BLS와 같은 서명 집계 체계는 무엇이며 효율성을 어떻게 향상합니까?

블록체인 네트워크의 BLS 서명 집계 이해

BLS(Boneh-Lynn-Shacham) 서명 집계는 여러 디지털 서명을 단일 압축 서명으로 결합할 수 있는 암호화 방법입니다. 이 체계는 기존 ECDSA 또는 Schnorr 서명에서 찾을 수 없는 고유한 수학적 속성을 허용하는 페어링 기반 암호화를 활용합니다. 블록체인 시스템, 특히 확장성과 성능을 목표로 하는 시스템에서 BLS는 거래 서명의 크기와 검증 오버헤드를 줄여 중요한 역할을 합니다.

BLS가 거래 효율성을 향상시키는 방법

1. 다양한 참가자의 여러 서명을 하나로 통합하여 블록에 저장되는 데이터를 대폭 줄일 수 있습니다. 이는 블록체인의 팽창을 줄이고 노드 전체에 더 빠른 전파를 유지하는 데 도움이 됩니다.
2. 확인 시간은 집계된 서명 수에 관계없이 거의 일정하게 유지됩니다. 수백 개의 개별 서명을 검증하는 대신 노드는 단 하나의 집계된 서명만 확인하여 처리량을 향상시킵니다.
3. BLS 서명의 컴팩트한 특성은 블록 전송 중 대역폭 사용량을 낮추며, 이는 연결이 제한된 분산 네트워크에 특히 유용합니다.
4. 서명 관련 메타데이터를 최소화함으로써 블록 생산자는 크기 제한을 늘리지 않고도 블록당 더 많은 트랜잭션을 포함할 수 있어 전체 네트워크 용량이 향상됩니다.
5. Ethereum 2.0과 같은 지분 증명 프로토콜에서 BLS를 사용하면 검증자의 증명이 효율적으로 집계되어 수천 개의 합의 투표가 체인상의 단일 서명으로 표시될 수 있습니다.

보안 및 구현 고려 사항

1. BLS는 페어링 작업을 위해 특별히 설계된 BLS12-381과 같은 안전한 타원 곡선을 사용합니다. 이러한 곡선은 부채널 공격을 방지하고 양자 위협에 대한 장기적인 저항을 보장하기 위해 신중하게 구현되어야 합니다.
2. 위조를 방지하려면 "해시-곡선"과 같은 고유한 메시지 해싱 기술이 필요하므로 통합이 표준 서명 체계보다 더 복잡해집니다.
3. 집계는 효율성을 향상시키지만 소유 증명 또는 계수를 사용한 키 집계와 같은 대책이 적용되지 않으면 부적절한 키 관리 또는 악의적인 공개 키 공격으로 인해 보안이 손상될 수 있습니다.
4. 노드는 집계 전에 부분 서명을 수집하도록 조정해야 하며 서비스 거부 시나리오를 방지하기 위해 안정적인 P2P 통신 계층이 필요합니다.
5. 서명자 간의 상호 작용이 필요한 다중 서명 체계와 달리 BLS는 비대화형 집계를 지원합니다. 즉, 모든 당사자가 서명이 생성된 후 이를 결합할 수 있어 분산 환경에서 더 큰 유연성을 제공합니다.

레이어 2 및 확장 솔루션에 미치는 영향

1. 롤업 및 상태 채널은 인출 증명 또는 일괄 거래 서명을 집계하여 BLS의 이점을 활용하여 온체인 호출 데이터 비용을 크게 줄입니다.
2. 낙관적 롤업에서는 여러 관찰자가 서명한 사기 증명을 BLS를 사용하여 압축하여 분산화를 유지하면서 분쟁 해결을 가속화할 수 있습니다.
3. ZK-롤업은 유사한 암호화 기본 요소를 사용하며 BLS를 통합하면 클러스터 전체에서 재귀 증명을 확인할 때 유효성 검사기 조정이 향상됩니다.
4. 통합된 동기화 위원회에 의존하는 라이트 클라이언트는 간결한 BLS 서명 덕분에 최소한의 계산 부하로 체인 일관성을 확인할 수 있습니다.
5. 크로스체인 브리지는 BLS를 활용하여 다자간 서명 이벤트를 안전하게 검증합니다. 여기서 검증인의 임계값은 자산 전송이 승인되기 전에 메시지에 서명해야 하므로 신뢰 가정이 줄어듭니다.

자주 묻는 질문

BLS가 Schnorr 서명과 다른 점은 무엇입니까? BLS는 타원 곡선에 대한 이중선형 쌍을 사용하여 여러 서명이 하나가 되는 진정한 서명 집계를 허용합니다. Schnorr는 다중 서명을 지원하지만 서명 중에 조정이 필요하며 임의의 서명 후 조합을 허용하지 않습니다.

하나의 개인 키가 노출되면 BLS 서명이 위조될 수 있나요? 예. 참가자의 개인 키가 손상되면 공격자가 서명을 위조할 수 있습니다. 그러나 이로 인해 전체 시스템이 손상되지는 않습니다. 영향을 받은 서명자의 기여만 신뢰할 수 없게 됩니다.

BLS 서명을 확인할 때 성능 저하가 있습니까? 확인에는 계산 집약적인 페어링 작업이 포함되며 이는 ECDSA 확인보다 느립니다. 그러나 한 번에 수백 개의 서명을 확인할 수 있는 기능은 처리량이 많은 환경에서 이러한 비용을 상쇄합니다.

모든 블록체인 플랫폼은 기본적으로 BLS를 지원합니까? 아니요. 지원은 기본 암호화 라이브러리 및 합의 설계에 따라 다릅니다. 이더리움은 비콘 체인에 BLS를 채택했지만 Bitcoin 및 많은 알트체인은 기본 BLS 통합 없이 여전히 ECDSA에 의존하고 있습니다.