BSC 中的 BLS 签名机制深度解析

一、什么是 BLS 签名?

BLS(Boneh-Lynn-Shacham)签名是一种特殊的加密签名算法,具有以下特点:

1. 签名聚合 - 多个签名可以合并为一个签名

2. 验证效率高 - 适合区块链场景下的大规模验证

3. 签名长度固定 - 无论消息数量多少,最终签名长度不变

4. 非交互式 - 不需要多方交互即可完成签名

二、BSC 中的实现

BSC 通过预编译合约的方式实现 BLS 签名验证:

 

// 关键常量
uint256 private constant BLS_PUBKEY_LENGTH = 48;   // BLS公钥长度
uint256 private constant BLS_SIG_LENGTH = 96;      // BLS签名长度

// 预编译合约地址
address private constant BLS_PRECOMPILE = 0x66;

验证流程

 

function _checkVoteAddress(
    address operatorAddress,
    bytes calldata voteAddress,    // BLS公钥
    bytes calldata blsProof        // BLS签名
) internal view returns (bool) {
    // 1. 长度检查
    if (voteAddress.length != BLS_PUBKEY_LENGTH || 
        blsProof.length != BLS_SIG_LENGTH) {
        return false;
    }

    // 2. 构造消息
    bytes32 msgHash = keccak256(abi.encodePacked(
        operatorAddress,
        voteAddress,
        block.chainid
    ));

    // 3. 准备验证数据
    bytes memory input = bytes.concat(
        msgHash,     // 32字节消息
        blsProof,    // 96字节签名
        voteAddress  // 48字节公钥
    );

    // 4. 调用预编译合约验证
    bytes memory output = new bytes(1);
    assembly {
        if iszero(staticcall(not(0), 0x66, 
            add(input, 0x20), 
            len, 
            add(output, 0x20), 
            0x01)) { 
            revert(0, 0) 
        }
    }

    return uint8(output[0]) == uint8(1);
}

三、应用场景

在 BSC 中,BLS 签名主要用于以下场景:

1. 验证者身份验证

• 验证者注册时需要提供 BLS 签名证明

• 确保只有持有正确私钥的验证者可以注册

2. 投票地址验证

• 验证者的投票权限验证

• 防止投票地址被冒用

3. 共识消息签名

• 验证者对区块进行签名

• 实现快速区块确认

4. 多签聚合

• 支持多个验证者签名的聚合

• 减少链上存储和验证成本

四、技术特点

1. 预编译合约实现

• 通过预编译合约(0x66)提供高效的签名验证

• 避免在 EVM 中实现复杂的密码学运算

2. 固定长度设计
    

   公钥长度: 48 字节
   签名长度: 96 字节
   消息长度: 32 字节

3. 安全性保证

• 链 ID 绑定防止跨链重放攻击

• 操作地址绑定防止签名复用

• 严格的长度检查防止异常输入

五、升级历史

BSC 在 Pascal 硬分叉中引入 BLS 签名机制:

1. BEP-439: 实现 EIP-2537

• 添加 BLS12-381 曲线操作预编译

• 兼容以太坊 EIP-2537 标准

2. 系统合约升级

• 添加 BLS 签名验证逻辑

• 优化验证者管理机制

六、最佳实践

1. 验证者操作

• 安全保管 BLS 私钥

• 定期更新投票地址

• 及时处理签名请求

2. 开发建议

• 使用标准库生成 BLS 密钥对

• 遵循签名格式规范

• 做好异常处理

七、工作流程

八、使用场景

graph TD
    A[验证者] -->|1. 生成| B[BLS密钥对]
    B -->|2. 私钥签名| C[签名证明]
    B -->|3. 公钥作为| D[投票地址]
    C -->|4. 提交| E[链上验证]
    D -->|4. 提交| E
    E -->|5. 预编译合约| F[验证结果]

 

通过这套 BLS 签名机制,BSC 实现了高效可靠的验证者管理和共识达成,为网络安全性提供了重要保障。