BLSの署名とは何ですか？

Ethereum 2.0およびZCASHで使用されるBLSシグネチャは、ブロックチェーンの効率とスケーラビリティを高める短い集計可能な署名を提供します。

2025/04/08 15:50

BLSの署名とは何ですか？

発明者のダン・ボーン、ベン・リン、およびホヴァヴ・シャチャムにちなんで名付けられたBLS署名は、楕円曲線暗号で双線形のペアリングを利用するデジタル署名スキームの一種です。 BLS署名は、短い署名サイズと複数の署名を単一のコンパクトな署名に集約する機能で知られています。これにより、効率とスケーラビリティが重要なブロックチェーンおよび暗号通貨アプリケーションで特に役立ちます。

BLS署名のしくみ

BLSシグネチャは、2つの要素をあるグループから別の要素にマッピングする数学的操作である双線形ペアリングの原則に基づいて動作します。 BLSシグネチャのコンテキストでは、これらのグループは通常、楕円曲線グループです。 BLS署名を生成および検証するプロセスには、いくつかのステップが含まれます。

• キー生成：ユーザーが官民キーペアを生成します。秘密鍵は乱数であり、公開キーは楕円曲線のポイント乗算を使用して秘密鍵から派生します。
• 署名：メッセージに署名するために、ユーザーはメッセージをハッシュし、ハッシュに秘密鍵を掛けます。これにより、楕円曲線のポイントが署名です。
• 検証：署名を確認するために、検証者は公開キーとメッセージを使用します。彼らはメッセージをハッシュし、それを公開鍵で掛け、次に双線形のペアリングを使用して、結果が署名と一致するかどうかを確認します。

BLS署名の利点

BLS署名は、暗号通貨とブロックチェーンシステムで使用するのに魅力的なものになるいくつかの利点を提供します。

• 短い署名：BLS署名は、ECDSA署名など、他のタイプの署名よりも大幅に短いです。これにより、保存および送信する必要があるデータの量が減少します。
• 集約：BLS署名の最も強力な機能の1つは、複数の署名を単一の署名に集約する機能です。これにより、ブロックチェーントランザクションのデータのサイズを大幅に削減し、スケーラビリティを向上させることができます。
• 効率：特に集約された署名を扱う場合、BLS署名の検証プロセスはより効率的になります。

暗号通貨におけるBLS署名のアプリケーション

BLSの署名は、暗号通貨スペース内にいくつかのアプリケーションを見つけました。

• Ethereum 2.0 ：EthereumのEthereum 2.0への移行には、BALDATORの証明のためにBLS署名の使用が含まれます。これにより、データサイズを削減し、コンセンサスメカニズムの効率を改善するのに役立ちます。
• ZCASH ：ZCASHは、シールドトランザクションにBLS署名を使用して、プライバシーとセキュリティの強化を提供します。
• Algorand ：Algorandは、コンセンサスプロトコルにBLS署名を採用しており、高速かつ安全なトランザクション検証を可能にします。

BLS署名の実装

BLS署名の実装には、いくつかのステップと考慮事項が含まれます。暗号通貨アプリケーションにBLS署名を実装する方法に関する詳細なガイドを次に示します。

• ライブラリを選択する：BLSシグネチャをサポートする暗号化ライブラリを選択することから始めます。人気のある選択肢には、Pythonのbls-signaturesとCのblst含まれます。

• キーの生成：ライブラリを使用して秘密鍵を生成し、対応する公開キーを導き出します。たとえば、 bls-signaturesを使用してPythonで：

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

• メッセージに署名：メッセージをハッシュし、秘密鍵を使用して署名します。 Pythonの例を継続します：

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

• 署名の確認：公開キーを使用して署名を確認します。 Python：

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

• 集約署名：必要に応じて、複数の署名を単一の署名に集約します。これは次のように行うことができます：

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

• 集約された署名を確認します。対応するパブリックキーを使用して、集約された署名を確認します。

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

セキュリティ上の考慮事項

BLSの署名は多くの利点を提供しますが、特定のセキュリティに関する考慮事項も付属しています。

• ペアリングに優しい曲線：BLS署名には、ペアリングに優しい楕円曲線を使用する必要があります。これらの曲線は、セキュリティを確保するために慎重に選択する必要があります。
• ランダム性：プライベートキーの生成は、攻撃を防ぐために安全な乱数ジェネレーターを使用する必要があります。
• 実装の脆弱性：暗号化スキームと同様に、脆弱性を防ぐためにBLS署名の実装を慎重に監査する必要があります。

パフォーマンスメトリック

BLS署名のパフォーマンスは、実装と特定のユースケースによって異なります。一般的なパフォーマンスメトリックは次のとおりです。

• 署名サイズ：典型的なBLS署名は約48バイトで、通常64バイトであるECDSAシグネチャよりも大幅に小さくなります。
• 検証時間：単一のBLS署名の検証時間はECDSAに匹敵しますが、集約された署名の検証ははるかに高速になる可能性があります。
• 集約時間：複数の署名を集約する時間は、一般に署名の数に線形ですが、結果の集約された署名ははるかに効率的に検証できます。

よくある質問

1. BLS署名は任​​意のブロックチェーンで使用できますか？

   BLS署名は、必要な暗号操作をサポートする任意のブロックチェーンで使用できます。ただし、特定の実装と統合は、ブロックチェーンのアーキテクチャとサポートする暗号化ライブラリに依存します。

2. BLS署名は他のタイプの署名よりも安全ですか？

   BLS署名は、正しく実装された場合に安全であると見なされます。特に集約と短い署名サイズの点で、ECDSAのような他の署名と比較して、さまざまなセキュリティプロパティを提供します。ただし、署名スキームのセキュリティは、実装と基礎となる暗号化の仮定に依存します。

3. BLS署名は、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティをどのように改善しますか？

   BLS署名は、複数の署名を単一の署名に集約できるようにすることにより、スケーラビリティを向上させます。これにより、ブロックチェーンに保存および送信する必要があるデータの量が減り、ネットワークのスループットと効率を大幅に改善できます。

4. BLS署名の実装における主な課題は何ですか？

   BLS署名の実装における主な課題には、適切なペアリングに優しい曲線の選択、安全な乱数生成の確保、および脆弱性を防ぐための実装の徹底的な監査が含まれます。さらに、BLSシグネチャを既存のブロックチェーンシステムに統合するには、コンセンサスおよび検証メカニズムに大幅な変更が必要になる場合があります。