DVT+BLS 去中心化验证者架构文档

概述

DVT(Distributed Validator Technology) + BLS(Boneh-Lynn-Shacham)签名聚合系统,用于去中心化的operator惩罚(slash)决策。

核心特点:

最小节点数: 3个DVT验证者
阈值共识: 2/3或大于2/3 (例如7个节点需要5个签名)
签名聚合: 链下BLS聚合,链上单proof验证
Gas效率: ~85% Gas节省 vs 链上多签

系统架构

整体架构图

graph TB
    subgraph "链下 DVT P2P 网络"
        V1[Validator 1<br/>监听提案]
        V2[Validator 2]
        V3[Validator 3]
        V4[Validator 4]
        V5[Validator 5]
        V6[Validator 6]
        V7[Validator 7]
        
        V1 -->|P2P广播| V2
        V2 -->|累积签名| V3
        V3 -->|传递| V4
        V4 -->|传递| V5
        V5 -->|传递| V6
        V6 -->|传递| V7
        
        V7 -->|检测阈值达到| AGG[BLS聚合器]
        AGG -->|生成proof| SUBMIT[提交交易]
    end
    
    subgraph "链上智能合约"
        DVT[DVTValidator.sol<br/>提案管理]
        BLS[BLSAggregator.sol<br/>BLS验证]
        SP[SuperPaymaster.sol<br/>执行惩罚]
        
        SUBMIT -->|executeWithProof| DVT
        DVT -->|verifyAndExecute| BLS
        BLS -->|executeSlashWithBLS| SP
    end
    
    style AGG fill:#f9f,stroke:#333
    style SUBMIT fill:#9f9,stroke:#333

数据流图

sequenceDiagram
    participant V1 as Validator 1
    participant P2P as P2P网络
    participant V7 as Validator 7<br/>(最后收集者)
    participant Chain as 链上合约
    
    V1->>Chain: 1. createProposal(operator, level, reason)
    Chain-->>V1: proposalId
    
    V1->>P2P: 2. 广播提案 + BLS签名1
    P2P->>V7: 3. 传递签名(经V2-V6累积)
    
    Note over V7: 4. 收集到7个BLS签名<br/>达到阈值(7 >= 7)
    
    V7->>V7: 5. BLS聚合<br/>7个签名 → 1个proof
    
    V7->>Chain: 6. executeWithProof(id, proof)
    Chain->>Chain: 7. BLS验证proof
    Chain->>Chain: 8. executeSlash(operator)

核心数据结构

1. 链上Proposal结构

struct SlashProposal {
    address operator;        // 被惩罚的operator地址
    uint8 slashLevel;       // 惩罚级别: 0=WARNING, 1=MINOR, 2=MAJOR
    string reason;          // 惩罚原因
    bool executed;          // 是否已执行
    // ✅ 不存储个体签名 - 全部链下处理
}

2. BLS Proof格式

// ABI编码格式
bytes memory proof = abi.encode(
    bytes pkG1,          // 聚合公钥 (G1点, 128字节)
    bytes sigG2,         // 聚合签名 (G2点, 256字节)
    bytes msgG2,         // 消息哈希的G2映射 (256字节)
    uint256 signerMask   // 签名者位掩码 (例如0x7F = 0111 1111)
);

msgG2内容 (统一message schema):

bytes memory msgG2Bytes = abi.encode(
    proposalId,    // 提案ID
    operator,      // operator地址
    slashLevel,    // 惩罚级别
    repUsers,      // reputation影响的用户
    newScores,     // 新的reputation分数
    epoch,         // epoch编号
    chainid        // 链ID(防跨链重放)
);

3. 签名者位掩码(Signer Mask)

示例: 7个validator签名
位掩码: 0x7F = 0b01111111

位0 → Validator #0 ✅
位1 → Validator #1 ✅
位2 → Validator #2 ✅
位3 → Validator #3 ✅
位4 → Validator #4 ✅
位5 → Validator #5 ✅
位6 → Validator #6 ✅
位7 → (未使用)

