什么是BLS签名及其优势？

BLS签名使用双线性配对来进行紧凑，可聚集的数字签名，提高区块链和加密货币应用的效率。

2025/04/11 05:00

BLS（Boneh-Lynn-Shacham）签名是一种利用双线性配对的数字签名方案。它以发明家Dan Boneh，Ben Lynn和Hovav Shacham的名字命名。由于其独特的特性和优势，在加密货币和区块链空间中特别有价值。在本文中，我们将探讨BLS签名是什么，它们的工作方式以及它们在加密货币生态系统中提供的特定好处。

什么是BLS签名？

BLS签名是一种使用双线性配对的加密签名类型，它们是数学操作，将两个元素从一个组中获取，并将其映射到另一组中的一个元素。该属性允许BLS签名实现某些效率和功能，而传统签名方案（例如ECDSA）（椭圆曲线数字签名算法）无法实现。

BLS签名背后的核心思想是使用这些双线性配对来创建既短又可验证的签名。 BLS签名通常由单个组元素组成，使其比其他签名方案小得多。这种紧凑性是BLS特征的关键优势之一，尤其是在带宽和存储处于溢价的环境中。

BLS签名如何工作

要了解BLS签名的工作原理，请务必掌握双线性配对的概念。双线性配对是函数e：g1 x g2→gt，其中g1，g2和gt是组，e满足某些特性。在BLS特征的背景下，这些组通常是椭圆曲线组。

生成和验证BLS签名的过程涉及以下步骤：

• 密钥生成：签名器生成一个私钥SK和相应的公共密钥PK。私钥是G1组的随机元素，公共密钥是使用G2中的发电机点从私钥得出的。
• 签名：要签署消息M，签名者将消息放到G1中的某个点，然后将此观点乘以私钥。结果是BLS签名。
• 验证：为了验证签名，验证者计算签名和G2中的发电机点的双线性配对，并将其与哈希消息和公钥的双线性配对进行比较。如果两个配对相等，则签名是有效的。

此过程利用双线性配对的属性，以确保签名既安全有效。

加密货币中BLS特征的优势

BLS签名提供了几种优势，使它们在加密货币和区块链空间中特别有吸引力：

• 简单签名：如前所述，BLS签名非常紧凑。这在区块链系统中至关重要，在该系统中，每个字节都会减少交易和区块的大小，从而导致存储和带宽要求较低。
• 聚合：BLS签名最强大的功能之一是它们的聚合能力。可以将多个BLS签名组合成一个单个签名，与单个签名一样短。这在多方需要签署单个消息的情况下，例如在多签名钱包或跨链交易中特别有用。
• 有效的验证：即使在汇总时，也可以有效地验证BLS特征。这意味着验证者可以检查大量具有最小计算开销的签名，这对扩展区块链网络有益。
• 安全性：BLS签名基于椭圆曲线组中离散对数问题的硬度，该组提供了很高的安全性。此外，双线性配对的使用增加了额外的安全性，使BLS签名具有抗其他特征方案可能容易受到攻击的某些类型的攻击。

加密货币中BLS特征的用例

BLS签名在加密货币生态系统中发现了几个应用程序：

• 以太坊2.0 ：以太坊向以太坊2.0（以太坊2.0）的过渡使用BLS签名进行验证。 BLS签名的聚合特征允许有效验证多种证明，这对于网络的可扩展性至关重要。
• 多签名钱包：BLS签名是多签名钱包的理想选择，其中多方需要签署交易。汇总签名的能力意味着即使具有多个签名，交易大小也很小。
• 跨链交易：在需要在不同的区块链网络上验证交易的情况下，BLS签名可用于从多个链中有效汇总签名，从而简化验证过程。

在加密货币项目中​​实施BLS签名

对于希望在其加密货币项目中​​实现BLS签名的开发人员，可以遵循以下步骤：

• 选择一个库：有几个支持BLS签名的密码库，例如BLS12-381库。选择一个与您项目的编程语言保持良好维护且兼容的库。
• 生成密钥：使用库生成私钥和公共密钥。确保密钥被牢固地存储和管理。
• 签名消息：实现签名功能以生成消息的BLS签名。这涉及将消息放置并乘以私钥。
• 验证签名：实现验证功能以检查BLS签名的有效性。这涉及计算双线性配对并进行比较。
• 聚合签名：如果您的用例需要它，请实现聚合功能以将多个BLS签名组合到单个签名中。

挑战和考虑因素

尽管BLS签名具有许多优势，但仍有一些挑战和考虑因素要记住：

• 复杂性：BLS签名背后的数学可能很复杂，并且正确实施它们需要对椭圆曲线加密和双线性配对有深入的了解。
• 性能：虽然BLS签名在大小和验证方面有效，但实际性能可能会因实现和使用的硬件而异。开发人员需要优化其代码以实现最佳性能。
• 安全性：尽管BLS签名是安全的，但它们并不能免疫所有类型的攻击。开发人员必须对最新的加密研究保持最新状态，并确保其实施可保护已知漏洞。

常见问题

问：现有区块链网络可以使用BLS签名吗？

答：是的，可以将BLS签名集成到现有的区块链网络中，但需要仔细的计划和实施。例如，以太坊2.0已成功整合了BLS签名以供验证者证明。但是，过渡可能需要更新网络的共识机制和验证过程。

问：BLS签名是否与所有类型的加密货币兼容？

答：BLS签名与大多数类型的加密货币兼容，但是特定的实现可能会根据加密货币的基础加密基础结构而有所不同。例如，使用不同椭圆曲线组的加密货币可能需要调整BLS签名方案。

问：BLS签名与ECDSA等其他签名方案相比如何？

答：BLS签名比ECDSA具有多个优点，包括较短的签名和汇总多个签名的能力。但是，ECDA被更广泛地使用和理解，其实现通常更简单。 BLS和ECDA之间的选择取决于项目的特定要求，例如需要聚合和签名大小的重要性。

问：在加密货币中使用BLS信号的潜在风险是什么？

答：与BLS签名相关的主要风险包括实施的复杂性，如果无法正确完成，这可能会导致错误以及基础加密假设中的潜在脆弱性。开发人员必须确保其实施安全并定期更新以减轻这些风险。