在本文中，我们将研究阈值签名方案（TSS）是什么，它可以给区块链空间带来哪些优势，如何在区块链客户端中实现，如何与Shamir的秘密共享方案和多重签名相提并论。如何使用TSS进行分布式密钥管理，最后还有哪些风险和局限性。
阈值签名方案（TSS）是用于分布式密钥生成和事务签名的加密货币原语。在区块链客户端中使用TSS是一种新的范例，具有很多好处，尤其是在安全性方面。更广泛地说，TSS可以影响密钥管理系统（例如，数字货币包）的设计，并为去中心化金融的各种实施的内置支持铺平道路。但是，TSS仍然是一项新技术，因此也应考虑风险和限制。
密码学的力量
要了解TSS，需要具备一些密码学的基本知识。自1970年代以来，Internet系统（例如TLS和PGP）越来越多地使用非对称加密货币，也称为公钥加密货币（PKC）。PKC使用两个密钥：公共（公共）和私有（私有）。公钥不是秘密的，任何人都可以发布和使用，但是私钥是系统安全性所依赖的秘密信息。
推荐阅读 1什么是节点提供商？
2Ethers.js 和 Web3.js 的区别
有趣的话题：众所周知的加密货币人的未知故事
加密货币和数字签名是PKC的两个主要用途。加密货币和数字签名方案依赖于三种算法。第一个生成一对公共和私有密钥，第二个生成密文或签名，第三个执行解密或验证。在数字签名方面，签名算法需要只有其所有者知道的私钥才能生成唯一的签名。签名附在消息上，以便拥有公钥的任何人都可以验证其真实性和有效性。
区块链
区块链无疑是一项非常强大的技术。它提供了组织和记录事件的共识级别。这种基础设施使我们-用户-能够建立去中心化的经济体甚至政府。出乎意料的是，最简单的区块链运行所需的加密货币可以完全基于数字签名。在区块链的上下文中，私钥代表一个身份，签名代表该身份的公开声明。区块链对语句进行排序，并根据一组规则（包括确保签名是真实和正确的）对它们进行验证。
与区块链中使用的更传统的密码技术相比，现代密码工具包括许多令人印象深刻的技术：零知识证明，同态加密货币，多边计算等。在过去的十年中，区块链研究极大地推动了应用密码技术的发展，包括最近在所有方面的突破。以上。
本文重点介绍一种这样的突破-阈值签名安全性（TSS）。
相关阅读：BLS签名：替代Schnorr签名的最佳选择
多边计算和阈值签名
多方计算（MPC）是密码学的一个分支，其历史可追溯到现年将近40年的Andrew Yao。在MPC中，互不信任的多个参与方尝试根据其输入共同计算某个功能，而不显示该数据。
假设某公司的n名员工想知道他们中的哪些人收入更高而没有透露其实际工资。在这里，敏感的输入是薪水，输出是薪水最高的员工的姓名。使用MPC，不会透露工资。
MPC的两个主要属性是正确性和机密性：
让我们看看这些属性如何应用于使用MPC创建分布式数字签名。回想一下，在签名的情况下，分三个步骤：
分布式密钥生成和分布式签名的这种组合称为阈值签名方案（TSS）。
将TSS与区块链结合
在区块链上应用阈值签名的最明显方法是修改区块链客户端，以便它使用TSS生成密钥和签名。在这里，区块链客户端是由完整节点执行的一组命令。实际上，TSS技术允许将与私钥关联的所有命令替换为分布式计算。
为了更详细地说明，让我们首先描述如何在经典区块链中创建新地址。简而言之，你可以通过生成私钥，然后为其计算公钥来创建新地址。最后，区块链地址是从公钥派生的。
使用TSS，我们将有n个参与者共同计算公钥，每个参与者都有私钥的秘密共享（不与其他参与者共享）。可以通过与传统系统相同的方式从公钥获取地址，并且密钥生成方法对于区块链而言无关紧要。优点在于，私钥不再是单点故障，因为每个参与者都只拥有一部分。
你也可以签署交易。在这种情况下，不是由一方使用其私钥对交易进行签名，而是使用由多方进行的分布式签名生成。只要足够诚实，每个成员都可以提供有效的签名。同样，我们已经从本地计算（单点故障）转移到交互式计算。
值得一提的是，分布式密钥生成可以允许不同的访问结构：在涉及私钥的操作中，一般的“ t out of n”条件最多可以承受t次任意拒绝，而不会损害安全性。
TSS和多重签名
一些区块链提供TSS功能作为其软件的嵌入式或可编程部分。我们称其为多重签名。要了解两者之间的区别，可以在区块链的应用程序级别将多重签名视为TSS。
