Atomic swap：不經由第三方完成的安全可靠的跨區塊鏈交易

因為加密貨幣交易所不時傳出被駭客攻擊、被凍結、甚至卷款倒閉的事情，人們開始意識到把錢放在交易所的大金庫其實是不太安全的，也有一些去中心化交易所的方案被提出來，試著在保障使用者資產安全的前提下交易。

然而，這些基于以太坊智慧合約實現的去中心化交易所，都有一個最大的局限，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春許多。

因為區塊鏈創造的安全交易機制，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交由第三方保管，完成互換后再發還給擁有者。所以我們想試著找到一個方法，能夠達成

只要雙方互相約定，就能安全的達成跨鏈的資產交易

這乍看之下好像很簡單，就是一手交錢一手交貨嘛。但實際上，我們在日常生活中之所以能實現所謂的付錢取貨，其實仰賴了很多東西，比方說信任，比方說法律，比方說監視器和防盜門。而場景一旦換到網路世界，事情就變得沒那么單純。

比方說小時候玩的線上游戲吧，有些人會用點數卡序號去跟其他玩家換游戲幣，但永遠都存在一個無解的問題：先給點數還是先給幣？我怎么知道如果先給了對方會不會直接跑掉？

加密貨幣交易也有同樣的問題，當你的交易對手是某個網路上不具名的人，你們要如何相信彼此能完成一筆交易而不被對方騙？或者說，怎么保證只要對方只要拿了我的錢就一定會給我貨？

交易的原子性

所謂的原子性（Atomic） 指的是一筆交易應該像原子一樣，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，我給你錢你給我貨這兩件事情呢，必須要同時發生，否則就同時不發生。

為了創造這樣的特性，我們會用上一些區塊鏈的神奇黑魔法，以Bitcoin來說是雜湊函數和時間鎖；至于Ethereum的話就是智慧合約。

交易的過程大致上是這樣子的，假設我和一位匿名網友達成共識，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，為了后續說明方便，這里假設它們分別是：

BTC_in

BTC_out

ETH_in

ETH_out

再來，為了完成這筆交易，我需要為這筆交易創造一個秘密，具體來說會是一段只有我自己知道的字串，并算出這個秘密的雜湊值。

這里我選用的秘密是：早安我的朋友

接著，我發送一筆交易，將我的10 BTC從BTC_out轉出到一個特殊的暫存位置（ P2SH ），并且規定這筆錢有兩種方式可以轉走：一種是如果出示那個可以被Hash變成46f34 …8f4的秘密，就把錢交給BTC_in；另一種是如果錢放了兩個小時還沒被領走，那BTC_out就可以把錢領回去。

對方也要做類似的事情，把100 ETH 從ETH_out 轉到暫存的智慧合約，規定只要ETH_in 向合約出示能變成46f34…8f4 的正確秘密就可以把錢領走，否則一小時后ETH_out 可以把錢拿回去。

等這些設定都完成了之后，我就可以對合約說「早安我的朋友」，然后把對方的100 ETH 領走，同時因為區塊鏈資料是公開的，對方看得到我用來領錢的秘密，當然也就來把我的10 BTC 拿走，交易就算順利完成啦。

這里有兩個值得注意的小細節，第一個是領錢的規則，并不是任何知道秘密的人都可以領，要是指定的交易對手說出秘密才可以。這是因為區塊鏈上的資訊人人可見，所以當我在廣播交易的同時，所有人都會看到早安我的朋友，甚至有可能搶先在我的交易被確認之前，用同個秘密去把錢偷走，所以不能只認秘密，要同時限制收款人才行。

第二個是兩人的提款時限是不一樣的，因為即便雙方都用同一組雜湊，一開始卻只有我單方面知道秘密，所以當前面的設置完成之后，什么時候執行交易的主動權握在我手上。若是兩邊的時限一樣，我就可以在到期前不久打出領ETH 的指令，并趁對方來得及反應之前把本來的BTC 抽走。所以通常對方會把時限訂得比擁有秘密的人設定的時限再早一點，確保就算被壓死線也還有足夠的時間拿到應得的錢。

所以說，整個換手的過程，就是我選了一支密碼學鑰匙，并構造了一個可以被這支鑰匙解開的鎖。基于神奇的數學魔法，鎖是沒辦法回推鑰匙的形狀的。所以我安心的把自己的錢鎖起來，并給對方一個一模一樣的鎖，對方也安心的把他的錢用這個鎖給鎖起來，因為他知道，只要我亮出鑰匙來取他的錢，他絕對可以用同一把鑰匙拿走我的錢。

不同區塊鏈上的兩筆交易，用同一個雜湊鎖，產生了關聯

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方錢，否則就是兩邊都取回本來的錢，（理論上） 絕對不會有某一方拿了就跑的情況。而且更重要的是，這整個過程完全沒有第三方介入，雖然也需要把錢暫時鎖定，但這和放進交易所的大金庫有著根本的不同。藉由區塊鏈本身的鎖定機制，錢的控制權還是在擁有者手上，不會沒事就被盜。

拒絕付款攻擊

原子互換保證了兩個相依的交易會同時發生或同時不發生，卻不保證交易會發生，所以它仍然存在著一些待解的問題。這和第三方托管的場外交易有點類似，因為交易從設置到完成并不是及時的，所以我們一定要為彼此保留一個緩沖的時間，讓付款流程可以被完成，但這個時間差有被利用的可能。

因為設置好的交易不見得會被執行，對于有心人來說，這就成了絕佳的套利機會。我可以找人假意提出交易，待對手鎖定資產之后，自己不急著按下同意付款的按鈕，而是好整以暇的盯盤，一旦發現市場上的匯率出現波動，就立刻完成交易，并同時在另一邊以市價對沖，套取中間的價差。而如果時間到還沒有出現套利的機會，就拒絕付款，再找人發起交易，重復攻擊。

以BTC:ETH = 1:10，鎖定時間2小時/1小時為例，攻擊者有1 小時的機會可以故意拖延。如果是雙方都鎖定，在這段時間內匯率變成1:9，本來的BTC 方可以零風險套走10% 利潤。

我們假設有交易的意思表示就代表對當前的匯率滿意，也就是被攻擊的人心胸寬大不計較中間的匯差，這仍然會造成些許損失。首先是機會成本，盡管當事人給了一段緩沖期，但他本來不預期會被鎖定到最后一刻，這段時間如果有更好的交易機會出現，這筆錢也沒辦法參與，潛在的獲利即是損失。

再來是區塊鏈的使用成本，雖然交易前的設置階段還沒有真的轉帳，但是對于處理它的礦工而言，這仍然是一筆交易，也要收取一定數量的手續費，所以如果對方根本沒有誠意跟你做交易，其實這手續費就是白花了。

面對這些潛在的道德危機，完全去中心化的原子互換技術上還無法克服，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必很少。固然有些變通方法，比方說縮短鎖定期，但伴隨而來的卻是不方便和失竊風險。至于其他的解決方案，比方說建立外源的評價系統，或者用支付通道之類的第二層架構，則又會帶來程度不一的中心化。這可能也算是某種易用性與安全性與去中心化的三難吧。