Was ist eine BLS -Signatur?

Was ist eine BLS -Signatur?

Eine BLS -Signatur, benannt nach den Erfindern Dan Boneh, Ben Lynn und Hovav Shacham, ist eine Art digitaler Signaturschema, das bilineare Paarungen in der kryptografischen elliptischen Kurve verwendet. BLS -Signaturen sind bekannt für ihre kurze Signaturgröße und die Fähigkeit, mehrere Signaturen in eine einzelne kompakte Signatur zu aggregieren . Dies macht sie besonders nützlich in Blockchain- und Kryptowährungsanwendungen, bei denen Effizienz und Skalierbarkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Wie BLS -Unterschriften funktionieren

BLS -Signaturen arbeiten nach dem Prinzip bilinearer Paarungen, bei denen es sich um mathematische Operationen handelt, die zwei Elemente von einer Gruppe zur anderen abbilden. Im Zusammenhang mit BLS -Signaturen sind diese Gruppen typischerweise elliptische Kurvengruppen. Der Prozess der Erzeugung und Überprüfung einer BLS -Signatur umfasst mehrere Schritte:

• Schlüsselgenerierung : Ein Benutzer generiert ein öffentlich-privates Schlüsselpaar. Der private Schlüssel ist eine Zufallszahl, und der öffentliche Schlüssel wird von der privaten Schlüssel unter Verwendung einer Punktmultiplikation auf einer elliptischen Kurve abgeleitet.
• Unterzeichnung : Um eine Nachricht zu unterschreiben, hasht der Benutzer die Nachricht und multipliziert den Hash mit ihrem privaten Schlüssel. Dies führt zu einem Punkt auf der elliptischen Kurve, die die Signatur ist.
• Überprüfung : Um die Signatur zu überprüfen, verwendet der Überprüfer den öffentlichen Schlüssel und die Nachricht. Sie haben die Nachricht, multiplizieren Sie sie mit dem öffentlichen Schlüssel und verwenden dann eine bilineare Paarung, um zu überprüfen, ob das Ergebnis der Signatur übereinstimmt.

Vorteile von BLS -Unterschriften

BLS -Signaturen bieten mehrere Vorteile, die sie für die Verwendung in Kryptowährung und Blockchain -Systemen attraktiv machen:

• Kurze Signaturen : BLS -Signaturen sind erheblich kürzer als andere Arten von Unterschriften wie ECDSA -Signaturen. Dies reduziert die Datenmenge, die gespeichert und übertragen werden müssen.
• Aggregation : Eine der leistungsstärksten Merkmale von BLS -Signaturen ist die Fähigkeit, mehrere Signaturen in eine einzelne Signatur zu aggregieren. Dies kann die Datengröße in Blockchain -Transaktionen erheblich verringern und die Skalierbarkeit verbessern.
• Effizienz : Der Überprüfungsprozess für BLS -Signaturen kann effizienter sein, insbesondere bei aggregierten Signaturen.

Anwendungen von BLS -Signaturen in Kryptowährung

BLS -Signaturen haben mehrere Anwendungen innerhalb des Kryptowährungsraums gefunden:

• Ethereum 2.0 : Der Übergang von Ethereum zu Ethereum 2.0 enthält die Verwendung von BLS -Signaturen für Bedenken hinsichtlich des Validators. Dies hilft bei der Verringerung der Datengröße und zur Verbesserung der Effizienz des Konsensmechanismus.
• ZCASH : ZCASH verwendet BLS -Signaturen für seine abgeschirmten Transaktionen, die verbesserte Privatsphäre und Sicherheit bieten.
• Algorand : Algorand verwendet BLS -Signaturen für sein Konsensprotokoll und ermöglicht eine schnelle und sichere Transaktionsvalidierung.

Implementierung von BLS -Signaturen

Die Implementierung von BLS -Signaturen beinhaltet mehrere Schritte und Überlegungen. Hier finden Sie eine detaillierte Anleitung zum Implementieren von BLS -Signaturen in einer Kryptowährungsanwendung:

• Wählen Sie eine Bibliothek : Wählen Sie zunächst eine kryptografische Bibliothek aus, die BLS -Signaturen unterstützt. Zu den beliebten Auswahlmöglichkeiten gehören bls-signatures für Python und blst für C.

