，也有一些去中心化交易所的方案被提出來(lái)，試著在保障使用者資產(chǎn)安全的前提下交易。

然而，這些基于以太坊智慧合約實(shí)現(xiàn)的去中心化交易所，都有一個(gè)最大的局限，就是它們只能交易Ether本身和存在以太坊主鏈上的token，比起傳統(tǒng)交易所能處理Bitcoin， Ethereum， Monero， Zcash之間的各種幣/幣交易，去中心化交易所的功能顯得陽(yáng)春許多。

因?yàn)閰^(qū)塊鏈創(chuàng)造的安全交易機(jī)制，作用范圍終究只限于同一條鏈上，目前要做跨鏈交易就只能把錢(qián)交由第三方保管，完成互換后再發(fā)還給擁有者。所以我們想試著找到一個(gè)方法，能夠達(dá)成

只要雙方互相約定，就能安全的達(dá)成跨鏈的資產(chǎn)交易

這乍看之下好像很簡(jiǎn)單，就是一手交錢(qián)一手交貨嘛。但實(shí)際上，我們?cè)谌粘Ｉ钪兄阅軐?shí)現(xiàn)所謂的付錢(qián)取貨，其實(shí)仰賴了很多東西，比方說(shuō)信任，比方說(shuō)法律，比方說(shuō)監(jiān)視器和防盜門(mén)。而場(chǎng)景一旦換到網(wǎng)路世界，事情就變得沒(méi)那么單純。

比方說(shuō)小時(shí)候玩的線上游戲吧，有些人會(huì)用點(diǎn)數(shù)卡序號(hào)去跟其他玩家換游戲幣，但永遠(yuǎn)都存在一個(gè)無(wú)解的問(wèn)題：先給點(diǎn)數(shù)還是先給幣？我怎么知道如果先給了對(duì)方會(huì)不會(huì)直接跑掉？

加密貨幣交易也有同樣的問(wèn)題，當(dāng)你的交易對(duì)手是某個(gè)網(wǎng)路上不具名的人，你們要如何相信彼此能完成一筆交易而不被對(duì)方騙？或者說(shuō)，怎么保證只要對(duì)方只要拿了我的錢(qián)就一定會(huì)給我貨？

交易的原子性

所謂的原子性（Atomic） 指的是一筆交易應(yīng)該像原子一樣，被視為最小的，不可再分割（雖然原子好像可以） 的單位。也就是說(shuō)，我給你錢(qián)你給我貨這兩件事情呢，必須要同時(shí)發(fā)生，否則就同時(shí)不發(fā)生。

為了創(chuàng)造這樣的特性，我們會(huì)用上一些區(qū)塊鏈的神奇黑魔法，以Bitcoin來(lái)說(shuō)是雜湊函數(shù)和時(shí)間鎖；至于Ethereum的話就是智慧合約。

交易的過(guò)程大致上是這樣子的，假設(shè)我和一位匿名網(wǎng)友達(dá)成共識(shí)，要用我持有的10 BTC交換他的100 ETH。首先我們需要知道彼此的收付款地址，為了后續(xù)說(shuō)明方便，這里假設(shè)它們分別是：

BTC_in

BTC_out

ETH_in

ETH_out

再來(lái)，為了完成這筆交易，我需要為這筆交易創(chuàng)造一個(gè)秘密，具體來(lái)說(shuō)會(huì)是一段只有我自己知道的字串，并算出這個(gè)秘密的雜湊值。

這里我選用的秘密是：早安我的朋友

接著，我發(fā)送一筆交易，將我的10 BTC從BTC_out轉(zhuǎn)出到一個(gè)特殊的暫存位置（ P2SH ），并且規(guī)定這筆錢(qián)有兩種方式可以轉(zhuǎn)走：一種是如果出示那個(gè)可以被Hash變成46f34 …8f4的秘密，就把錢(qián)交給BTC_in；另一種是如果錢(qián)放了兩個(gè)小時(shí)還沒(méi)被領(lǐng)走，那BTC_out就可以把錢(qián)領(lǐng)回去。

對(duì)方也要做類(lèi)似的事情，把100 ETH 從ETH_out 轉(zhuǎn)到暫存的智慧合約，規(guī)定只要ETH_in 向合約出示能變成46f34…8f4 的正確秘密就可以把錢(qián)領(lǐng)走，否則一小時(shí)后ETH_out 可以把錢(qián)拿回去。

等這些設(shè)定都完成了之后，我就可以對(duì)合約說(shuō)「早安我的朋友」，然后把對(duì)方的100 ETH 領(lǐng)走，同時(shí)因?yàn)閰^(qū)塊鏈資料是公開(kāi)的，對(duì)方看得到我用來(lái)領(lǐng)錢(qián)的秘密，當(dāng)然也就來(lái)把我的10 BTC 拿走，交易就算順利完成啦。

這里有兩個(gè)值得注意的小細(xì)節(jié)，第一個(gè)是領(lǐng)錢(qián)的規(guī)則，并不是任何知道秘密的人都可以領(lǐng)，要是指定的交易對(duì)手說(shuō)出秘密才可以。這是因?yàn)閰^(qū)塊鏈上的資訊人人可見(jiàn)，所以當(dāng)我在廣播交易的同時(shí)，所有人都會(huì)看到早安我的朋友，甚至有可能搶先在我的交易被確認(rèn)之前，用同個(gè)秘密去把錢(qián)偷走，所以不能只認(rèn)秘密，要同時(shí)限制收款人才行。

