没有哈希时间锁定合约的跨链原子交换

在上一篇文章中，我们介绍了使用哈希时间锁定合约（HTLC）的跨链原子交换实现。今天，我们介绍一种无需 HTLC 即可实现的替代方法。这将原子交换扩展到缺乏哈希锁和时间锁的区块链。

使用 SPV 证明交易已被挖掘

让我们按照商定的价格将 Alice 的 BTC 币与 Bob 的 BSV 币进行交换。

在这篇文章中，我们展示了 BSV 智能合约能够验证区块链中包含的交易。重要的是，这是在不依赖外部预言机的情况下实现的。基本思想是使用工作难度证明来验证区块头。使用 Merkle 证明，我们可以验证该区块中是否包含交易，类似于链下完成的 SPV。

图片源于BSV Academy

这意味着 BSV 上的智能合约可以编程为根据 BTC 等区块链上特定交易的确认来执行特定操作。

在原子交换的背景下，智能合约本质上是这样说的：

“如果您将X BTC发送到Y地址，您就可以获得该合约中当前持有的BSV资产。”

该功能之所以成为可能，是因为 BSV 合约能够验证特定交易是否已在 BTC 区块链上成功开采。合约可以对特定的BTC交易进行验证，确保预期的BTC金额已发送到正确的地址。

为了发起报价，Bob 在智能合约中确保 BSV 币的安全，并指定接收 BTC 所需的地址。一旦 Alice 发送了 BTC，她就可以领取合约中锁定的 BSV。此过程不涉及任何受信任的中介机构。

完整的协议序列

BSV 和 BTC 之间的原子交换协议可以按照以下步骤执行。

合约部署：Bob 在 BSV 链上部署智能合约。该合约持有 Bob 打算与 Alice 交换的 BSV 资金。该合同还包含故障安全时间锁。
付款和证明：Alice 将约定数量的 BTC 在 BTC 链上发送给 Bob。在该交易被开采到区块中后，她获得了该交易的 Merkle 证明。请注意，这是一个简单的支付交易，没有 HLTC。
验证和解锁：Alice 将 Merkle 证明提交给 BSV 合约。合约验证证明并确认将 Alice 的 BTC 交易包含给 Bob。如果证明得到验证，Alice 就可以解锁并领取合约中的 BSV 资金。

如果Bob没有及时收到付款，他可以在时间锁定到期后取回他的币。

请注意，智能合约是在 BTC 付款广播之前部署的。这样，Alice 就能保证在向 Bob 付款后，她会收到正确金额的 BSV。该锁定时间还必须足够长，以便支付交易能够在 BTC 上进行挖掘。

通过稍加修改，Alice 在 Bob 合约部署时甚至可以是未知的。 Bob 的报价是公开的，任何人向他支付适量的 BTC 都可以解锁他锁定的 BSV。

与基于 HTLC 的原子交换相比

这种方法的一个关键优点是，即使对于没有哈希锁或时间锁的区块链，它也可以实现原子交换。只要有一种机制可以不信任地证明其中包含交易（例如，使用 Merkle 证明），则具有智能合约功能来验证该证明的其他链就可以与其进行交换。

