CRAB-He – Bitcoin HTLC Protocol Implementation

crab-he

Overview

CRAB-He là một proof-of-concept implementation của giao thức thanh toán nâng cao trên Bitcoin, kết hợp giữa:

  • HTLC (Hash Time-Locked Contract)
  • Taproot script-path spending
  • Linked revocation & collateral mechanism

Project tập trung vào việc:

  • hiện thực hóa protocol ở mức transaction-level
  • kiểm chứng bằng on-chain execution (regtest & signet)
  • sinh artifact phục vụ nghiên cứu và publication

Motivation

Trong các hệ thống như Lightning Network:

  • HTLC truyền thống gặp vấn đề:

    • collateral lock-up
    • griefing attack
    • inefficiency trong multi-hop

CRAB-He được thiết kế để:

  • cải thiện cơ chế collateral
  • tăng tính an toàn trong multi-party setting
  • hỗ trợ nghiên cứu các biến thể HTLC nâng cao

Features

🔗 Advanced HTLC Construction

  • Implement HTLC logic với:

    • hash preimage condition
    • multi-party signature (2-of-2 Schnorr)

  • Hỗ trợ linked revocation mechanism

🌳 Taproot Script Integration

  • Sử dụng Taproot single-UTXO design

  • Script tree gồm:

    • leaf-CRAB (hash condition)
    • leaf-linked (multi-condition + signatures)

⛓️ On-chain Execution

  • Deploy và test trên:

    • Bitcoin regtest
    • Bitcoin signet

  • Tạo transaction thật + mining block (regtest)

📊 Experiment & Evaluation Pipeline

  • Parameter sweep (multi-hop, collateral threshold)

  • Coalition analysis (multi-party adversary model)

  • Baseline comparison:

    • MAD-HTLC
    • He-HTLC
    • CRAB standalone

📦 Artifact Generation

  • Xuất dữ liệu:

    • JSON / CSV / LaTeX tables

  • Sinh:

    • publication-ready tables
    • SVG figures

  • Đồng bộ trực tiếp với paper

Architecture

Cấu trúc project:

cmd/                → CLI tools (main, experiments, orchestration)
internal/
  channel/          → transaction & parameter logic
  htlc/             → HTLC implementation
scripts/            → deployment & automation scripts
artifacts/          → on-chain results & experiment outputs

Technical Highlights

1. Protocol-level Implementation

  • Không chỉ simulate → mà:

    • tạo transaction thật
    • broadcast lên network

2. Taproot & Script-path Spending

  • Sử dụng Schnorr signature + control block
  • Thực thi script-path witness:
<sig_B> <sig_A> <pre_b> <r^j_a> <script> <control_block>

3. On-chain Verification

  • Có bằng chứng thực:

    • TxID trên regtest & signet

  • Không phải mock → là execution thật

4. Research-grade Experimentation

  • Parameter grid + seed orchestration
  • Multi-hop analysis (n = 1,3,5,7)
  • Coalition feasibility evaluation

5. Publication Pipeline

  • Generate:

    • LaTeX tables
    • SVG figures

  • Sync trực tiếp với paper → cực hiếm ở project sinh viên

Security & Research Value

Project này chạm vào:

  • ⚡ Payment channel security
  • ⚡ Adversarial model (coalition attack)
  • ⚡ Collateral optimization

👉 Đây là các vấn đề đang được nghiên cứu trong blockchain scaling

Challenges

  • Làm việc với Bitcoin script & Taproot (rất low-level)
  • Debug transaction trên regtest/signet
  • Đồng bộ logic giữa protocol → implementation → experiment

Future Improvements

  • Tích hợp vào Lightning-like network simulation
  • Benchmark chi phí (fee, latency)
  • Formal verification (protocol correctness)
  • Visualization transaction flow

Conclusion

CRAB-He là một project thể hiện:

  • khả năng implement protocol blockchain thực tế

  • tư duy research + engineering kết hợp

  • kinh nghiệm với:

    • Bitcoin internals
    • Taproot
    • HTLC nâng cao

📌 One-line showcase

Implemented and validated an advanced HTLC-based Bitcoin protocol using Taproot, with on-chain execution, multi-hop analysis, and publication-ready evaluation pipeline.