区块链中的数学 - Ed25519签名机制
- blocksight
- 更新于 2020-11-02 20:26
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Ed25519使用了扭曲爱德华曲线，签名过程和之前介绍过的Schnorr,secp256k1, sm2都不一样，最大的区别在于没有使用随机数，这样产生的签名结果是确定性的，即每次对同一消息签名结果相同。
写在前面
上一节说了蒙哥马利曲线&Curve25519实例，如果仔细看，会发现其中两点之和的几何意义与Weierstrass曲线完全一样，实际上蒙哥马利曲线是Weierstrass曲线族的一员。 何以见得？Weierstrass曲线的射影方程是
考虑到平面上方程，Z坐标隐去，得到：
所以蒙哥马利方程是其中的一个实例：$a_1=0,a_3=0，a_6=0$ 说到这，大家对椭圆曲线的范围应该有了新的理解。
有了这些基础，本节说下与蒙哥马利曲线和Curve25519相关联的Ed25519签名机制。
Ed25519
Ed25519是基于Edwards曲线的数字签名算法（EdDSA），结合 SHA-512/256哈希算法，采用扭曲爱德华曲线：
系数a = -1, $d= -\frac{121655}{121656}$. 比现有的数字签名方案更快,且不损失安全性。 具体参数如下： $q =2^{255} − 19$ B: 基点， y坐标为4/5，x坐标为9 H：SHA-512 b = 256 【注：如果H使用SHA-256则b=128】 l: 群的阶，值为$ 2^{252} + 27742317777372353535851937790883648493$，
密钥生成
私钥：如同之前一样，使用随机数发生器生成随机数k作为私钥。 公钥： （1）计算私钥摘要： $H(k) =(h_0,h1,...,h{2b-1})$ （2）计算整数：
（3）公钥生成：A = aB
先看一下具体签名过程再来分析其效率和安全性。
签名与验证
签名生成
M:待签名消息
- 计算$r = H(hb,...,h{2b-1},M) ∈ { 0, 1, . . . , 2^{2b}− 1}$
- 计算R = rB
- 计算S = (r + H(R,A,M)a) mod l 【注：l是群的阶】
得到签名结果（R,S）
签名验证
验证过程很简单： 只需要验证 8SB = 8R+8H(R,A,M)A 是否成立。 原理如下： 8SB = 8(r + H(R,A,M)a)B = 8rB + 8H(R,A,M)aB = 8R + 8H(R,A,M)A
小结
Ed25519使用了扭曲爱德华曲线，签名过程和之前介绍过的Schnorr,secp256k1, sm2都不一样，最大的区别在于没有使用随机数，这样产生的签名结果是确定性的，即每次对同一消息签名结果相同。
一般说来随机数是安全措施中重要的一种方法，但是随机数的产生也是安全隐患，著名的索尼公司产品PS3密钥泄露事件，就是随机数产生的问题导致的。如果你对之前绍过的Schnorr,secp256k1，sm2等签名过程比较熟的的话，就容易理解如果在签名过程中出现了这个相同的随机数r,那么私钥将很容易被计算出来，造成泄露。
这种事情发生过不止一次，包括以太坊出现类似的问题，感兴趣的可以自行搜索，有时间的话专门写写这个问题。
另外我们说Ed25519与蒙哥马利曲线Curve25519相关联，到底是什么关系呢？
好了，下一篇继续说Ed25519签名算法更多内容！
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