计数: __builtin_popcount(0x7F) = 7

BLS签名格式

个体BLS签名

// 单个validator的BLS签名
interface IndividualBLSSignature {
  validator: string;           // validator地址
  publicKey: Uint8Array;       // BLS公钥 (G1点, 48字节压缩)
  signature: Uint8Array;       // BLS签名 (G2点, 96字节压缩)
  message: Uint8Array;         // 被签名的消息
}

聚合BLS签名

// 聚合后的BLS proof
interface AggregatedBLSProof {
  aggregatedPk: Uint8Array;    // 聚合公钥 (G1, 128字节未压缩)
  aggregatedSig: Uint8Array;   // 聚合签名 (G2, 256字节未压缩)
  messageG2: Uint8Array;       // 消息的G2映射 (256字节)
  signerMask: bigint;          // 签名者位掩码
}

链下DVT服务实现

SDK代码示例

参考: aastar-sdk 仓库的DVT服务实现

关键模块:

aastar-sdk/
└── packages/
    └── dvt/
        ├── src/
        │   ├── p2p/
        │   │   ├── network.ts      # P2P网络层
        │   │   └── protocol.ts     # DVT协议
        │   ├── bls/
        │   │   ├── signer.ts       # BLS签名
        │   │   └── aggregator.ts   # BLS聚合 ⭐
        │   └── proposal/
        │       ├── monitor.ts      # 监听链上提案
        │       └── executor.ts     # 提交proof
        └── examples/
            └── dvt-node.ts         # 完整DVT节点示例

BLS聚合核心代码

// @aastar/dvt/src/bls/aggregator.ts
import { bls } from '@noble/curves/bls12-381';

export class BLSAggregator {
  /**
   * 聚合多个BLS签名
   * @param signatures - 个体签名数组
   * @returns 聚合后的proof
   */
  aggregateSignatures(
    signatures: IndividualBLSSignature[]
  ): AggregatedBLSProof {
    // 1. 验证所有签名针对同一消息
    const message = signatures[0].message;
    for (const sig of signatures) {
      if (!bytesEqual(sig.message, message)) {
        throw new Error('All signatures must be for same message');
      }
    }

    // 2. 聚合公钥 (G1点加法)
    const pks = signatures.map(s => bls.G1.ProjectivePoint.fromHex(s.publicKey));
    const aggregatedPk = pks.reduce((acc, pk) => acc.add(pk));

    // 3. 聚合签名 (G2点加法)
    const sigs = signatures.map(s => bls.G2.ProjectivePoint.fromHex(s.signature));
    const aggregatedSig = sigs.reduce((acc, sig) => acc.add(sig));

    // 4. 计算message的G2映射
    const messageG2 = bls.G2.hashToCurve(message);

    // 5. 生成签名者位掩码
    const signerMask = this.buildSignerMask(signatures);

    return {
      aggregatedPk: aggregatedPk.toRawBytes(),   // 128字节
      aggregatedSig: aggregatedSig.toRawBytes(), // 256字节
      messageG2: messageG2.toRawBytes(),         // 256字节
      signerMask
    };
  }

  /**
   * ABI编码proof用于链上提交
   */
  encodeProof(proof: AggregatedBLSProof): Uint8Array {
    return ethers.AbiCoder.defaultAbiCoder().encode(
      ['bytes', 'bytes', 'bytes', 'uint256'],
      [
        proof.aggregatedPk,
        proof.aggregatedSig,
        proof.messageG2,
        proof.signerMask
      ]
    );
  }
}

DVT节点完整示例

// @aastar/dvt/examples/dvt-node.ts
import { DVTNode } from '@aastar/dvt';
import { BLSAggregator } from '@aastar/dvt/bls';

async function runDVTNode() {
  // 1. 初始化DVT节点
  const node = new DVTNode({
    privateKey: process.env.VALIDATOR_PRIVATE_KEY!,
    p2pPort: 30303,
    bootstrap: ['validator1.example.com:30303'],
    threshold: 5,  // 7个节点需要5个签名 (2/3+)
    rpcUrl: 'https://sepolia.infura.io/v3/...'
  });

