LIQ:一文了解两步原子交换协议LiquiDEX

注：原文作者是blockstream研究员Leonardo Comandini。

长话短说：LiquiDEX 是一个在 Liquid网络上执行两步原子交换（atomic swaps）的协议，它只需要交换方的单次交互，这极大地改善了用户体验。而使用该协议，我们可以构建出更复杂系统的构建块，例如自动 OTC 交易柜台、拍卖平台甚至去中心化交易所 (DEX)。

注：LiquiDEX的产品还不可用。

Liquid网络是一个具有发行资产和保密交易（CT）的比特币侧链。

Liquid 的原生资产是 L-BTC（Liquid bitcoin），它相当于比特币的一个锚定币。

和以太坊一样，用户也可以在Liquid 网络上发行代表数字资产的token，一个例子就是Tether USD（USDT）。

和比特币一样，Liquid使用了一种UTXO模型，而它们的交易结构也相似。

下面是一笔简化的比特币交易，其中Alice 发送 1 BTC 给 Bob：

下面则是一笔简化的Liquid 交易，Alice 向 Bob 发送 0.5  L-BTC以及1000 USDT：

然而，因为使用了保密交易（CT）技术，Liquid网络的输入和输出是不可见的，因此外部观察者无法看到实际金额和资产。

这对交易者来说特别有用，通常而言，交易者并不想透露他们的操作，因为这些信息可能会影响到市场价格。

在上面的例子中，所有的输入都属于Alice，但情况并非一定如此：一些输入可能属于Alice，而另一些输入可能属于 Bob。

假设 Alice 想用L-BTC交换一些USDT，而Bob 想做相反的事情，则Alice 和 Bob 可以合作构建这样的交易：

交易完成后，Alice 发送了0.5 L-BTC 并收到了600 USDT， 而Bob 发送了 600 USDT，并收到了 0.5 L-BTC。

Matrixport研究主管：香港拥有丰富的大亨和资本充足的家办，可以为进入的加密公司提供资金:金色财经报道，Matrixport研究主管Markus Thielen认为，在政府和金融监管机构的批准下，香港有可能重新获得其作为亚洲领先加密中心的地位。Thielen表示，香港是世界上最方便、最无忧的城市，位于亚洲的中心。现在国际加密货币公司掀起了淘金热，为积极参与认股权证和其他衍生品合约等高波动性产品的香港散户投资者提供服务。这座城市拥有近100名亿万富翁，拥有丰富的大亨和资本充足的家族办公室，可以为进入这座城市的加密公司提供资金。

区块链投资公司Fineqia分析师Matteo Greco表示，香港的监管方式似乎为加密业务营造了更加合作和支持的环境，后者对比特币交易有限制。[2023/5/27 9:45:37]

交易要么发生，要么不发生（它不会部分发生），这使得交易是“原子”的，这就是一笔P2P 原子交换交易，Alice 和 Bob 交换了一些资产，他们之间彼此并不信任，也不需要信任一个第三方。

在 Liquid 上支持原子交换的第一个实现是Liquid Swap Tool，它使用了一个三步协议。

其中第一步是 Alice 提出一笔swap交易：

第二步是Bob 接受这个提议：

然而这笔交易还没有准备好被广播，我们需要第三步，其中Alice来最终确定这个提议：

这 3 个步骤是使swap交易与标准交易无法区分的必要步骤。但是，它也存在着一些缺点。

该协议分析起来会更复杂。由于不同的原因，它可能会在不同的步骤失败，也许是提议格式不正确，交易不再有利可图，那么一方可能会中止协议。

Alice 还需要在线才能完成协议。 如果 Alice 花费太多时间来完成，Bob 可能会进行另一次swap交易并使他接受的提议无效。

这使得用户体验变得繁琐，并且很难将这些swap交易集成到其他服务中。

而一个两步协议将解决大多数的问题，事实上，两步协议的用户体验非常类似于“发送交易”：Alice询问她想要交换什么，然后最终交换发生。

在过去的几个月里，我们构建出了LiquiDEX这个想法。

数据：Axie Infinity将于1月23日解锁占总量1.8%的AXS Token:1月23日消息，据Token Unlocks数据显示，链游Axie Infinity将于1月23日解锁489万枚AXS Token，占AXSToken总量的1.8%，现值超6180万美元。[2023/1/23 11:26:32]

