LiquiDEX v1: risolvere la questione Range Proof

TL;DR: LiquiDEX v1 migliora rispetto alla versione 0 rimuovendo i value blinding factor dalla swap proposal, evitando così che il Taker possa sostituire la range proof. Possiamo ora sostituire i value blinding factor con value blind proof e scalar offset. Questo rende l’integrazione con i wallet molto più semplice, meno invasiva e più sicura. Esistono comunque dei compromessi: l’input del Maker input non dovrebbe essere stato mandato da un potenziale Taker e se il Maker utilizza un input (un)blinded, dovrà utilizzare anche un output (un)blinded. Un prototipo funzionante è già disponibile su BEWallet. Per maggiori informazioni, o per discutere di eventuali proposte, puoi contattarmi qui o sulla piattaforma della community Build On L2, una volta lanciata.

LiquiDEX è un protocollo funzionante utilizzato per effettuare atomic swap 2 step su Liquid Network. Richiede una singola interazione tra le parti coinvolte nello swap, migliorando drasticamente la UX. Può essere utilizzato come building block per implementare sistemi più complessi come OTC desk automatizzati, aste o persino exchange decentralizzati (DEX). Dai un’occhiata al nostro blog post per maggiori dettagli.

Questione Range Proof

Con Confidential Transactions, le informazioni unblinded vengono criptate in uno degli output field, ossia la range proof. Quando si riceve una transazione, le informazioni unblinded vengono decrittate e utilizzate per effettuare una spesa. Tuttavia, questo campo non è coperto dalla firma della transazione. Pertanto, il Taker può sostituirne il valore rendendo impossibile per il Maker rivelare il contenuto della transazione.

Nel post pubblicato in precedenza, abbiamo cercato di spiegare come questo problema possa essere risolto utilizzando deterministic blinder e (ab)usando de nonce commitment field per decrittare la cifra e (parte de) l’asset id. Tuttavia, questa soluzione è piuttosto complessa e non funziona con i wallet generici (Elements Core o Green).

Risolvere la questione Range Proof

Una delle possibili soluzioni potrebbe essere l’utilizzo di SIGHASH_RANGEPROOF, sebbene non funzioni nel caso di LiquiDEX. Quando si utilizza SIGHASH_RANGEPROOF, la firma copre la range proof ma anche la surjection proof. Il Maker, tuttavia, non è in grado di creare la surjection proof per il suo output dal momento che non c’è ancora alcun input con lo stesso asset.

Un altro approccio

L’obiettivo è quello di evitare che il Taker possa generare una range proof valida per l’output del Maker.

Innanzitutto, il Taker deve essere in grado di analizzare e finanziare la transazione, pertanto gli asset e i valori di input (e output) devono essere condivisi dal Maker. In secondo luogo, il Taker deve essere in grado di generare la surjection proof per l’output del Maker, pertanto anche il blinding factor dell’asset di output (asset blinder, abf) deve essere condiviso. Infine, il Taker deve essere in grado di generare surjection proof per i suoi output con l’asset inviato dal Taker, pertanto anche il blinding factor dell’asset di input deve essere condiviso.

Dobbiamo quindi sostituire i value blinding factor di input e output (value/amount blinders, vbf) con qualcosa che consenta al Taker di verificare i value commitment e nascondere la transazione.

Per verificare il value commitment, possiamo utilizzare blind value proof. Una blind value proof è “una value range proof esplicita che prova che il value commitment corrisponde al valore esplicito”. Queste vengono utilizzate nelle Partially Signed Elements Transactions (PSETs). Per nascondere correttamente una Confidential Transaction, l’ultimo value blinding factor, diversamente da tutti gli altri blinding factor, non viene scelto casualmente ma in modo tale che input e output “sommati diano come risultato 0”. In altre parole, la somma degli scalar_offsets degli input equivale alla somma degli scalar_offsets degli output, dove per scalar_offsets si definisce:

scalar_offset = abf * value + vbf (mod n)

L’idea è che il Maker condivida il suo scalar offset:

maker_scalar_offset = abf_o * value_o + vbf_o - (abf_i * value_i + vbf_i) (mod n)

Tuttavia, esistono alcuni compromessi per evitare di rivelare inavvertitamente i value blinding factor.

Tradeoff

L’input del Maker non deve essere stato inviato da un potenziale Taker. Se così non fosse, il Taker sarebbe a conoscenza di vbf_i e potrebbe calcolare vbf_o da maker_scalar_offset. vbf_i dovrebbe essere invece scelto dal Maker e mantenuto segreto. Ciò è fattibile attraverso transazioni send to self (con cui è anche possibile creare una UTXO della dimensione desiderata).

Inoltre, questo comporta che l’input del Maker non derivi da uno swap LiquiDEX v0.

Se l’input del Maker è unblinded, a quel punto anche l’output del Maker dovrà essere unblinded. Allo stesso modo, se l’input del Maker è blinded, dovrà esserlo anche l’output del Maker. Se così non fosse, il Taker conoscerebbe uno dei value blinding factor (pari a 0) e potrebbe calcolare l’altro value blinding factor.

