密鑰管理是一個正在變得越來越重要的概念，已經(jīng)成為區(qū)塊鏈領域重要的基礎設施。當數(shù)字貨幣或 Token 更多的被交易和使用，而不僅僅被一勞永逸地存儲時，通過私鑰或錢包密碼使用資產(chǎn)的方式既不安全，也不友好，更難以滿足諸多應用場景的需求。
基于 MPC（安全多方計算）的門限簽名方式與多重簽名方式是兩種不同的密鑰管理方法，在這篇文章中，我們采訪了 PlatON 算法科學家謝翔博士，他將為我們介紹基于 MPC 的密鑰管理，以及這種方式與多重簽名方式的本質區(qū)別。
謝翔是數(shù)學與密碼學專業(yè)出身，現(xiàn)為 PlatON 算法科學家及 KeyShard 產(chǎn)品負責人，專注于密碼算法的研究、實現(xiàn)和產(chǎn)品化。KeyShard 提供的是基于 MPC 的密鑰管理服務，為數(shù)字貨幣密鑰管理和恢復的痛點提供解決方案。
什么是基于MPC的密鑰管理
問：為什么我們需要密鑰管理？
謝翔：個人可以在區(qū)塊鏈或比特幣網(wǎng)絡上自由地注冊賬戶、轉賬，不需要任何第三方，這個功能是通過一套數(shù)字簽名機制來完成的。在數(shù)字貨幣里，最核心的就是如何去管理這個簽名，因為所有的東西都會依賴于這個簽名的有效性。
對于用戶而言，管理簽名其實就是去管理密鑰。因此我們說密鑰就是錢，密鑰管理很重要。
在傳統(tǒng)的行業(yè)里，你可以通過銀行也好，通過一系列的流程設計也好來管理錢，比如說可以多個人來管，投資經(jīng)理同意了、投資總監(jiān)同意了、財務同意了、CEO 同意了，這筆錢才能轉出去。但是一旦挪到數(shù)字貨幣這個行業(yè)，傳統(tǒng)那套是做不了的，為什么？因為誰有私鑰誰就能轉錢，傳統(tǒng)那一套審批流程是形同虛設的，沒有任何意義。
所以我們做密鑰管理這件事情最初的一個想法，就是說能不能把傳統(tǒng)的對于錢的授權管理機制挪到數(shù)字貨幣的世界里面來。這個肯定是需要的，因為現(xiàn)在很多人已經(jīng)開始用 Token 在投資了，比如說基金，比如說家族的 VC，他們是需要有一種內部管理的機制的，但是傳統(tǒng)的那套審批機制在技術上過不來。
問：多簽可以解決這個問題嗎？
謝翔：多簽是基于腳本或智能合約的。它是設計一個規(guī)則，比如說三個人同時簽了或者兩個人同時簽了，將這些簽名傳遞給一份智能合約，合約就開始運行，把錢轉出去。多簽能解決一部分問題，它其實已經(jīng)用到很多企業(yè)里了，但是隨著時間的進展會碰到越來越多的問題，問題在哪里呢？
多簽針對不同的主鏈需要實現(xiàn)不同的智能合約，現(xiàn)在的鏈至少有一千多個了，每個鏈的智能合約體系不一樣，每個人去寫合約寫得還不一樣。拿 VC 來說，VC 可能會投很多鏈，這些 Token 怎么管？你要他們去寫十幾個合約，而且都還要經(jīng)過安全認證？這是一個大的人力成本。
此外，區(qū)塊鏈上合約的任何細節(jié)都會被看見，這是有一層安全性問題在那里的。任何人都可以來看這個合約有沒有漏洞，而且很多新的鏈不像比特幣或以太坊那樣經(jīng)過了時間的驗證，它的合約體系本身有沒有問題是不知道的。你會發(fā)現(xiàn)一些新的 Token 出問題，90% 都是合約出問題，這是一個大的風險。