LiquiDEX 是一个在 Liquid 网络上执行原子交换的两步协议。

该协议涉及到了两方：Maker 和 Taker，其中Maker 想要发送一些资产并接收一些其他资产作为交换，它创建 LiquiDEX 提议并发送给 Taker。Taker 接受该提议，并在 Liquid网络上结算swap交易。

版本：数字，可选的非负整数，默认为 0，

tx：字符串，十六进制编码的签名 Liquid 交易，

输入：对象数组，交易输入的非盲信息；item具有以下属性：Asset：字符串，十六进制编码的资产，聪：以聪为单位的整数数量，assetblinder:字符串，十六进制编码的资产盲注，amountblinder: 字符串，十六进制编码的数量盲注，

输出：对象数组，交易输出的非盲信息；item具有相同的输入对象格式。

Asset、assetblinder 和 amountblinder 与 Elements Core 一致地进行十六进制序列化，这与它们的字节序列化相反。

LiquiDEX 提案格式定义了 Maker 和 Taker 必须达成一致的内容。其他一切都可以由双方任意选择以实现所需的行为。

让我们分析一个他们可能选择做什么的例子。

Maker 有一个UTXO U_xA持有x数量的A资产，而他想要将其资产交换成y数量的B资产。

Maker创建了一笔交易，花费单个UTXO U_xA并接收y数量的B资产。

Maker屏蔽（blinds）这个输出。在实践中，这有一些重要的挑战，权衡和实现细节将在下一节中讨论。

Maker 使用SIGHASH_SINGLE | SIGHASH_ANYONECANPAY 对（唯一）输入进行签名，这允许 Taker 添加更多的输入和输出，而不会使 Maker 签名无效。

华尔街日报：Alameda欠FTX约100亿美元:11月10日消息，知情人士表示，FTX 创始人 Sam Bankman-Fried（SBF）本周告诉一位投资者，Alameda欠FTX 约100亿美元，FTX 借出价值数十亿美元的客户资产来为 Alameda Research 的风险投资提供资金。总而言之，FTX 拥有 160 亿美元的客户资产，因此 FTX 将其一半以上的客户资金借给了其姊妹公司 Alameda。（《华尔街日报》）[2022/11/10 12:45:34]

其他Maker按照上述规定创建 LiquiDEX 提议，并将提议发送给 Taker。

Taker 收到提议，并进行一些验证，其中可能包括：

输入和输出数组的长度为 1；

tx 是有效的 Liquid 交易；

tx 有 1 个输入和 1 个输出；

tx 输入未花费；

tx 已签名，并且签名与SIGHASH_SINGLE | SIGHASH_ANYONECANPAY有效；

输出承诺（commitment）匹配输出的非盲信息；

先前的输出承诺匹配输入的非盲信息；

Taker 添加一个输出，该输出接收x数量的A资产。

Taker为交易提供资金，即他为资产B和费用添加输入，根据需要更改输出，以及显式费用输出。

Taker使用提议中的非盲信息来屏蔽交易。

Taker用SIGHASH_ALL对新添加的输入进行签名。

Taker广播交易，一旦这笔交易被纳入一个区块，这笔swap交换交易就被结算了。

LiquiDEX 有一些权衡，我们在这里总结一下。

优点：

更好的用户体验。

对swap交易参与者的要求较低，Maker 提出提议，然后可以离线，然后Taker接受提议，几分钟后完成结算；

协议更容易分析。

更容易集成到更复杂的系统中。

Maker 不会从 Taker 那里了解到破盲信息（unblinding information）。

数据：Azuki #1582 以150ETH价格成交:金色财经报道，据Etherscan数据显示，Azuki #1582 以150ETH价格成交。[2022/10/23 16:35:54]

