什麼是 BLS 簽名之類的簽名聚合方案？

了解密碼學中的 BLS 簽名

1. BLS（Boneh-Lynn-Shacham）簽名是一種加密方案，可以將多個數字簽名組合成一個緊湊的簽名。這稱為簽名聚合，它在提高區塊鏈系統效率方面發揮著至關重要的作用。與 ECDSA 等傳統簽名方案不同，BLS 允許合併多個參與者在不同消息上的簽名，而不會丟失真實性。

2. BLS 的基礎在於基於配對的密碼學，它使用橢圓曲線群上的雙線性映射。這些數學構造可以通過單個操作驗證聚合簽名，從而大大減少計算開銷。這一特性使得 BLS 對於去中心化網絡中的共識機制特別有吸引力，在這些網絡中，許多驗證者必須簽署區塊。

3. BLS 的一大優勢是其確定性——從同一消息和私鑰生成的簽名將始終產生相同的輸出。這消除了其他方案中存在的與隨機數生成相關的漏洞。此外，BLS 簽名很短，通常為 32 字節，這有助於最大限度地減少區塊鏈膨脹。

4.聚合不需要簽名者之間的協調。每個參與者獨立簽名，第三方可以稍後組合這些簽名。只要知道每個簽名對應的公鑰，驗證就保持安全和高效。此功能支持涉及數百或數千個驗證器的協議的可擴展性。

BLS在區塊鍊網絡中的應用

1. 在以太坊 2.0 等權益證明區塊鏈中，BLS 簽名廣泛用於驗證者簽名。由於成千上萬的驗證者參與共識，將他們的個人簽名聚合成一個緊湊的簽名可以減少整個網絡的存儲和帶寬需求。

2. BLS 通過簡化協議級別的證明處理來實現更快的最終確定。節點不再驗證每個塊的數百個單獨簽名，而是僅驗證一個聚合簽名，從而顯著減少計算時間並提高吞吐量。

3. 使用 BLS 構建的閾值簽名允許一部分參與者生成有效的群簽名。這對於多重簽名錢包和去中心化治理系統非常有用，在這些系統中，並非每個成員都需要簽名，但結果仍然代表集體批准。

4. 側鍊和二層解決方案利用 BLS 聚合來壓縮交易元數據。通過在鏈下捆綁用戶簽名並在鏈上提交單個聚合證明，這些系統在保持安全保證的同時實現了更高的交易密度。

BLS 實施的安全性和權衡

1. 雖然 BLS 在配對友好曲線中計算 Diffie-Hellman 問題的難度假設下提供了強大的安全性，但它依賴於專門的橢圓曲線，例如 BLS12-381。與 ECDSA 中使用的曲線相比，這些曲線經過的實際考驗較少，引發了人們對密碼分析的長期彈性的擔憂。

2.安全 BLS 部署的一個關鍵要求是將消息映射到橢圓曲線上的點時使用獨特且不可預測的哈希到曲線方法。如果未正確執行域分離，糟糕的實現可能會導致簽名可延展性，甚至導致私鑰恢復攻擊。

3. 流氓密鑰攻擊代表聚合公鑰時的潛在漏洞。攻擊者可以製作惡意公鑰來破壞聚合驗證方程。通常採用所有權證明或集中密鑰註冊等對策來減輕這種風險。

4. 從性能角度來看，配對計算比標準橢圓曲線操作更昂貴。雖然聚合簽名的驗證相對於驗證許多單獨的簽名而言更快，但配對的初始設置成本需要優化的庫和硬件加速來實現實時性能。

有關 BLS 簽名的常見問題

BLS 與 Schnorr 簽名聚合有何不同？ BLS 實現了真正的聚合，其中任意數量的簽名成為一個，而 Schnorr 需要線性大小的聚合，除非使用 MuSig 風格的多方計算。 BLS 本身還支持跨不同消息的非交互式聚合，而 Schnorr 通常假設消息一致。

如果配對功能被破壞，BLS 簽名是否可以偽造？是的。 BLS 的安全性直接取決於雙線性配對相關問題的棘手性。如果有效的算法打破了基本假設（例如解決配對友好曲線上的離散對數問題），則整個方案就很容易被偽造和密鑰提取。

錢包開發者如何安全實施BLS？安全實施涉及使用經審計的加密庫（如 Herumi 或 Milagro）、在散列過程中強制執行嚴格的域分離、在聚合之前驗證公鑰以及確保簽名例程中的側通道阻力。開發人員必須避免自定義曲線算法並依賴標準化參數。