來源:http://kimiwublog.blogspot.com/2018/07/ethereum-casper-bls-signature.html
- 7月 27, 2018
最近重新追了一下Ethereum Casper的進展,發現到好多新東西(應該是之前看得太表面 XD),Casper跟sharding會綁一起,然後又有個beacon chain,zk-STARK(zk-SNARK的升級版)也來湊一腳,短時間有點難消化,有興趣的人可以google上面幾個keyword。
不過,今天想要介紹的是BLS signature(這又是什麼?????),這個新的簽章方式讓Casper往前再邁進一步!
BLS是Boneh–Lynn–Shacham的縮寫,有興趣的可以參考wiki。這個簽章方式厲害的是,可以把所有signature加起來,然後驗證。如果以現今的ECDSA簽章,100個人簽同一個message,那訊息量就是乘以100倍,以Ethereum官方估計,Casper的validators約有30萬,每一個finality都需要2/3的節點做投票,光是驗證signature這件事,大概就要花到一天,所以以現行的ECDSA簽章方式根本不可行。這也是之前Casper的bottleneck之一,Ethereum的researcher, Justin Drake提出了這個方案,當然也不是拿了就可以用的,BLS的介紹可以參考BLS signatures: better than Schnorr,寫得非常清楚也好懂。下面會簡單介紹一下。
首先,就是要找到一個特殊的橢圓對稱曲線可以達到以下的算式
e(a x P, b x Q) = e(P, ab x Q) = e(ab x P, Q) = e(P, Q)^(ab)
也就是某種的交換律
用上面那邊文章的圖做解釋 pk :私鑰 P :公鑰 H(m) :可以看作是hash過的message S :簽章
驗證簽章會滿足 e(P, H(m)) = e(G, S)
也就是 signature 可以用P(公鑰)跟 H(m)(hash過的message)做驗證,跟我們以往的認知是一致的。從公式看BLS在sign跟verify都很簡潔,資料量的部分也小了許多(好像是33 bytes)。而ECDSA在verify的部分就複雜了一點(需要先算出v值),細節可以參考這裡。簽章的加總(signature aggregation)簡單來講,就是利用上面提到的交換律所達成,細節可以參考上面提到的文章,這裡就不多提了。
如果有把BLS signatures: better than Schnorr看過,最下面會提到,看起來很美好,其實很不實用,因為要找尋特殊的對稱曲線,其實很困難及複雜,所以在verify時會比原本的ECDSA更久。(啥?! 那Casper幹嘛用它!!)實際上Ethereum用BLS128-381,是去年Zcash發表的,是非對稱的橢圓曲線,針對128bits的應用上做了最佳化,所以也解決了效能上的問題。
根據Justin Drake提供的數據,2/3validators(預估總共validator數量為 312,500)的簽章大約會是40K,verify速度大約在300ms左右,但是離線蒐集跟打包signature大約要9分鐘,所以每次finality大約可以在10分鐘左右完成
最後!這個是Ethereum中期的簽章方案,長期的預計會使用zk-STARK,zk-STARK的設計是可以抗量子攻擊,但目前資料量約在100kB左右,還會針對Ethereum做最佳化。