缺点：

Maker 发送单个 UTXO，如果金额不是所需的，则需要进行额外的交易。

更少的匿名性，LiquiDEX交换是可识别的，因为SIGHASH_SINGLE | SIGHASH_ANYONECANPAY在交易中可见。

现在，我们来展示一些 LiquiDEX 支持的应用例子。

假设Maker想要把L-BTC卖掉换成USDT或L-CAD，他可以使用相同的 UTXO提出两个提议，一个发送L-BTC 并接收 USDT，另一个发送L-BTC 并接收 L-CAD。由于 UTXO 只能使用一次，所以他要么是收到USDT，要么是收到L-CAD。

Taker可以使用多个提议构建其交易，例如：

我们还可以实现一项服务，它接受用户的提议并负责匹配它们，这种服务既可以使用其他用户的资金，也可以使用自己的流动性资金。

Alice 发行了一种新资产，我们称之为 NFT。Alice 可以为此举行拍卖会，她公布了自己想要发送的输出的资产、数量和盲注（blinder），并将接受交换L-BTC（或她想要接收的任何其他资产）的提议。过了一段时间后，她会接受对她来说更有利可图的提议。

如果她想以一定的价格出售该NFT资产，那么她可以提出提议并希望有人接受它。

一组用户可使用点对点的方式在彼此之间中继提议，以维护一个去中心化的订单簿，这将是一个去中心化的交易所（DEX）。

当我们确信这个想法实际上是可行的之后，我们就开始对越来越复杂的原型进行迭代。

第一次迭代的所有输入和输入都是非盲的。它需要一个 Elements Core 节点以及一个没有额外依赖项的小型 Python 脚本来运行协议。

然后我们增加了对taker使用盲输入和输出的支持。

这需要一个额外的依赖项wally?来执行一些加密操作。

剩下的步骤是允许maker 也使用盲输入，我们这样做了，但不幸的是，实际的实现失败了。

印度财政部长：敦促银行使用Web3技术来检测欺诈并生成预警信号:金色财经报道，印度财政部长Nirmala Sitharaman在孟买举行的印度银行协会第 75 届年度大会上银行使用 Web3 和 AI 等技术来检测欺诈并生成预警信号。Nirmala Sitharaman还要求银行制定未来25年的计划，采用数字化和现代技术，到2047年使印度成为发达国家，她表示：“你需要制定战略来满足印度青年在未来 25 年的愿望，银行要有创新的投资组合，以便对年轻人有吸引力，并让他们能够接触到。”（menafn）[2022/9/18 7:04:09]

使用保密交易（CT），非盲信息在输出字段之一（范围证明——rangeproof）中加密。当收到交易时，这个非盲信息被解密并用于支出。然而，交易签名不涵盖此类字段。因此，Taker 可以替换其价值，而 Maker 将无法blind这笔交易。

解决这个问题的一个方法，是在本地保存每个提议的非盲信息，而不依赖于rangeproof数据。不幸的是，这与elements-cli 是不兼容的。 因此，我们不得不寻找新的想法来完成我们的实施。

我们需要一个让我们能以最少的开销进行实验的钱包。我们选择从使用 Electrum 服务器的Blockstream GDK Rust? 实现开始。这个想法是去除所有不需要的功能，以获得一个非常简单但有效的 Liquid Electrum 钱包。经过了数个月的努力之后，我们搞出了BEWallet。

然后我们添加了 LiquiDEX 支持，在这样做的同时，我们试图最大限度地减少用户应该备份的数据量。Electrum 钱包（单签名）备份通常包含一个BIP39助记词，但LiquiDEX还需要其他的东西。琐碎的办法是坚持所有提出的提议，但我们可以做得更好。

首先，我们可以确定性地推导出资产blinder以及金额blinder 。此外，交易有一个 Maker 不使用的字段，即 nonce commitment。此字段已签名，因此可用于存储一些有用的数据。我们想为资产存储 32 个字节，为数量存储 8 个字节，但我们只有 32 个字节（和 1 个位）可用。