Infine, in caso di proposte multiple con lo stesso input, è fondamentale creare un nuovo vbf_o ogni qualvolta abf_o o value_o cambino. Se così non fosse, si avrebbero due equazioni distinte.

maker_scalar_offset  = abf_o  * value_o + vbf_o - (abf_i * value_i + vbf_i) (mod n)

maker_scalar_offset' = abf_o' * value_o + vbf_o - (abf_i * value_i + vbf_i) (mod n)

con due incognite, che consentirebber al Taker di calcolare vbf_o.

LiquiDEX v1

Partiamo dal formato LiquiDEX v0 per evidenziare differenze e similitudini:

{
  "version": 0,
  "tx": "...",
  "inputs": [{
    "asset": "...",
    "amount": 1,
    "assetblinder": "...",
    "amountblinder": "...",
  }],
  "outputs": [{
    "asset": "...",
    "amount": 1,
    "assetblinder": "...",
    "amountblinder": "...",
  }],
}

LiquiDEX v1 sostituisce i value blinding factor (value/amount blinder, vbf) con blind value proof e aggiunge un campo/field top level per lo scalare:

{
  "version": 1,
  "tx": "...",
  "inputs": [{
    "asset": "...",
    "satoshi": 1,
    "assetblinder": "...",
    "value_blind_proof": "...",
  }],
  "outputs": [{
    "asset": "...",
    "satoshi": 1,
    "assetblinder": "...",
    "value_blind_proof": "...",
  }],
  "scalars": ["..."],
}

In teoria, le proposte LiquiDEX v0 possono essere aggiornate a LiquiDEX v1, ma per semplicità, in questa fase è meglio considerare questo aggiornamento un breaking change. È da notare come abbiamo anche sostituito “cifra” con “satoshi”.

Un’implementazione funzionante

Abbiamo sviluppato un prototipo funzionante in BEWallet.

Installa il wallet:

git clone https://github.com/LeoComandini/BEWallet-cli.git
cd BEWallet-cli
cargo install .

Il Maker elenca le sue coin per scegliere quella con cui effettuare uno swap:

$ bewallet-cli --testnet --electrum-url blockstream.info:465 --data-root $PWD --mnemonic "$MNEMONIC" get-coins | jq
[
  ...
  {
    "txo": {
      "outpoint": "[elements]2dfaf9ca94fe817998456f02ab5093f5c1cf35e141efaf80212fe39ec4f6947c:0",
      "script_pubkey": "a9144a597f4df12eea440e4e569f6e73b3e3b8794bdd87",
      "height": 508358
    },
    "unblinded": {
      "asset": "38fca2d939696061a8f76d4e6b5eecd54e3b4221c846f24a6b279e79952850a5",
      "asset_bf": "9810d5b7987be0b2a2fecc3b0eb5e0a47e4386380f81c444659049890e8d0081",
      "value": 100,
      "value_bf": "f0450ba54ed42f13a56589317cd2fe2d28ce20796dacea8b49a14d806fce87a3"
    }
  }
]

In seguito fa la sua proposta:

$ bewallet-cli --testnet --electrum-url blockstream.info:465 --data-root $PWD --mnemonic "$MNEMONIC" liquidex-make --txid 2dfaf9ca94fe817998456f02ab5093f5c1cf35e141efaf80212fe39ec4f6947c --vout 0 --asset 144c654344aa716d6f3abcc1ca90e5641e4e2a7f633bc09fe3baf64585819a49 --rate 100
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E la invia al Taker, che può accettarla:

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Il risultato è questa transazione, che può essere parzialmente rivelata dal Maker e dal Taker.

Futuri miglioramenti

Diversamente da LiquiDEX v0, LiquiDEX v1 non ha bisogno di un metodo personalizzato per rivelare l’output ricevuto dal Maker. Pertanto, non è strettamente necessario avere un wallet specifico. Per esempio, è possibile scrivere un piccolo Python wrapper utilizzando il wallet Elements Core, un approccio simile ai primi tre prototipi di LiquiDEX descritti nel nostro primo blog post.

LiquiDEX v1 non utilizza PSET in quanto non dispone di uno spazio in cui conservare gli asset blinding factor. Quando ciò sarà possibile, aggiorneremo la versione e utilizzeremo PSET.

Conclusioni

LiquiDEX è un protocollo che viene utilizzato per effettuare atomic swap P2P 2 step. Questo migliora la UX, in quanto richiede una singola interazione tra Maker e Taker, con debiti compromessi.

LiquiDEX v0 richiede sforzi significativi dal punto di vista dei wallet per gestire il processo di blinding e unblinding in modo sicuro e corretto. LiquiDEX v1 rimuove i value blinding factor dalla proposta, evitando che il Taker possa sostituire la range proof. Questo rende l’integrazione wallet più semplice, meno invasiva e più sicura.

Tuttavia, esistono dei compromessi. L’input del Maker non deve essere stato inviato da un potenziale Taker e se il Maker sta utilizzando un input (un)blinded, dovrà anche utilizzare un output (un)blinded.

Riconoscimenti

Vorrei ringraziare Riccardo Casatta e Valerio Vaccaro per i test e le review/revisioni e Jonas Nick per il feedback sul design crittografico.

Se vuoi saperne di più su LiquiDEX e gli swap su Liquid, o se vuoi discutere di qualche proposta, contattami qui, o sulla piattaforma della community Build On L2, una volta lanciata.