在区块链技术的世界里,尤其是以太坊这样的智能合约平台，交易的成本和效率一直是用户和开发者关注的焦点，每一次交易都需要支付Gas费，当涉及多方交互或复杂操作时，Gas费的累积会变得相当可观，大量的交易也会给网络带来拥堵，为了解决这一痛点，以太坊签名聚合（Signature Aggregation）技术应运而生，被誉为提升交易效率、降低成本的关键创新之一。

什么是签名聚合？

在理解签名聚合之前,我们首先要明白什么是“签名”，在以太坊中，每一笔交易都需要使用私钥进行数字签名，以证明交易发起者的身份并授权该交易，这个签名是确保区块链安全性和交易不可篡改的核心机制。

传统的模式下,每一笔交易都需要独立的签名，如果一个 multisig（多重签名）钱包需要3个签名人来批准一笔交易，那么就需要生成三个独立的签名，并将这三个签名都包含在交易数据中发送到链上，这不仅增加了交易数据的大小，也直接推高了Gas费。

签名聚合（Signature Aggregation），顾名思义，就是将多个独立的签名“压缩”或“组合”成一个单一的、更短的签名，然后将这个聚合后的签名提交到链上，验证时，链上合约或特定算法能够从这个聚合签名中还原并验证原始的多个签名是否有效，同时确保这些签名对应的公钥或消息各不相同，防止伪造。

为什么需要签名聚合？

签名聚合技术的核心价值在于其带来的效率提升和成本降低：

  1. 降低Gas成本：这是最直接的好处，签名数据的大小是交易Gas费用的重要组成部分，通过将多个签名合并为一个，显著减少了交易数据的大小，从而降低了Gas费用，对于 multisig 交易、批量交易（如批量转账、NFT 批量铸造）等场景，节省的费用尤为显著。
  2. 提高交易吞吐量：更小的交易数据意味着区块可以容纳更多的交易，这对于提升以太坊的整体交易处理能力（TPS）至关重要，尤其是在网络拥堵时期，可以有效缓解交易拥堵问题。
  3. 增强隐私性（一定程度）：在某些聚合方案中，聚合后的签名并不直接暴露原始签名的数量和具体内容，这为交易提供了一定程度的隐私保护。
  4. 优化用户体验：对于用户而言，更低的Gas费意味着更低的交易成本，尤其是在进行高频交易或需要多方签名确认的场景下，用户体验将得到明显改善。

以太坊签名聚合的实现方案与挑战

签名聚合并非单一技术,而是包含多种实现方案，其中最著名和最具前瞻性的是 BLS 签名聚合。

  • BLS 签名聚合：BLS（Boneh-Lynn-Shacham）签名算法因其独特的线性性质，非常适合用于签名聚合，多个BLS签名可以通过简单的加法运算聚合成一个签名，且验证过程同样高效，以太坊 2.0 的验证者层就大量采用了BLS签名聚合来聚合多个 attestations（证明），以大幅减少验证者数据的大小。
  • 其他聚合方案：除了BLS，还有一些基于其他密码学原理的聚合方案，如基于 Schnorr 签名的聚合方案（例如比特币的 Taproot 协议就借鉴了 Schnorr 签名的聚合思想），这些方案各有特点和适用场景。

签名聚合的广泛应用也面临一些挑战：

  1. 密码学复杂性随机配图