实现

在 BSV 中，智能合约可以在 sCrypt 中实现，如下所示。

export type VarIntRes = {val: bigintnewIdx: bigint
}class CrossChainSwap2 extends SmartContract {static readonly LOCKTIME_BLOCK_HEIGHT_MARKER = 500000000static readonly UINT_MAX = 0xffffffffnstatic readonly MIN_CONF = 3static readonly BTC_MAX_INPUTS = 3@prop()readonly aliceAddr: PubKeyHash@prop()readonly bobAddr: PubKeyHash@prop()readonly bobP2WPKHAddr: PubKeyHash@prop()readonly timeout: bigint // Can be a timestamp or block height.@prop()readonly targetDifficulty: bigint@prop()readonly amountBTC: bigint@prop()readonly amountBSV: bigint// ...@method()checkBtcTx(btcTx: ByteString): void {// Most things should be the same as in BSV except the witness data and flag.// - Check (first) output is P2WPKH to Bobs public key.// - Check (first) output amount is equal to this.amountBTClet idx = 4n// Make sure to serialize BTC tx without witness data.// See https://github.com/karask/python-bitcoin-utils/blob/a41c7a1e546985b759e6eb2ae4524f466be809ca/bitcoinutils/transactions.py#L913assert(slice(btcTx, idx, idx + 2n) != toByteString('0001'),'Witness data present. Please serialize without witness data.') INPUTS:const inLen = CrossChainSwap2.parseVarInt(btcTx, idx)assert(inLen.val <= BigInt(CrossChainSwap2.BTC_MAX_INPUTS),'Number of inputs too large.')idx = inLen.newIdxfor (let i = 0n; i < CrossChainSwap2.BTC_MAX_INPUTS; i++) {if (i < inLen.val) {//const prevTxID = slice(btcTx, idx, idx + 32n)idx += 32n//const outIdx = slice(btcTx, idx, idx + 4n)idx += 4nconst scriptLen = CrossChainSwap2.parseVarInt(btcTx, idx)idx = scriptLen.newIdxidx += scriptLen.val//const nSequence = slice(btcTx, idx, idx + 4n)idx += 4n}} FIRST OUTPUT:// Check if (first) output pays Bob the right amount and terminate and set res to true.const outLen = CrossChainSwap2.parseVarInt(btcTx, idx)idx = outLen.newIdxconst amount = Utils.fromLEUnsigned(slice(btcTx, idx, idx + 8n))assert(amount == this.amountBTC, 'Invalid BTC output amount.')idx += 8nconst scriptLen = CrossChainSwap2.parseVarInt(btcTx, idx)idx = scriptLen.newIdxconst script = slice(btcTx, idx, idx + scriptLen.val)assert(len(script) == 22n, 'Invalid locking script length.')assert(script == toByteString('0014') + this.bobP2WPKHAddr,'Invalid locking script.')// Data past this point is not relevant in our use-case.}@method()public swap(btcTx: ByteString,merkleProof: MerkleProof,headers: FixedArray<BlockHeader, typeof CrossChainSwap2.MIN_CONF>,alicePubKey: PubKey,aliceSig: Sig) {// Check btc tx.this.checkBtcTx(btcTx)// Calc merkle root.const txID = hash256(btcTx)const merkleRoot = MerklePath.calcMerkleRoot(txID, merkleProof)// Check if merkle root is included in the first BH.assert(merkleRoot == headers[0].merkleRoot,"Merkle root of proof doesn't match the one in the BH.")// Check target diff for headers.for (let i = 0; i < CrossChainSwap2.MIN_CONF; i++) {assert(Blockchain.isValidBlockHeader(headers[i],this.targetDifficulty),`${i}-nth BH doesn't meet target difficulty`)}// Check header chain.let h = Blockchain.blockHeaderHash(headers[0])for (let i = 0; i < CrossChainSwap2.MIN_CONF; i++) {if (i >= 1n) {const header = headers[i]// Check if prev block hash matches.assert(header.prevBlockHash == h,`${i}-th BH wrong prevBlockHash`)// Update header hash.h = Blockchain.blockHeaderHash(header)}}// Verify Alices signature.assert(hash160(alicePubKey) == this.aliceAddr, 'Alice wrong pub key.')assert(this.checkSig(aliceSig, alicePubKey))}@method()public cancel(bobPubKey: PubKey, bobSig: Sig) {// Ensure nSequence is less than UINT_MAX.assert(this.ctx.sequence < CrossChainSwap2.UINT_MAX,'input sequence should less than UINT_MAX')// Check if using block height.if (this.timeout < CrossChainSwap2.LOCKTIME_BLOCK_HEIGHT_MARKER) {// Enforce nLocktime field to also use block height.assert(this.ctx.locktime <CrossChainSwap2.LOCKTIME_BLOCK_HEIGHT_MARKER,'locktime should be less than 500000000')}assert(this.ctx.locktime >= this.timeout,'locktime has not yet expired')// Verify Bobs signature.assert(hash160(bobPubKey) == this.bobAddr, 'Bob wrong pub key.')assert(this.checkSig(bobSig, bobPubKey))}
}