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精简以太坊第二部分: PQ 签名和 Poseidon

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6小时前

视频 AI 总结：

本期“零知识”播客是“精益以太坊”迷你系列节目的第二集，由以太坊基金会的密码学研究员 Benedikt Wagner 和 Dmitry Korvatovich 担任嘉宾。节目深入探讨了后量子签名技术，特别是 LeanSig。该方案是一种基于哈希的多签名机制，旨在取代以太坊共识层中易受量子攻击的 BLS 签名，以实现量子安全。讨论内容涵盖了 LeanSig 的设计原理、安全权衡、编码挑战以及对核心哈希函数 Poseidon 的持续密码分析。

视频中提出的关键信息：

  1. 核心问题与解决方案： 以太坊共识目前使用的 BLS 签名易受量子计算机攻击。LeanSig 被提出作为一种基于哈希的后量子多签名方案，旨在提供量子安全且可聚合的替代方案。
  2. LeanSig 的工作原理：
    • 它从一次性签名（one-time signature）开始，然后通过 Merkle 树构建一个可支持多次签名（例如 2^32 次，足以支持数百年）的方案。
    • 聚合功能通过使用通用 SNARK（零知识简洁非交互式论证）实现，SNARK 证明了对一系列有效签名的了解，其输出即为聚合签名。
  3. 设计权衡与优化：
    • LeanSig 的设计涉及签名大小与性能（哈希计算量）之间的权衡。为了优化 SNARK 验证器的电路大小，通常需要增加证明者的工作量。
    • “超立方体顶部”（Top of the Hypercube）优化旨在进一步减小签名并加快验证，但其复杂的编码方式在 SNARK 环境中仍面临挑战，目前正在通过新的形式化模型进行安全分析。
  4. 安全分析方法：
    • 为了减小签名大小，需要使用输出较小的哈希函数，这要求对方案进行更严格（tight）的安全分析。
    • 研究人员正从传统的“随机预言模型”（random oracle model）转向更保守的“标准模型”（standard model），通过定义哈希函数的具体安全属性（如目标碰撞抗性、原像抗性）来证明方案的安全性。
  5. Poseidon 哈希函数：
    • Poseidon 是 LeanSig 设计的核心哈希函数，目前主要关注其针对小素数域优化的新版本。
    • 通过“Poseidon 倡议”（Poseidon Initiative）等项目，社区正积极对其进行密码分析，以建立对其安全性的信心。尽管已发现一些弱点，但其安全裕度仍在可接受范围内。
    • 节目录制时，尚未考虑到 Mertz 和 Garcia 对 Poseidon 的最新攻击。
  6. 其他相关工作： 视频还简要提及了 ZK Summit 会议、ZK Mesh Plus 订阅服务，以及对 Plonky3 库中 Merkle 树实现进行安全分析的“十亿美元 Merkle 树”论文。