所以在多鏈的情況下，多簽還能方便地支持密鑰管理嗎？目前看其實是很難的。用多簽通過合約的方式來管理密鑰，使用成本高，安全風險高。
問：如果這些不同的鏈都是基于相同的數(shù)字簽名算法，比如 Schnorr，那么不同鏈的密鑰管理方法是不是就可以通用？
謝翔：不，邏輯不是這樣的，我給你畫一下。多簽是這樣的，最下邊是區(qū)塊鏈，中間是數(shù)字簽名，它有個簽名算法，可以是 ECDSA，可以是 Schnorr 等等，最上邊是智能合約。
多簽是怎么做的呢？就是在最上邊的智能合約部分來數(shù)合法簽名的個數(shù)，一個、兩個、三個……夠了，就把錢轉出去。這種方式不在乎下邊用的是什么簽名算法，Schnorr 也好、BLS 也好，對它來說沒有半點區(qū)別。
這是多簽的一個基本原理，也可以說是好處，它能夠和底層的簽名算法做到一定程度的解耦。但它的問題是要適配不同鏈系統(tǒng)，一千條鏈就需要一千個智能合約，多鏈的兼容性很弱。
問：那基于 MPC 的門限簽名是怎樣的？
謝翔：我把這張圖重新畫一下。最下邊還是這條鏈，中間還是數(shù)字簽名，上邊是智能合約。基于 MPC 的門限簽名不會去管下邊的鏈，也不會去管上邊的合約，兩頭它都不會管，它只管右邊這部分，也就是鏈下創(chuàng)建簽名的部分。
它的思路是說一個簽名一定是有一個私鑰的，它把這個私鑰以某種方式分成很多「碎片」，這些碎片可以被很多人同時拿著，然后通過一套 MPC 協(xié)議，保證這些碎片不需要被拼起來就可以直接產(chǎn)生一個合法的簽名。「不需要被拼起來」代表著真正的私鑰始終沒有、而且也不需要出現(xiàn)。
問：簽名是在鏈下完成的？
謝翔：需要簽名的時候，比如說我們公司三個人會在鏈下跑一個協(xié)議，生成一個簽名，再把簽名放到鏈上。生成簽名的邏輯是放在 MPC 里實現(xiàn)的，出來的是一個標準的簽名，但怎么跑這個協(xié)議別人是不知道的。
把這個簽名結果放到鏈上去，別人分不清它后面是一個人簽的還是多個人簽的，因為它的形態(tài)、樣子就是一個簽名，和直接用私鑰簽出來是一模一樣的。這一套簽名機制可以完全獨立于鏈，部署在企業(yè)的內部。
發(fā)現(xiàn)了沒有，多重簽名主要是去數(shù)合法簽名的個數(shù)，它不依賴于簽名算法，但要去適配鏈系統(tǒng)；基于 MPC 的門限簽名主要是去產(chǎn)生一個簽名，它依賴于簽名算法，但不需要去適配合約和鏈系統(tǒng)。
基于 MPC 的門限簽名與合約模塊是完全解耦的，合約是怎么寫的、鏈是怎么樣的，它完全不在乎。它只要區(qū)別簽名算法，只要簽名算法是鏈系統(tǒng)支持的，它就能很好地銜接。算法的話現(xiàn)在可能就是 ECDSA、Schnorr、BLS （以太坊 2.0 可能使用 BLS），所以兼容算法就能兼容很多鏈?；?MPC 的密鑰管理能做到對多鏈友好，這是一個大的優(yōu)勢。
另外一個優(yōu)勢就是這套簽名機制的策略是鏈下的，因此更加安全，它避免了合約被黑客攻擊的風險，而且設計策略可以更加靈活，因為除了驗簽外的大部分流程都搬到鏈下了，使用方可以根據(jù)場景，制定自己的碎片管理策略。
問：MPC 在這個過程中的作用是什么？
謝翔：MPC 是一種基于密碼學的協(xié)同計算框架，廣義地理解就是多方各自有私密的輸入，一起來完成一個計算任務，在成功完成任務的同時，可以保證整個過程中各自的私密輸入不會泄露。
