跨链原子交换

原子交换的想法于 2013 年首次在 BitcoinTalk 论坛上提出，它可以实现两个区块链之间的代币交换。

这些交换是原子的，因为双方要么收到对方的硬币，要么都保留自己的硬币。 一方不可能欺骗另一方。 它不依赖任何可信赖的第三方，消除了交易对手风险。

有很多用例。 例如，它们可以作为非托管交易的基础，用户可以在交易的同时控制自己的资金。

基础知识

比特币地址就像一个带有存款槽的上锁邮箱。 当鲍勃向爱丽丝发送比特币时，他将比特币放入邮箱A的槽位，其中包含爱丽丝的“地址”。 只有爱丽丝拥有打开邮箱并取回硬币的钥匙。

有比用简单的私钥就能打开的锁更奇特的锁。 这些锁被视为比特币智能合约，可以规定任意复杂的锁定条件。

哈希锁

它们可以通过密码解锁，例如解锁手机的 PIN 码。 这个秘密实际上是一个散列到给定值的值/原像，该值显示在锁上供每个人查看。 对应的智能合约是一个哈希谜题。 一旦使用 PIN/原像解锁，它就会在区块链上公开可见。

时间锁

这些锁在到达预定时间之前无法打开，该时间可以是 UNIX 纪元时间（自 1 月 1 日到 1970 年以来的秒数）或区块高度。 相应的智能合约称为CheckLockTimeVerify。

原子交换

让我们使用这些锁，根据 Alice 的 BSV 币和 Bob 的 BTC 币按照双方同意的比例进行交换。

设置

Alice 将带有哈希锁的 BSV 放入 Bob 的邮箱中，并将哈希值告诉 Bob。 然后鲍勃将 BTC 使用相同的哈希锁放入 Alice 的邮箱中。 这两个哈希锁共享相同的 PIN，该 PIN 由 Alice 生成并暂时对 Bob 隐藏。

交换

Alice 使用她的私钥A和秘密PIN打开邮箱A以获取BTC Bob存款。 Bob 获悉Alice 刚刚在 BTC 区块链上透露的 PIN 码。 他可以使用相同的PIN打开邮箱B，连同他的私钥B，并获得BSV Alice存款。 他们在没有任何第三方的情况下交换了硬币。

打开一个邮箱可以有效地让另一方能够打开另一个邮箱。 如果 Alice 不打开她的邮箱，Bob 就无法打开她的邮箱。

如果爱丽丝或鲍勃终止怎么办？

如果Alice存入BSV后Bob没有将BTC放入邮箱A，她的BSV就会被卡住。 同样，如果 Alice 在设置后没有输入 PIN，Bob 的 BTC 币就会被卡住，Alice 的 BSV 也会被卡住。 这就是时间锁的用武之地。每个邮箱都有一个防卡住时间锁，因此如果没有人及时打开密码箱，硬币可以退还。 例如，Bob 可以在一定时间后用他的密钥 B 解锁邮箱 A。

请注意，Alice 在邮箱 B 上的时间锁定必须比 Bob 在主邮箱 A 上的时间锁定长。否则，Alice 可以等到邮箱 B 的时间锁定到期，取回她的 BSV 币，并使用 PIN 打开邮箱 A 来提取 Bob 的 BTC 存款。

哈希时间锁定合约（HTLC）

原子交换使用称为哈希时间锁定合约（HTLC）的智能合约，因为它结合了哈希锁和时间锁。

在 BSV 中，HTLC 可以在 sCrypt 中实现，如下所示。

class HashTimeLockContract extends SmartContract {
    @prop() readonly alicePubKey: PubKey

    @prop() readonly bobPubKey: PubKey

    @prop() readonly hashX: Sha256

    @prop() readonly timeout: bigint // Can be a timestamp or block height.


    // hash lock
    @method()
    public unlock(x: ByteString, aliceSig: Sig) {
        // Check if H(x) == this.hashX
        assert(sha256(x) == this.hashX, 'Invalid secret.')

        // Verify Alices signature.
        assert(this.checkSig(aliceSig, this.alicePubKey))
    }

    // time lock
    @method()
    public cancel(bobSig: Sig) {
        assert(this.ctx.locktime >= this.timeout, 'locktime has not yet expired')

        // Verify Bobs signature.
        assert(this.checkSig(bobSig, this.bobPubKey))
    }
}

HLTC 合约源代码

调用合约有两种方式，即打开邮箱：

1. unlock()：使用PIN交换成功
2. cancel()：不发生交换，币被退还。 this.ctx 是 ScriptContext，允许访问支出交易的锁定时间。

在BTC中，HTLC可以如下实现:

OP_IF
  // hash lock branch
  OP_SHA256
  
  OP_EQUALVERIFY
  
  OP_CHECKSIG
OP_ELSE
  // time lock branch
  
  OP_CHECKLOCKTIMEVERIFY
  OP_DROP
  
  OP_CHECKSIG
OP_ENDIF

它也有两种解锁方式，在时间锁分支中使用OP_CHECKLOCKTIMEVERIFY。 使用脚本而不是 sCrypt，因为 BTC禁用了许多操作码。

完整的协议序列

总之，BSV 和 BTC 之间的原子交换协议可以按照以下步骤执行。

1. Alice 生成一个安全随机数 x 并计算其哈希值：h = SHA256(x)。 Alice 将 h 发送给 Bob。
2. Alice 将币锁定在 BSV 上的 HTLC 中，可以通过以下两种方式之一解锁：1) 哈希到 h 和 Bob 签名的值； 2) 比如说 24 小时后 Alice 的签名。 Alice 通过向 BSV 网络广播交易来部署合约。
3. Bob 将币锁定在 BTC 的 HTLC 中，可以通过以下两种方式之一解锁：1）哈希到 h 和 Alice 签名的值； 2) Bob 在 48 小时后签名。 Bob 通过向 BTC 网络广播交易来部署合约。
4. 确认 Bob 的交易后，Alice 通过提供 x 和她的签名来领取 BTC。
5. Bob 在 BTC 上观察到 x，并使用 x 和他的签名来索取 BSV。

如果步骤 3 或 4 没有发生，双方都可以在时间锁定到期后取回他们的硬币。

概括

我们已经演示了如何在 BSV 和 BTC 区块链上自动交换硬币。 任何两条区块链都可以支持跨链原子交换，只要它们支持HTLC，即具有相同的哈希函数并支持时间锁。 例如，已实施以下交换：

• BTC <-> ETH & ERC20 tokens: using HTLC on Ethereum

• BTC <-> LTC

• BTC <-> BCH

• BTC <-> QTUM

• Decred <-> LTC

令人惊讶的是，原子交换甚至可以在没有 HTLC 的区块链上实现，例如门罗币。 使用高级的密码学，原子交换甚至可以用于任何区块链，只要它可以验证签名。