  // 2. 监听链上proposal事件
  node.on('ProposalCreated', async (event) => {
    const { proposalId, operator, level } = event.args;
    
    // 3. 验证proposal有效性
    if (await node.validateProposal(proposalId)) {
      // 4. BLS签名
      const signature = await node.signProposal(proposalId);
      
      // 5. P2P广播签名
      await node.broadcast({
        type: 'PROPOSAL_SIGNATURE',
        proposalId,
        signature
      });
    }
  });

  // 6. 收集P2P签名
  node.on('SignatureReceived', async (data) => {
    const { proposalId, signatures } = data;
    
    // 7. 检查是否达到阈值
    if (signatures.length >= node.threshold) {
      // 8. BLS聚合
      const aggregator = new BLSAggregator();
      const proof = aggregator.aggregateSignatures(signatures);
      const encodedProof = aggregator.encodeProof(proof);
      
      // 9. 提交到链上
      const tx = await node.contracts.dvtValidator.executeWithProof(
        proposalId,
        [], // repUsers
        [], // newScores
        0,  // epoch
        encodedProof
      );
      
      console.log(`Proposal ${proposalId} executed:`, tx.hash);
    }
  });

  await node.start();
  console.log('DVT node running on port', node.p2pPort);
}

runDVTNode();

DVTValidator vs BLSAggregator: 是否应该合并?

当前职责分离

合约	职责	核心功能
DVTValidator	提案管理	- createProposal - 存储proposal信息 - validator权限管理
BLSAggregator	BLS验证	- BLS proof验证 - 执行slash - Registry更新

合并分析

支持合并的理由 ✅

职责重叠
- DVTValidator现在只是"转发器"
- executeWithProof直接调用BLSAggregator
Gas节省
- 少一层合约调用
- 减少接口开销
代码简化
- 单一合约更易维护
- 减少部署复杂度

反对合并的理由 ❌

关注点分离
- DVTValidator = 业务层(提案治理)
- BLSAggregator = 技术层(密码学验证)
灵活性
- DVTValidator可以有其他执行路径
- BLSAggregator可以被其他合约复用
升级独立性
- 两个合约可独立升级
- BLS验证算法变更不影响提案逻辑

关键配置参数

参数	值	说明
最小DVT节点	3	保证基本去中心化
推荐DVT节点	7	平衡安全性和效率
阈值	≥ 2/3	拜占庭容错
BLS曲线	BLS12-381	EIP-2537标准
公钥大小	48/128字节	压缩/未压缩
签名大小	96/256字节	压缩/未压缩

Provide feedback

Saved searches

Use saved searches to filter your results more quickly

DVT+BLS 去中心化验证者架构文档

概述

系统架构

整体架构图

数据流图

核心数据结构

1. 链上Proposal结构

2. BLS Proof格式

3. 签名者位掩码(Signer Mask)

BLS签名格式

个体BLS签名

聚合BLS签名

链下DVT服务实现

SDK代码示例

BLS聚合核心代码

DVT节点完整示例

DVTValidator vs BLSAggregator: 是否应该合并?

当前职责分离

合并分析

支持合并的理由 ✅

反对合并的理由 ❌

推荐方案

关键配置参数

安全考虑

1. 消息绑定

2. 阈值验证

3. P2P安全

参考资料

更新日志

FilesExpand file tree

DVT_BLS_Architecture.md

Latest commit

History

DVT_BLS_Architecture.md

File metadata and controls

DVT+BLS 去中心化验证者架构文档

概述

系统架构

整体架构图

数据流图

核心数据结构

1. 链上Proposal结构

2. BLS Proof格式

3. 签名者位掩码(Signer Mask)

BLS签名格式

个体BLS签名

聚合BLS签名

链下DVT服务实现

SDK代码示例

BLS聚合核心代码

DVT节点完整示例

DVTValidator vs BLSAggregator: 是否应该合并?

当前职责分离

合并分析

支持合并的理由 ✅

反对合并的理由 ❌

推荐方案

关键配置参数

安全考虑

1. 消息绑定

2. 阈值验证

3. P2P安全

参考资料

更新日志