比如一個「2-3 模式」的基于 MPC 的密鑰管理協(xié)議，意味著一共有 3 個碎片，只要任意的 2 個碎片參與執(zhí)行協(xié)議，就可以產(chǎn)生一個合法簽名。這里的簽名產(chǎn)生過程，包括碎片產(chǎn)生過程，都可以看成一種安全多方計算，因為在協(xié)議執(zhí)行過程中，產(chǎn)生和交換的所有中間數(shù)據(jù)都不會直接或者間接地造成碎片明文的泄露。
問：基于 MPC 的門限簽名為什么要跟簽名算法相關？
謝翔：我有多塊碎片，怎么去實現(xiàn)這一個簽名出來？這和算法結構是強相關的，所以會存在某個算法容易做 MPC，某個算法不容易做 MPC 的問題。比特幣要升級到 Schnorr，Schnorr 是非常兼容 MPC 的，ECDSA 不那么兼容 MPC。
問：在基于 MPC 的密鑰管理中，真正的那個私鑰存儲在哪兒？
謝翔：你會發(fā)現(xiàn)有個很好玩的事情，就是在整個密鑰管理的生命周期里，真正的私鑰從來沒有出現(xiàn)過，也就沒有私鑰存儲在哪里這個問題了。這是基于 MPC 的密鑰管理的精髓所在，它能夠保證密鑰能用但不存在。
在傳統(tǒng)的密鑰管理中，密鑰是一種確實存在的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，保管它是一件非常難的事情?；?MPC 的門限簽名在物理層面直接從系統(tǒng)里剝離了密鑰，這與傳統(tǒng)系統(tǒng)在安全理念上是截然不同的。
在傳統(tǒng)方式下，黑客盯住一個點就行，因為私鑰就存在那個點上；但基于 MPC 的密鑰管理將密鑰的安全性分散在多個托管節(jié)點里，私鑰在任何時刻都會被分成多份在多個地方，黑客可能要攻破第一個、第二個、第三個、第四個，要把四個碎片全部搞定才能拿到密鑰，而且必須在某一時間范圍內同時拿到四個碎片才能得到密鑰，因為密鑰碎片是在不斷刷新的。
比如密鑰是 10，把它拆成兩個碎片，分在兩個地方。你可以把 10 拆成 5+5，但過一分鐘后把它拆成 1+9，再過一分鐘后把它拆成 2+8。黑客要在一分鐘之內把兩個點都攻破才能拿到 10，如果第一分鐘攻破第一個地方、第二分鐘攻破第二個地方，黑客拿到的是 5 和 9，不是正確的密鑰。
問：多簽是無法做這種刷新的？
謝翔：沒有辦法。對于多簽，比如參與多簽的是三個人，其中一個人的私鑰被偷了，那對應的方法不是說刷新密鑰，而是要趕緊換地址，把錢轉到新的地址里，這在很多應用場景里是個痛點；或者比如說現(xiàn)在是三個人參與多簽，需要加第四個人，這個時候也要換地址，然后需要一個新的多簽的合約，這是很費勁的，而且轉錢到新地址還需要手續(xù)費。
但這些對于 MPC 來說就很容易，它可以保證對外的地址一直不變，內部刷新就好。這個好處也是我們看重的點。
基于 MPC 的密鑰管理的應用
問：基于 MPC 的密鑰管理可以降低私鑰的使用門檻嗎？這或許是最讓普通用戶頭疼的地方。
謝翔：它可以做到與傳統(tǒng)的中心化的方式?jīng)]有區(qū)別，做到用戶體驗一樣：使用數(shù)字貨幣時的操作和你使用微信錢包時的操作是一樣的，你不需要去記助記詞、或者把助記詞存硬件、用本子抄寫下來等等。
