实现MPC钱包

news2025/6/3 0:52:24

多方计算（MPC，Multiparty Computation）钱包是一种利用密码学技术实现的加密货币钱包，它允许多个参与者共同生成和管理钱包的私钥，而无需将私钥暴露给任何单个参与者。这种钱包具有高度的安全性和隐私性。实现一个 MPC 钱包需要以下几个步骤：

步骤 1：选择 MPC 协议

常见的 MPC 协议包括：

Threshold Signature Scheme (TSS) - 门限签名
Gennaro-Rabin-Rabin (GRR) 协议

这里我们将使用 Threshold Signature Scheme (TSS) 作为示例。

步骤 2：安装依赖

使用 Python 进行开发并安装所需的密码学库。我们可以使用 ecdsa 库来生成和管理椭圆曲线密钥对，以及 PyCrypto 库来处理加密操作。

pip install ecdsa
pip install pycryptodome

步骤 3：生成分布式密钥

使用 MPC 协议生成分布式密钥。我们将演示如何使用 TSS 协议生成和管理密钥。

import os
from ecdsa import SigningKey, SECP256k1

def generate_key_shares(n, t):
    """
    生成 n 个密钥份额，其中 t 个份额可以恢复原始密钥
    """
    sk = SigningKey.generate(curve=SECP256k1)
    vk = sk.verifying_key

    secret = sk.to_string()
    shares = []

    for i in range(1, n + 1):
        share = bytearray(secret)
        for j in range(len(secret)):
            share[j] ^= os.urandom(1)[0]
        shares.append(bytes(share))

    return vk, shares

# 生成 3 个密钥份额，其中 2 个份额可以恢复原始密钥
n, t = 3, 2
vk, shares = generate_key_shares(n, t)
print("Public Key:", vk.to_string().hex())
print("Key Shares:", [s.hex() for s in shares])

步骤 4：签名和验证交易

在 MPC 钱包中，签名交易需要多个参与者共同参与。每个参与者使用自己的密钥份额进行部分签名，然后合并这些部分签名生成完整的签名。

from ecdsa import VerifyingKey, BadSignatureError
from Crypto.Hash import SHA256

def partial_sign(message, share):
    sk = SigningKey.from_string(share, curve=SECP256k1)
    return sk.sign(message)

def combine_signatures(partial_signatures):
    # 简单地合并部分签名，这里假设部分签名是独立的
    combined_signature = bytearray(partial_signatures[0])
    for ps in partial_signatures[1:]:
        for i in range(len(combined_signature)):
            combined_signature[i] ^= ps[i]
    return bytes(combined_signature)

message = b'This is a test message'
hash_message = SHA256.new(message).digest()

# 生成部分签名
partial_signatures = [partial_sign(message, share) for share in shares[:t]]

# 合并部分签名
signature = combine_signatures(partial_signatures)

# 验证签名
try:
    assert vk.verify(signature, message)
    print("Signature is valid.")
except BadSignatureError:
    print("Signature is invalid.")

注意事项

安全性：MPC 协议的实现需要确保安全性，防止中间人攻击和其他安全漏洞。
分布式系统：MPC 钱包通常在分布式系统中运行，确保参与者的通信安全和数据一致性。
库和协议：使用经过验证的密码学库和协议实现，避免自己实现复杂的密码学算法。
容错性：设计时考虑参与者失效和网络分区等情况。

扩展阅读和库

TSS (Threshold Signature Scheme)：使用库如 tss-rs 或者 libtss 实现更复杂的阈值签名方案。
Gennaro-Rabin-Rabin (GRR) 协议：研究该协议的具体实现，使用适合的库和工具。
Multiparty Computation：了解更多关于 MPC 的理论和实际应用，参考如 MP-SPDZ 等库。

通过上述步骤，你可以实现一个基本的 MPC 钱包。根据具体的应用场景和安全需求，可以进一步扩展和优化实现。

Threshold Signature Scheme基于什么密码学原理

Threshold Signature Scheme (TSS) 是一种基于阈值密码学的技术，它允许一个组内的子集共同生成一个签名，而不需要所有成员的参与。TSS 的实现通常基于以下几个密码学原理：

分布式密钥生成 (Distributed Key Generation, DKG)： DKG 是 TSS 的核心，它允许一组参与者共同生成一个密钥对，而没有任何单个参与者知道整个私钥。DKG 通常基于 Shamir’s Secret Sharing（SSS）和多项式插值原理。
Shamir’s Secret Sharing (SSS)： SSS 是一种分割秘密的方法，将一个秘密（如私钥）分成多个份额，分发给参与者。任意阈值（如 t）个份额可以恢复秘密，但少于阈值的份额则无法恢复。SSS 使用多项式插值原理：给定一个秘密 s 和阈值 t，选择一个 t-1 次的随机多项式 f(x)，使得 f(0) = s。然后计算 f(1), f(2), …, f(n) 作为份额分发给 n 个参与者。
零知识证明 (Zero-Knowledge Proofs, ZKPs)： ZKP 是一种协议，允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明一个陈述的真实性，而不透露任何其他信息。在 TSS 中，ZKP 用于验证参与者在生成和签名过程中所执行操作的正确性，以防止恶意行为。
椭圆曲线加密 (Elliptic Curve Cryptography, ECC)： ECC 是一种基于椭圆曲线数学结构的公钥加密方法。ECC 提供了相对较短的密钥长度和高安全性，因此广泛用于现代密码学。TSS 常基于 ECC 实现，以提高效率和安全性。

示例：基于 ECC 和 Shamir’s Secret Sharing 的 TSS 实现

以下是一个简单的示例，展示如何基于 ECC 和 SSS 实现 TSS。假设我们有 n 个参与者，t 是阈值。

步骤 1：分布式密钥生成

每个参与者生成自己的私钥份额并共享公钥。

from ecdsa import SigningKey, SECP256k1
from Crypto.Random import random

def shamir_split(secret, n, t):
    # 使用随机多项式生成 t 个系数，秘密作为常数项
    coeffs = [secret] + [random.getrandbits(256) for _ in range(t - 1)]
    shares = []

    for i in range(1, n + 1):
        share = sum(c * (i ** j) for j, c in enumerate(coeffs))
        shares.append((i, share))

    return shares

# 生成私钥和对应的公钥
sk = SigningKey.generate(curve=SECP256k1)
vk = sk.verifying_key
secret = sk.privkey.secret_multiplier

# 将私钥分成 n 份，其中 t 份可以恢复私钥
n, t = 5, 3
shares = shamir_split(secret, n, t)

print("Shares:", shares)

步骤 2：恢复私钥

从 t 个份额恢复私钥，并生成签名。

from functools import reduce
from operator import mul

def lagrange_interpolate(x, x_s, y_s):
    def basis(j):
        p = [(x - x_s[m]) * pow(x_s[j] - x_s[m], -1, SECP256k1.order)
             for m in range(len(x_s)) if m != j]
        return reduce(mul, p, 1)

    return sum(basis(j) * y_s[j] for j in range(len(x_s))) % SECP256k1.order

# 恢复私钥
indices = [s[0] for s in shares[:t]]
values = [s[1] for s in shares[:t]]
recovered_secret = lagrange_interpolate(0, indices, values)

# 生成签名
recovered_sk = SigningKey.from_secret_exponent(recovered_secret, curve=SECP256k1)
message = b'This is a test message'
signature = recovered_sk.sign(message)

# 验证签名
assert vk.verify(signature, message)
print("Signature is valid.")