什麼是BLS簽名及其優勢？

BLS簽名使用雙線性配對來進行緊湊，可聚集的數字簽名，提高區塊鍊和加密貨幣應用的效率。

2025/04/11 05:00

BLS（Boneh-Lynn-Shacham）簽名是一種利用雙線性配對的數字簽名方案。它以發明家Dan Boneh，Ben Lynn和Hovav Shacham的名字命名。由於其獨特的特性和優勢，在加密貨幣和區塊鏈空間中特別有價值。在本文中，我們將探討BLS簽名是什麼，它們的工作方式以及它們在加密貨幣生態系統中提供的特定好處。

什麼是BLS簽名？

BLS簽名是一種使用雙線性配對的加密簽名類型，它們是數學操作，將兩個元素從一個組中獲取，並將其映射到另一組中的一個元素。該屬性允許BLS簽名實現某些效率和功能，而傳統簽名方案（例如ECDSA）（橢圓曲線數字簽名算法）無法實現。

BLS簽名背後的核心思想是使用這些雙線性配對來創建既短又可驗證的簽名。 BLS簽名通常由單個組元素組成，使其比其他簽名方案小得多。這種緊湊性是BLS特徵的關鍵優勢之一，尤其是在帶寬和存儲處於溢價的環境中。

BLS簽名如何工作

要了解BLS簽名的工作原理，請務必掌握雙線性配對的概念。雙線性配對是函數e：g1 x g2→gt，其中g1，g2和gt是組，e滿足某些特性。在BLS特徵的背景下，這些組通常是橢圓曲線組。

生成和驗證BLS簽名的過程涉及以下步驟：

• 密鑰生成：簽名器生成一個私鑰SK和相應的公共密鑰PK。私鑰是G1組的隨機元素，公共密鑰是使用G2中的發電機點從私鑰得出的。
• 簽名：要簽署消息M，簽名者將消息放到G1中的某個點，然後將此觀點乘以私鑰。結果是BLS簽名。
• 驗證：為了驗證簽名，驗證者計算簽名和G2中的發電機點的雙線性配對，並將其與哈希消息和公鑰的雙線性配對進行比較。如果兩個配對相等，則簽名是有效的。

此過程利用雙線性配對的屬性，以確保簽名既安全有效。

加密貨幣中BLS特徵的優勢

BLS簽名提供了幾種優勢，使它們在加密貨幣和區塊鏈空間中特別有吸引力：

• 簡單簽名：如前所述，BLS簽名非常緊湊。這在區塊鏈系統中至關重要，在該系統中，每個字節都會減少交易和區塊的大小，從而導致存儲和帶寬要求較低。
• 聚合：BLS簽名最強大的功能之一是它們的聚合能力。可以將多個BLS簽名組合成一個單個簽名，與單個簽名一樣短。這在多方需要簽署單個消息的情況下，例如在多簽名錢包或跨鏈交易中特別有用。
• 有效的驗證：即使在匯總時，也可以有效地驗證BLS特徵。這意味著驗證者可以檢查大量具有最小計算開銷的簽名，這對擴展區塊鍊網絡有益。
• 安全性：BLS簽名基於橢圓曲線組中離散對數問題的硬度，該組提供了很高的安全性。此外，雙線性配對的使用增加了額外的安全性，使BLS簽名具有抗其他特徵方案可能容易受到攻擊的某些類型的攻擊。

加密貨幣中BLS特徵的用例

BLS簽名在加密貨幣生態系統中發現了幾個應用程序：

• 以太坊2.0 ：以太坊向以太坊2.0（以太坊2.0）的過渡使用BLS簽名進行驗證。 BLS簽名的聚合特徵允許有效驗證多種證明，這對於網絡的可擴展性至關重要。
• 多簽名錢包：BLS簽名是多簽名錢包的理想選擇，其中多方需要簽署交易。匯總簽名的能力意味著即使具有多個簽名，交易大小也很小。
• 跨鏈交易：在需要在不同的區塊鍊網絡上驗證交易的情況下，BLS簽名可用於從多個鏈中有效匯總簽名，從而簡化驗證過程。

在加密貨幣項目中​​實施BLS簽名

對於希望在其加密貨幣項目中​​實現BLS簽名的開發人員，可以遵循以下步驟：

• 選擇一個庫：有幾個支持BLS簽名的密碼庫，例如BLS12-381庫。選擇一個與您項目的編程語言保持良好維護且兼容的庫。
• 生成密鑰：使用庫生成私鑰和公共密鑰。確保密鑰被牢固地存儲和管理。
• 簽名消息：實現簽名功能以生成消息的BLS簽名。這涉及將消息放置並乘以私鑰。
• 驗證簽名：實現驗證功能以檢查BLS簽名的有效性。這涉及計算雙線性配對並進行比較。
• 聚合簽名：如果您的用例需要它，請實現聚合功能以將多個BLS簽名組合到單個簽名中。

挑戰和考慮因素

儘管BLS簽名具有許多優勢，但仍有一些挑戰和考慮因素要記住：

• 複雜性：BLS簽名背後的數學可能很複雜，並且正確實施它們需要對橢圓曲線加密和雙線性配對有深入的了解。
• 性能：雖然BLS簽名在大小和驗證方面有效，但實際性能可能會因實現和使用的硬件而異。開發人員需要優化其代碼以實現最佳性能。
• 安全性：儘管BLS簽名是安全的，但它們並不能免疫所有類型的攻擊。開發人員必須對最新的加密研究保持最新狀態，並確保其實施可保護已知漏洞。

常見問題

問：現有區塊鍊網絡可以使用BLS簽名嗎？

答：是的，可以將BLS簽名集成到現有的區塊鍊網絡中，但需要仔細的計劃和實施。例如，以太坊2.0已成功整合了BLS簽名以供驗證者證明。但是，過渡可能需要更新網絡的共識機制和驗證過程。

問：BLS簽名是否與所有類型的加密貨幣兼容？

答：BLS簽名與大多數類型的加密貨幣兼容，但是特定的實現可能會根據加密貨幣的基礎加密基礎結構而有所不同。例如，使用不同橢圓曲線組的加密貨幣可能需要調整BLS簽名方案。

問：BLS簽名與ECDSA等其他簽名方案相比如何？

答：BLS簽名比ECDSA具有多個優點，包括較短的簽名和匯總多個簽名的能力。但是，ECDA被更廣泛地使用和理解，其實現通常更簡單。 BLS和ECDA之間的選擇取決於項目的特定要求，例如需要聚合和簽名大小的重要性。

問：在加密貨幣中使用BLS信號的潛在風險是什麼？

答：與BLS簽名相關的主要風險包括實施的複雜性，如果無法正確完成，這可能會導致錯誤以及基礎加密假設中的潛在脆弱性。開發人員必須確保其實施安全並定期更新以減輕這些風險。