• Tasten generieren : Verwenden Sie die Bibliothek, um einen privaten Schlüssel zu generieren und den entsprechenden öffentlichen Schlüssel abzuleiten. Zum Beispiel in Python unter Verwendung von bls-signatures :

   from bls import PrivateKey, PublicKey private_key = privateKey.from_seed (b'seed ') public_key = privat_key.get_public_key ()

• Unterschreiben Sie eine Nachricht : Hash die Nachricht und unterschreiben Sie sie mit dem privaten Schlüssel. Fortsetzung des Python -Beispiels:

   message = b'message' signature = private_key.sign(message)

• Überprüfen Sie die Signatur : Verwenden Sie den öffentlichen Schlüssel, um die Signatur zu überprüfen. In Python:

   is_valid = PublicKey.from_bytes(public_key.serialize()).verify(signature, message)

• Aggregatsignaturen : Bei Bedarf mehrere Signaturen in eine einzelne Signatur aggregieren. Dies kann wie folgt erfolgen:

   signatures = [sig1, sig2, sig3] aggregated_signature = PrivateKey.aggregate_signatures(signatures)

• Überprüfen Sie aggregierte Signaturen : Überprüfen Sie die aggregierte Signatur anhand der entsprechenden öffentlichen Schlüssel:

   public_keys = [pk1, pk2, pk3] is_valid = PublicKey.aggregate_verify(public_keys, messages, aggregated_signature)

Sicherheitsüberlegungen

Während BLS -Unterschriften viele Vorteile bieten, sind sie auch mit spezifischen Sicherheitsüberlegungen geliefert:

• Paarungsfreundliche Kurven : BLS-Signaturen erfordern die Verwendung von pairing-freundlichen elliptischen Kurven. Diese Kurven müssen sorgfältig ausgewählt werden, um die Sicherheit zu gewährleisten.
• Zufälligkeit : Die Erzeugung privater Schlüssel muss einen sicheren Zufallszahlengenerator verwenden, um Angriffe zu verhindern.
• Schwachstellen für Implementierung : Wie bei jedem kryptografischen System muss die Implementierung von BLS -Unterschriften sorgfältig geprüft werden, um Schwachstellen zu verhindern.

Leistungsmetriken

Die Leistung von BLS -Signaturen kann je nach Implementierung und spezifischem Anwendungsfall variieren. Hier sind einige allgemeine Leistungsmetriken:

• Signaturgröße : Eine typische BLS -Signatur beträgt etwa 48 Bytes, wesentlich kleiner als ECDSA -Signaturen, die normalerweise 64 Bytes sind.
• Überprüfungszeit : Die Überprüfungszeit für eine einzelne BLS -Signatur ist mit ECDSA vergleichbar, aber die Überprüfung der aggregierten Signaturen kann viel schneller sein.
• Aggregationszeit : Die Zeit, um mehrere Signaturen zu aggregieren, ist im Allgemeinen linear mit der Anzahl der Signaturen, aber die resultierende aggregierte Signatur kann viel effizienter überprüft werden.

Häufig gestellte Fragen

1. Können BLS -Signaturen mit einer Blockchain verwendet werden?

   BLS -Signaturen können mit jeder Blockchain verwendet werden, die die notwendigen kryptografischen Operationen unterstützt. Die spezifische Implementierung und Integration hängt jedoch von der Architektur der Blockchain und den von ihnen unterstützten kryptografischen Bibliotheken ab.

2. Sind BLS -Unterschriften sicherer als andere Arten von Unterschriften?

   BLS -Signaturen gelten als sicher, wenn sie korrekt implementiert werden. Sie bieten unterschiedliche Sicherheitseigenschaften im Vergleich zu anderen Unterschriften wie ECDSA, insbesondere in Bezug auf die Aggregation und die kurze Signaturgröße. Die Sicherheit eines Signaturschemas hängt jedoch von der Implementierung und den zugrunde liegenden kryptografischen Annahmen ab.

3. Wie verbessern BLS -Signaturen die Skalierbarkeit in Blockchain -Netzwerken?

   BLS -Signaturen verbessern die Skalierbarkeit, indem mehrere Signaturen zu einer einzigen Signatur aggregiert werden können. Dies verringert die Datenmenge, die auf der Blockchain gespeichert und übertragen werden müssen, was den Durchsatz und Effizienz des Netzwerks erheblich verbessern kann.

4. Was sind die Hauptherausforderungen bei der Implementierung von BLS -Signaturen?

   Die Hauptherausforderungen bei der Implementierung von BLS-Signaturen sind die Auswahl der richtigen Paarungskurven, die Sicherstellung der sicheren Zufallszahlengenerierung und die gründliche Prüfung der Implementierung, um Schwachstellen zu verhindern. Darüber hinaus kann die Integration von BLS -Signaturen in vorhandene Blockchain -Systeme erhebliche Änderungen an den Konsens- und Validierungsmechanismen erfordern.