换句话说，多重签名和TSS本质上具有相似的目标，但是TSS使用链外加密货币（链外）和区块链上的多重签名（链上）。但是，区块链需要一种加密货币多重签名的方法，这会损害隐私，因为访问结构（签名者的数量）在区块链上可用。多签名交易的成本较高，因为有关签名者的信息也必须在区块链上传输。
在TSS中，签名者信息被包含在看起来像普通交易的交易中，从而降低了成本并保持了机密性。另一方面，多重签名可以是非交互式的，从而消除了复杂级别的签名者通信的需求。
主要区别在于多重签名是特定于区块链的，必须为每个区块链重新实现，并且在某些情况下根本不支持。同时，TSS依赖于纯加密货币技术，因此始终可以提供支持。
请继续阅读以获取有趣的内容：Schnorr签名和比特币中隐私的必然性
TSS和Shamir的秘密分享计划
Shamir秘密共享方案（SSSS）提供了一种以分布式方式存储私钥的方法，以便在不使用私钥时将其存储在多个位置。SSSS和TSS之间有两个区别：
如你所见，在TSS中，私钥（负责系统安全性）根本不在一个地方。
门槛钱包
基于TSS技术的钱包与传统的数字货币包略有不同。通常，传统钱包会生成一个种子短语，并使用它来确定性地检索钱包。然后，用户可以使用该分层确定性（ID）结构来：1）获取与钱包地址相对应的私钥并与其进行交易；2）使用种子短语恢复所有钱包密钥。
门槛钱包的事情变得更加复杂。尽管可以生成ID结构，但是必须使用单独的MPC协议以分布式方式完成。参与者共同决定下一步将使用哪个密钥。换句话说，每个参与者都有自己的种子短语。种子短语是单独生成的，并且永远不会合并，因此一个参与者无法从他的种子短语中获取私钥。
基于TSS的钱包还有一个有用的安全选项：无需更改区块链上相应的公钥和地址即可旋转私钥的能力。私钥轮换，也称为主动秘密共享，是另一个MPC协议，它使用秘密共享作为输入并输出一组新的秘密共享。可以删除旧的秘密共享，而可以使用新的共享。
这种结构为安全性增加了一个临时的维度，也就是说，攻击者必须同时在多个地方才能攻击阈值钱包。如果攻击者想要伪造签名，则在轮换之前和之后组合股份不会给攻击者带来额外的优势。
这种钱包的缺点是缺乏种子短语，使其与单键钱包不兼容。因此，重要的是要考虑谁将保守秘密。
有几种可能的体系结构：
第一种方法使用户免于繁琐的计算。但是，另一方面，服务提供商可能会合谋（尽管实际上有可能，但它们不会同时受到足够数量的攻击），并且会窃取用户的资产。
第二种方法使用户可以完全控制，但是使交易变得困难，因为必须同时使多个设备联机并执行计算。
第三种选择被认为是最好的，因为它允许用户轻松，快速地进行交易，并且未经他的授权无法进行交易。
TSS和智能合约
研究人员发现了数字签名的许多用途，其中有些令人惊讶地是不平凡的。如前所述，TSS是可以显着提高安全性的密码原语。在区块链的背景下，可以说许多功能可以被基于TSS的密码学所取代。可以在TSS框架之上构建去中心化应用程序，第二层扩展解决方案，原子交换，硬币改组，继承机制等。最终，这将允许使用更便宜，更可靠的替代方案，用智能合约代替昂贵的链上交易。
对于特定示例，Multi-Hop Locks巧妙地使用了双向签名，可以通过更安全和私有的支付渠道来替代比特币的闪电网络。仅基于一个阈值签名验证，ShareLock可以说是最便宜的以太坊硬币洗牌解决方案。
风险性
近年来，TSS实施的数量已大大增加。但是，由于这仍然是一种相对较新的技术，因此它具有局限性和问题。与经典的公钥密码术相比，TSS协议可能非常复杂，并且尚未经过现场测试。通常，与简单的数字签名相比，TSS需要其他更弱的密码假设。结果，发现了传统方案中不存在的攻击媒介。TSS的安全实施需要信息安全和应用密码学专家的参与。
但是，好消息是，由于越来越多的高质量开发，同行评审，审计和算法改进，现有和新的实现方式变得更加可靠。
结论
在本文中，我们介绍了阈值签名方案（TSS）的基础，它是一种好奇的加密货币原语，可以极大地改变我们使用区块链的方式。
如果你想尝试TSS实施，可以在此处找到币安链双向钱包代码，也可以尝试ZenGo的混合钱包提供非托管的双向解决方案。
资源
你总是可以感谢翻译者所做的工作：
BTC：1BHr4jrPPVwdWRpFTekaD34EZ2vo9p8FoC
ETH：0xf45a9988c71363b717E48645A412D1eDa0342e7E
关注微信
