什麼是BLS簽名？

以太坊2.0和Zcash中使用的BLS簽名提供了簡短的，可提高區塊鏈效率和可伸縮性的典型簽名。

2025/04/08 15:50

什麼是BLS簽名？

BLS簽名以其發明者Dan Boneh，Ben Lynn和Hovav Shacham的名字命名，是一種數字簽名方案，在橢圓曲線密碼學中使用雙線性配對。 BLS簽名以其短簽名大小和將多個簽名匯總成一個緊湊的簽名而聞名。這使得它們在效率和可擴展性至關重要的區塊鍊和加密貨幣應用中特別有用。

BLS簽名如何工作

BLS簽名以雙線性配對的原理運行，這些原理是數學操作，將兩個元素從一個組映射到另一組。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簽名的過程涉及幾個步驟：

• 密鑰生成：用戶生成一個公私密鑰對。私鑰是一個隨機數，公共密鑰是使用橢圓曲線上的點乘法從私鑰得出的。
• 簽名：要簽署消息，用戶將消息放大，然後將哈希乘以其私鑰。這會導致橢圓曲線的點，這是簽名。
• 驗證：為了驗證簽名，驗證者使用公共密鑰和消息。他們將消息放置，將其乘以公開密鑰，然後使用雙線性配對來檢查結果是否與簽名匹配。

BLS簽名的優勢

BLS簽名提供了幾種優勢，使其在加密貨幣和區塊鏈系統中使用吸引力：

• 短簽名：BLS簽名比其他類型的簽名（例如ECDSA簽名）短得多。這減少了需要存儲和傳輸的數據量。
• 聚合：BLS簽名最強大的功能之一是能夠將多個簽名匯總到單個簽名中。這可以大大減少區塊鏈交易中的數據大小，從而提高可擴展性。
• 效率：BLS簽名的驗證過程可以更有效，尤其是在處理匯總簽名時。

BLS特徵在加密貨幣中的應用

BLS簽名在加密貨幣空間中發現了幾個應用：

• 以太坊2.0 ：以太坊向以太坊2.0的過渡包括使用BLS簽名進行驗證者證明。這有助於降低數據大小並提高共識機制的效率。
• Zcash ：Zcash使用BLS簽名進行其屏蔽交易，從而提供增強的隱私和安全性。
• Algorand ：Algorand使用其共識協議使用BLS簽名，允許快速安全的交易驗證。

實施BLS簽名

實施BLS簽名涉及幾個步驟和注意事項。這是有關如何在加密貨幣應用程序中實現BLS簽名的詳細指南：

• 選擇一個庫：首先選擇支持BLS簽名的加密庫。流行的選擇包括Python和blst的bls-signatures 。

• 生成密鑰：使用庫生成私鑰並得出相應的公鑰。例如，在Python中使用bls-signatures ：

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

• 簽署消息：哈希消息並使用私鑰簽名。繼續使用Python示例：

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

• 驗證簽名：使用公共密鑰驗證簽名。在Python：

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

• 總簽名：如果需要，將多個簽名匯總到單個簽名中。這可以如下完成：

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

• 驗證匯總簽名：使用相應的公共密鑰驗證匯總簽名：

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

安全考慮

儘管BLS簽名提供了許多好處，但它們還具有特定的安全考慮：

• 配對友好的曲線：BLS簽名需要使用配對友好的橢圓曲線。這些曲線必須仔細選擇以確保安全性。
• 隨機性：私鑰的產生必須使用安全的隨機數生成器來防止攻擊。
• 實施漏洞：與任何加密方案一樣，必須仔細審核BLS簽名的實施以防止漏洞。

性能指標

BLS簽名的性能可能會根據實現和特定用例而有所不同。以下是一些一般性能指標：

• 簽名大小：典型的BLS簽名約為48個字節，明顯小於通常為64個字節的ECDSA簽名。
• 驗證時間：單個BLS簽名的驗證時間與ECDSA相當，但是匯總簽名的驗證可能會更快。
• 聚合時間：匯總多個簽名的時間通常與簽名數量線性，但是可以更有效地驗證所得的聚合簽名。

常見問題

1. 可以與任何區塊鏈一起使用BLS標誌嗎？

   BLS簽名可以與支持必要的加密操作的任何區塊鏈一起使用。但是，特定的實現和集成將取決於區塊鏈的架構以及其支持的加密庫。

2. BLS簽名是否比其他類型的簽名更安全？

   正確實施後，將BLS簽名視為安全。與ECDA（例如ECDSA）相比，它們提供了不同的安全性屬性，尤其是在聚合和簽名大小方面。但是，任何簽名方案的安全性都取決於實現和基礎加密假設。

3. BLS特徵如何改善區塊鍊網絡中的可擴展性？

   BLS簽名通過允許將多個簽名匯總成單個簽名來提高可擴展性。這減少了需要存儲和傳輸在區塊鏈上的數據量，這可以顯著提高網絡的吞吐量和效率。

4. 實施BLS簽名的主要挑戰是什麼？

   實施BLS簽名的主要挑戰包括選擇合適的配對曲線，確保安全的隨機數生成，並徹底審核實現以防止漏洞。此外，將BLS簽名集成到現有的區塊鏈系統中可能需要對共識和驗證機制進行重大更改。