我们选择使用 AES GCM IV 加密 nonce 字段中的金额，因为我们已经将其作为加密本地数据库的依赖项。

相反，资产将被迫违背资产承诺。当提出提议时，钱包将保留它可能在本地收到的资产。在揭盲时，它会尝试所有先前保留的资产，直到找到匹配项为止。

如果我们在另一台设备上恢复钱包呢？我们可以导出上一个钱包中的资产列表，如果丢失了，我们可能会记住它，因为我们可能只交易最受欢迎的资产，或者我们甚至可找到在 Liquid 上发行过的所有资产并尝试所有这些资产。

不管怎样，这可能会在未来进行一些改进，我们只是想要一些现在有效的东西。BEWallet 在早期仍然是一个附带项目，它可能会存在漏洞，因此要测试的话，请使用少量的资金。

安装BEWallet钱包：

Maker 列出其代币以选择要交换的代币：

然后制作提议：

并将该提议发送给接受它的Taker：

$ bewallet-cli --mainnet --electrum-url blockstream.info:995 --data-root $PWD --mnemonic "$MNEMONIC" liquidex-take --proposal '{"version":0,"tx":"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","inputs":[{"asset":"beebee1a548fbb20280e539b697de076d87859a25c2983ebc55f2d8bec40abc3","asset_blinder":"299999a36875bdb950a232de77f4d81fecf7fc073bb93e28940929e4b130edbc","amount_blinder":"c44f9bdb17a0754231305b36fcd046de567210689cc6de1eb11778a51b921d52","amount":5}],"outputs":[{"asset":"8026fa969633b7b6f504f99dde71335d633b43d18314c501055fcd88b9fcb8de","asset_blinder":"ee390be3dd1e53d1f723e1007234fa3074691a7d5f1cfdbd75e0255284ee40b1","amount_blinder":"70b0d48bc015e4930d4688ca67379e4a637a78c70f573fc009cf1cc1bfe32e3a","amount":5}]}' --broadcast

1980adeb659579e3d5fca673ab00e2f9a4fb933bfcabc0d52946ad3260552882

这导致了这笔交易?，它可以被maker 部分揭盲，而被taker完全揭盲。

请注意，可以使用 taker-cli.py 和一个Elements 节点执行 Taker 步骤。

BEWallet LiquiDEX 实现现在已经可以工作了，但它远非完美，我们削减了一些内容，在不久的将来，我们还会实施很多可能的优化和界面改进。其中有几个改进是我们很想去实现的，但我们必须要多等待一点时间。

我们想摆脱自定义JSON 格式以使用部分签名Elements交易，但是这还没有准备好。

那么我们宁愿降低 Maker 及其揭盲程序的复杂性，这可以使用 SIGHASH_RANGEPROOF? 来完成，这是一种新的sighash类型，其也涵盖了范围证明（rangeproof），但是，我们需要等待它的部署。

一旦我们同时拥有两者，任何支持 PSET 的钱包都可以以最少的更改实现LiquiDEX。

Liquid网络是具有原生资产的区块链，它允许两方或多方合作构建交易。这种交易可能包括双方之间的资产交换，换言之即一笔P2P原子交换。

这个swap交换协议的初始实现分为3个步骤。然而，它有几个问题，主要是用户体验会变糟。

LiquiDEX 是一种执行两步 P2P 原子交换的协议。这通过要求 Maker 和 Taker 之间的单次交互来改进用户体验，并做出合理的妥协。

LiquiDEX 更容易集成到其他系统中，并且可以成为实施 OTC 交易柜台、拍卖系统、DEX等的构建块。

而BEWallet则是一个支持LiquiDEX的可用Liquid Electrum 钱包。

致谢

我要感谢 Riccardo Casatta，是他提出了最初的想法，Luca 和 Valerio Vaccaro 帮助我进行了测试，特别是 Valerio 建立了liquidex.it，这是一个上传提案的网站，此外他还提出了拍卖系统的想法。

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