Qu'est-ce qu'un système d'agrégation de signatures comme BLS et comment améliore-t-il l'efficacité ?

Comprendre l'agrégation de signatures BLS dans les réseaux Blockchain

L'agrégation de signatures BLS (Boneh-Lynn-Shacham) est une méthode cryptographique qui permet de combiner plusieurs signatures numériques en une seule signature compacte. Ce schéma exploite la cryptographie basée sur l'appariement, qui permet des propriétés mathématiques uniques que l'on ne trouve pas dans les signatures ECDSA ou Schnorr traditionnelles. Dans les systèmes blockchain, en particulier ceux visant l'évolutivité et la performance, BLS joue un rôle crucial en réduisant la taille et la surcharge de vérification des signatures de transaction.

Comment BLS améliore l'efficacité des transactions

1. Plusieurs signatures de différents participants peuvent être regroupées en une seule, réduisant ainsi considérablement les données stockées en blocs. Cela réduit le gonflement de la blockchain et permet de maintenir une propagation plus rapide entre les nœuds.
2. Le temps de vérification reste presque constant quel que soit le nombre de signatures regroupées. Au lieu de valider des centaines de signatures individuelles, un nœud vérifie une seule signature agrégée, améliorant ainsi le débit.
3. La nature compacte des signatures BLS réduit l'utilisation de la bande passante pendant la transmission par blocs, ce qui est particulièrement bénéfique pour les réseaux décentralisés avec une connectivité limitée.
4. En minimisant les métadonnées liées aux signatures, les producteurs de blocs peuvent inclure davantage de transactions par bloc sans augmenter les limites de taille, améliorant ainsi la capacité globale du réseau.
5. Dans les protocoles de preuve de participation comme Ethereum 2.0, BLS permet de regrouper efficacement les attestations des validateurs, permettant ainsi à des milliers de votes de consensus d'être représentés par une seule signature en chaîne.

Considérations relatives à la sécurité et à la mise en œuvre

1. BLS s'appuie sur des courbes elliptiques sécurisées telles que BLS12-381, spécialement conçues pour les opérations d'appariement. Ces courbes doivent être mises en œuvre avec soin pour éviter les attaques par canal secondaire et garantir une résistance à long terme aux menaces quantiques.
2. Des techniques uniques de hachage de messages telles que le « hachage vers courbe » sont nécessaires pour empêcher la falsification, ce qui rend l'intégration plus complexe que les schémas de signature standards.
3. Même si l'agrégation améliore l'efficacité, une mauvaise gestion des clés ou des attaques malveillantes par clé publique peuvent compromettre la sécurité si des contre-mesures telles que la preuve de possession ou l'agrégation de clés avec coefficients ne sont pas appliquées.
4. Les nœuds doivent se coordonner pour collecter des signatures partielles avant l'agrégation, ce qui nécessite des couches de communication peer-to-peer fiables pour éviter les scénarios de déni de service.
5. Contrairement aux schémas multisignatures qui nécessitent une interaction entre les signataires, BLS prend en charge l'agrégation non interactive, ce qui signifie que n'importe quelle partie peut combiner les signatures après leur production, offrant ainsi une plus grande flexibilité dans les environnements distribués.

Impact sur les solutions de couche 2 et de mise à l'échelle

1. Les rollups et les canaux d'État bénéficient du BLS en regroupant les preuves de retrait ou les signatures de transactions par lots, réduisant ainsi considérablement les coûts des données d'appel en chaîne.
2. Dans les cumuls optimistes, les preuves de fraude signées par plusieurs observateurs peuvent être compressées à l'aide de BLS, accélérant ainsi la résolution des litiges tout en maintenant la décentralisation.
3. Les ZK-Rollups utilisent des primitives cryptographiques similaires, et l'intégration de BLS améliore la coordination des validateurs dans la vérification des preuves récursives entre les clusters.
4. Les clients légers qui s'appuient sur des comités de synchronisation agrégés peuvent vérifier la cohérence de la chaîne avec une charge de calcul minimale, grâce aux signatures BLS succinctes.
5. Les ponts inter-chaînes utilisent BLS pour valider en toute sécurité les événements de signature multipartites, où un seuil de validateurs doit signer un message avant que les transferts d'actifs ne soient approuvés, réduisant ainsi les hypothèses de confiance.

Foire aux questions

Qu’est-ce qui différencie BLS des signatures Schnorr ? BLS utilise des appariements bilinéaires sur des courbes elliptiques, permettant une véritable agrégation de signatures où plusieurs signatures n'en font plus qu'une. Schnorr prend en charge les multisignatures mais nécessite une coordination lors de la signature et n'autorise pas de combinaison arbitraire après signature.

Les signatures BLS peuvent-elles être falsifiées si une clé privée est exposée ? Oui. Si la clé privée d'un participant est compromise, un attaquant pourrait falsifier sa signature. Cependant, cela ne détruit pas l'ensemble du système : seules les contributions du signataire concerné deviennent indignes de confiance.

Existe-t-il des compromis en termes de performances lors de la vérification des signatures BLS ? La vérification implique des opérations d'appariement gourmandes en calcul, qui sont plus lentes que les vérifications ECDSA. Toutefois, la possibilité de vérifier des centaines de signatures à la fois compense ce coût dans les environnements à haut débit.

Toutes les plateformes blockchain prennent-elles en charge BLS de manière native ? Non. La prise en charge dépend de la bibliothèque cryptographique sous-jacente et de la conception consensuelle. Ethereum a adopté BLS pour sa chaîne de balises, mais Bitcoin et de nombreuses altchains s'appuient toujours sur ECDSA sans intégration native de BLS.