什么是BLS签名？

以太坊2.0和Zcash中使用的BLS签名提供了简短的，可提高区块链效率和可伸缩性的典型签名。

2025/04/08 15:50

什么是BLS签名？

BLS签名以其发明者Dan Boneh，Ben Lynn和Hovav Shacham的名字命名，是一种数字签名方案，在椭圆曲线密码学中使用双线性配对。 BLS签名以其短签名大小和将多个签名汇总成一个紧凑的签名而闻名。这使得它们在效率和可扩展性至关重要的区块链和加密货币应用中特别有用。

BLS签名如何工作

BLS签名以双线性配对的原理运行，这些原理是数学操作，将两个元素从一个组映射到另一组。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签名的过程涉及几个步骤：

• 密钥生成：用户生成一个公私密钥对。私钥是一个随机数，公共密钥是使用椭圆曲线上的点乘法从私钥得出的。
• 签名：要签署消息，用户将消息放大，然后将哈希乘以其私钥。这会导致椭圆曲线的点，这是签名。
• 验证：为了验证签名，验证者使用公共密钥和消息。他们将消息放置，将其乘以公开密钥，然后使用双线性配对来检查结果是否与签名匹配。

BLS签名的优势

BLS签名提供了几种优势，使其在加密货币和区块链系统中使用吸引力：

• 短签名：BLS签名比其他类型的签名（例如ECDSA签名）短得多。这减少了需要存储和传输的数据量。
• 聚合：BLS签名最强大的功能之一是能够将多个签名汇总到单个签名中。这可以大大减少区块链交易中的数据大小，从而提高可扩展性。
• 效率：BLS签名的验证过程可以更有效，尤其是在处理汇总签名时。

BLS特征在加密货币中的应用

BLS签名在加密货币空间中发现了几个应用：

• 以太坊2.0 ：以太坊向以太坊2.0的过渡包括使用BLS签名进行验证者证明。这有助于降低数据大小并提高共识机制的效率。
• Zcash ：Zcash使用BLS签名进行其屏蔽交易，从而提供增强的隐私和安全性。
• Algorand ：Algorand使用其共识协议使用BLS签名，允许快速安全的交易验证。

实施BLS签名

实施BLS签名涉及几个步骤和注意事项。这是有关如何在加密货币应用程序中实现BLS签名的详细指南：

• 选择一个库：首先选择支持BLS签名的加密库。流行的选择包括Python和blst的bls-signatures 。

• 生成密钥：使用库生成私钥并得出相应的公钥。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（）

• 签署消息：哈希消息并使用私钥签名。继续使用Python示例：

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

• 验证签名：使用公共密钥验证签名。在Python：

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

• 总签名：如果需要，将多个签名汇总到单个签名中。这可以如下完成：

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

• 验证汇总签名：使用相应的公共密钥验证汇总签名：

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

安全考虑

尽管BLS签名提供了许多好处，但它们还具有特定的安全考虑：

• 配对友好的曲线：BLS签名需要使用配对友好的椭圆曲线。这些曲线必须仔细选择以确保安全性。
• 随机性：私钥的产生必须使用安全的随机数生成器来防止攻击。
• 实施漏洞：与任何加密方案一样，必须仔细审核BLS签名的实施以防止漏洞。

性能指标

BLS签名的性能可能会根据实现和特定用例而有所不同。以下是一些一般性能指标：

• 签名大小：典型的BLS签名约为48个字节，明显小于通常为64个字节的ECDSA签名。
• 验证时间：单个BLS签名的验证时间与ECDSA相当，但是汇总签名的验证可能会更快。
• 聚合时间：汇总多个签名的时间通常与签名数量线性，但是可以更有效地验证所得的聚合签名。

常见问题

1. 可以与任何区块链一起使用BLS标志吗？

   BLS签名可以与支持必要的加密操作的任何区块链一起使用。但是，特定的实现和集成将取决于区块链的架构以及其支持的加密库。

2. BLS签名是否比其他类型的签名更安全？

   正确实施后，将BLS签名视为安全。与ECDA（例如ECDSA）相比，它们提供了不同的安全性属性，尤其是在聚合和签名大小方面。但是，任何签名方案的安全性都取决于实现和基础加密假设。

3. BLS特征如何改善区块链网络中的可扩展性？

   BLS签名通过允许将多个签名汇总成单个签名来提高可扩展性。这减少了需要存储和传输在区块链上的数据量，这可以显着提高网络的吞吐量和效率。

4. 实施BLS签名的主要挑战是什么？

   实施BLS签名的主要挑战包括选择合适的配对曲线，确保安全的随机数生成，并彻底审核实现以防止漏洞。此外，将BLS签名集成到现有的区块链系统中可能需要对共识和验证机制进行重大更改。