Poqeth：以太坊上高效的抗量子签名验证 - 密码学
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- 发布于 2025-01-23 17:56
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本文介绍了 poqeth 项目，这是一个在以太坊上实现并评估 WOTS+、XMSS、SPHINCS+ 和 MAYO 等抗量子签名方案的 Solidity 库。文章分析了链上验证与 Naysayer 验证模式的 Gas 成本，并探讨了未来通过预编译合约或 STARK 证明来降低验证开销的研究方向。
我们预见到一个拥有账户抽象和量子计算机的未来。在那个或许并不遥远的未来，后量子签名（Post-Quantum Signatures）将由链上合约进行验证。在这一新工作中，我们实现并评估了四种后量子签名在链上的 Gas 成本：WOTS+、XMSS、SPHINCS+ 和 MAYO。
我们邀请社区成员查看、扩展并与我们合作开发 poqeth。这是一个开源库，使用 Solidity 实现了这些验证算法。我们期待未来在 Gas 成本方面能有巨大的改进。欢迎提交 PR、Issue、评论和提问！
- poqeth Eprint: https://eprint.iacr.org/2025/091.pdf
- poqeth Github 仓库: GitHub - ruslan-ilesik/poqeth
如何为以太坊交易选择合适的后量子签名方案？
为以太坊选择合适的数字签名并非易事，因为区块链环境的限制与 TLS 等场景完全不同。在以太坊语境下，庞大的公钥是不可接受的。更多讨论请参阅我们论文的引言或 Antonio 最近在 ethresear.ch 发布的文章。
俗话说“实践出真知”，我们需要实现这些签名方案的验证算法，以真实了解它们在 EVM 中的运行速度。这正是我们在 poqeth 中所做的工作。
两种评估的验证模式
我们考虑了两种验证模式：
1. 链上验证 (On-chain verification)
即由合约验证完整的签名。
2. 反对者验证模式 (Naysayer verification mode)
在反对者验证模式中，只有在签名出现错误时，合约才需要检查签名。即使在这种情况下，合约也只需要被说服该“签名是不正确的”，这比验证整个签名的速度要快得多。
poqeth：可扩展的以太坊后量子签名验证库
我们决定实现并评估三种基于哈希的签名方案（WOTS+、XMSS 和 SPHINCS+）以及一种多变量二次签名方案 MAYO。对于每种方案，我们都提出了最优参数选择，以在 NIST 安全级别 1 下最小化链上验证成本。
未来方向与开放研究问题
EVM 中用于 PQ 签名验证的预编译合约
我们是否应该在 EVM 中固化（enshrine）某些签名验证算法？目前已有两个 EIP 提议为 Falcon 签名增加预编译：参见 EIP-7592 和 EIP-7619。或者协议应该更加模块化，仅支持如 SIMD 操作等功能，这将显著加速 MAYO 等多变量二次签名的处理。
签名验证的简洁证明 (Succinct Proofs)
也许在未来，我们可以使用链上 STARK 证明来证明一批 PQ 签名的有效性。这种方法可以有效地分摊大量 PQ 签名的验证成本。Drake、Khovratovich、Kudinov 和 Wagner 在最近的一篇论文中采用了类似的方法。另请参阅这项出色的工作。
基准测试更多后量子签名算法
扩展 poqeth 库以实现和评估更多 PQ 签名将非常有意义。如果你有兴趣在此课题上合作，请联系我们。
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- 原文链接： ethresear.ch/t/poqeth-ef...
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