第二個(gè)是兩人的提款時(shí)限是不一樣的，因?yàn)榧幢汶p方都用同一組雜湊，一開(kāi)始卻只有我單方面知道秘密，所以當(dāng)前面的設(shè)置完成之后，什么時(shí)候執(zhí)行交易的主動(dòng)權(quán)握在我手上。若是兩邊的時(shí)限一樣，我就可以在到期前不久打出領(lǐng)ETH 的指令，并趁對(duì)方來(lái)得及反應(yīng)之前把本來(lái)的BTC 抽走。所以通常對(duì)方會(huì)把時(shí)限訂得比擁有秘密的人設(shè)定的時(shí)限再早一點(diǎn)，確保就算被壓死線也還有足夠的時(shí)間拿到應(yīng)得的錢(qián)。

所以說(shuō)，整個(gè)換手的過(guò)程，就是我選了一支密碼學(xué)鑰匙，并構(gòu)造了一個(gè)可以被這支鑰匙解開(kāi)的鎖?；谏衿娴臄?shù)學(xué)魔法，鎖是沒(méi)辦法回推鑰匙的形狀的。所以我安心的把自己的錢(qián)鎖起來(lái)，并給對(duì)方一個(gè)一模一樣的鎖，對(duì)方也安心的把他的錢(qián)用這個(gè)鎖給鎖起來(lái)，因?yàn)樗?，只要我亮出鑰匙來(lái)取他的錢(qián)，他絕對(duì)可以用同一把鑰匙拿走我的錢(qián)。

不同區(qū)塊鏈上的兩筆交易，用同一個(gè)雜湊鎖，產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)

于是跨鏈交易的原子性就得到了保證，只有可能兩邊都給對(duì)方錢(qián)，否則就是兩邊都取回本來(lái)的錢(qián)，（理論上） 絕對(duì)不會(huì)有某一方拿了就跑的情況。而且更重要的是，這整個(gè)過(guò)程完全沒(méi)有第三方介入，雖然也需要把錢(qián)暫時(shí)鎖定，但這和放進(jìn)交易所的大金庫(kù)有著根本的不同。藉由區(qū)塊鏈本身的鎖定機(jī)制，錢(qián)的控制權(quán)還是在擁有者手上，不會(huì)沒(méi)事就被盜。

拒絕付款攻擊

原子互換保證了兩個(gè)相依的交易會(huì)同時(shí)發(fā)生或同時(shí)不發(fā)生，卻不保證交易會(huì)發(fā)生，所以它仍然存在著一些待解的問(wèn)題。這和第三方托管的場(chǎng)外交易有點(diǎn)類(lèi)似，因?yàn)榻灰讖脑O(shè)置到完成并不是及時(shí)的，所以我們一定要為彼此保留一個(gè)緩沖的時(shí)間，讓付款流程可以被完成，但這個(gè)時(shí)間差有被利用的可能。

因?yàn)樵O(shè)置好的交易不見(jiàn)得會(huì)被執(zhí)行，對(duì)于有心人來(lái)說(shuō)，這就成了絕佳的套利機(jī)會(huì)。我可以找人假意提出交易，待對(duì)手鎖定資產(chǎn)之后，自己不急著按下同意付款的按鈕，而是好整以暇的盯盤(pán)，一旦發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上的匯率出現(xiàn)波動(dòng)，就立刻完成交易，并同時(shí)在另一邊以市價(jià)對(duì)沖，套取中間的價(jià)差。而如果時(shí)間到還沒(méi)有出現(xiàn)套利的機(jī)會(huì)，就拒絕付款，再找人發(fā)起交易，重復(fù)攻擊。

以BTC:ETH = 1:10，鎖定時(shí)間2小時(shí)/1小時(shí)為例，攻擊者有1 小時(shí)的機(jī)會(huì)可以故意拖延。如果是雙方都鎖定，在這段時(shí)間內(nèi)匯率變成1:9，本來(lái)的BTC 方可以零風(fēng)險(xiǎn)套走10% 利潤(rùn)。

我們假設(shè)有交易的意思表示就代表對(duì)當(dāng)前的匯率滿意，也就是被攻擊的人心胸寬大不計(jì)較中間的匯差，這仍然會(huì)造成些許損失。首先是機(jī)會(huì)成本，盡管當(dāng)事人給了一段緩沖期，但他本來(lái)不預(yù)期會(huì)被鎖定到最后一刻，這段時(shí)間如果有更好的交易機(jī)會(huì)出現(xiàn)，這筆錢(qián)也沒(méi)辦法參與，潛在的獲利即是損失。

再來(lái)是區(qū)塊鏈的使用成本，雖然交易前的設(shè)置階段還沒(méi)有真的轉(zhuǎn)帳，但是對(duì)于處理它的礦工而言，這仍然是一筆交易，也要收取一定數(shù)量的手續(xù)費(fèi)，所以如果對(duì)方根本沒(méi)有誠(chéng)意跟你做交易，其實(shí)這手續(xù)費(fèi)就是白花了。

面對(duì)這些潛在的道德危機(jī)，完全去中心化的原子互換技術(shù)上還無(wú)法克服，在人人自危的情況下，愿意和陌生人使用這種交易方式的人勢(shì)必很少。固然有些變通方法，比方說(shuō)縮短鎖定期，但伴隨而來(lái)的卻是不方便和失竊風(fēng)險(xiǎn)。至于其他的解決方案，比方說(shuō)建立外源的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，或者用支付通道之類(lèi)的第二層架構(gòu)，則又會(huì)帶來(lái)程度不一的中心化。這可能也算是某種易用性與安全性與去中心化的三難吧。