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IOTA 中的簽章過程

Curl and Kerl

https://github.com/iotaledger/kerl

產生地址

先用種子依照安全等級（security level）產生私鑰，安全的等級分為三種，1 為最簡單、2 為官方錢包使用的等級、3 為交易所使用的等級。Hash 目前使用的是 Kerl(Keccak-384)，進行的步驟大致上如下：

  • 備妥私鑰
  • 將私鑰分成「L」等分， L = security * 27
  • 將所有等分都 Hash 過，此過程稱為 digest
  • Hash digest 兩次，此過程稱為 address

seedtoaddr

簡單來說就是 seed>private key>digest>address

簽章

簽章會用私鑰來簽署 tangle 上屬於你的資訊（簽署資料像是 bundle），tryte 對照的部分會用到 IOTA 字母系統

  • 備妥私鑰
  • 將私鑰分成「L」等分， L = security * 27
  • 將第 i 等分 hash N_i 次， N_i 由以下方式算出：

如何算出 N_i

用簽署資料（Signed Data）中的第 i 個 tryte取得十進位數 'd'，像是 9 對應 d=0、[A] 對應 d=1。

公式： N_i = 13 - d

  • 這些 hash 過的部分就統稱為簽章

驗證 (重新產生地址)

  • 備妥私鑰
  • 將私鑰分成「L」等分， L = security * 27
  • 將第 i 等分 hash M_i 次， M_i 由以下方式算出：

如何算出 M_i （基本上與 N 相同）

用簽署資料（Signed Data）中的第 i 個 tryte取得十進位數 'd'，像是 9 對應 d=0、[A] 對應 d=1。

公式： M_i = 13 + d

  • 將所有等分一起 Hash 後產生 digest
  • 將 digest Hash 兩次
  • 檢查上一步產生的地址是否與簽署資料（通常指 Bundle）上的地址相同

簽署資料

簽章用來簽署輸入的地址，然後會存在簽署過輸入的 bundle 當中。簽署資料的長度為 security * 2187 tryte，存在 signatureFragment 中。signatureFragment 的大小為 2187 tryte，所以安全性越高，bundle 中所需的交易數量也越多。

上述簽章數據指的是包含簽章的 bundle hash (81 tryte)，更嚴謹的方式來說應稱作 normalized bundle hash，它會稍微增加 bundle hash 讓私鑰的曝光度保持在 50%。

normailized bundle hash 會再分成　data[0], data[1], data[2] 作為簽署資料，其中 27 trytes 用來算出對應的 27 個等分個別需 hash 幾次，以上的 data[i] 就是 27 trytes 的簽署資料。如果 security = 1，那就只有 data[0]；如果 security = 2，那就會需要 data[0] 和 data[1]，也就是總共有 54 trytes 做簽署。所以在產生 bundle 時，交易數量的多寡也和安全等級有關。等級越高所需要的 data[i] 也就越多。

雖然說用 API 會產生錯誤，但security >= 4 是能夠被協定允許的（像交易能夠受到確認）。不過因為沒有 data[3] 的關係，data[0] 會重複被使用。

地址重複使用的風險

回想上面計算 hash 次數的方式：

如何算出 N_i

用簽署資料（Signed Data）中的第 i 個 tryte取得十進位數 'd'，像是 9 對應 d=0、[A] 對應 d=1。

公式： N_i = 13 - d

hash 的次數與簽署資料的第 i 個 tryte 有關，如果簽署資料包含非常多 'M' 的話，就意味著幾乎不會做任何 hash，這會導致私鑰完全被曝光的風險。

抵抗量子計算

此簽章機制源自於 Winternitz one-time signature，WOTS 可以抵擋量子計算的攻擊。

Reference