用 MPC 一個好玩的事情是什么呢？比方說 A 和 B 用 MPC 共同管理一個賬戶，那么他們倆就可以同時來控制這個賬戶，但同時都不需要記助記詞。如果 A 想用的時候，要發(fā)一個請求給 B，B 同意后，A 和 B 通過一套既定的規(guī)則，在本地利用各自的碎片計算出一些中間變量，通過信息交換，A 就可以在本地生成一個合法的完整簽名，驗簽通過后，A 就可以把賬戶里的錢轉出去。
當然這里還有一個問題，如何為 A 和 B 生成碎片。事實上，利用 MPC 技術可以實現(xiàn) A 和 B 各自在本地生成一個碎片，這兩個碎片可以隱式地拼接成一個私鑰，注意，這種拼接只是一種蘊含的數(shù)學關系，碎片實際上從未在任何時刻被拼接過。
這個時候，B 那個角色也可以是一個第三方的服務器。服務器確認一下 KYC，核實是不是你發(fā)起的，是你發(fā)起的之后它就自動通過，也就是自動給出另一個碎片來一起生成簽名。KYC 就是通過發(fā)短信、人臉識別、發(fā)郵件等等方式，這樣一來，用戶的操作方式就和傳統(tǒng)的操作方式一模一樣。這就和實際的應用場景很掛鉤了。
我們做了一個叫 KeyShard 的 App，是為了告訴用戶基于 MPC 的密鑰管理可以怎么用，可以試著體驗一下，現(xiàn)在只支持以太坊。它就是模擬的傳統(tǒng)的權限管理，要兩個人同意才能動賬戶。
問：回到最開始。你說把傳統(tǒng)的對于錢的授權管理機制挪到數(shù)字貨幣領域。在傳統(tǒng)審批流程里，可能需要 A 先通過，然后 B 簽字，然后 C 簽字，這是 MPC 現(xiàn)在就可以做到的嗎？
謝翔：這其實是一個很關鍵的問題。在傳統(tǒng)的流程里這叫做傳簽，傳簽在 MPC 里會有一些障礙，我畫一下 MPC 大概的邏輯。
MPC 這個算法協(xié)議是要彼此相連和交互的，比如說經(jīng)理、財務、CEO 三個人參與生成簽名，它是要求這三個人必須同時在線的，所以 MPC 純算法本身很難做到傳簽。
但我們可以利用工程架構在產(chǎn)品層面實現(xiàn)傳簽功能，讓上層的用戶不用去管也不用去想底層是怎么運行的，對于用戶而言，產(chǎn)品的操作體驗和傳統(tǒng)傳簽是一樣的。所以算法和產(chǎn)品之間是有很大差異的，這里有兩套東西，除了算法本身，還需要把技術和業(yè)務邏輯結合起來。
問：可以這么理解嗎，基于 MPC 的密鑰管理不僅是為了安全地存儲密鑰，它更是為了個人或企業(yè)能夠方便地、滿足業(yè)務邏輯地使用密鑰？
謝翔：它有多個優(yōu)勢，安全存儲是一方面；而讓個人或者企業(yè)更安全便捷地使用密鑰是另一方面。前者是指基于 MPC 的密鑰管理對密鑰或者資產(chǎn)的「托管能力」，體現(xiàn)了靜態(tài)的安全性；后者是指基于 MPC 的密鑰管理可以主動設計出多樣化的策略管理，是一種動態(tài)的業(yè)務賦能。
問：如果有一個需要管理多種 Token 的投資機構，它是不是可以買一套基于 MPC 的密鑰管理算法，然后用這套算法實現(xiàn)對不同鏈的簽名，進而實現(xiàn)對不同鏈上資產(chǎn)的管理？
謝翔：它不太可能直接買算法，它會買產(chǎn)品，比如買一套基于 MPC 的密鑰管理軟件裝在公司內部的服務器上，然后就可以通過一個界面去管理資產(chǎn)。你可以理解為它買了一套基于 MPC 的財務管理系統(tǒng)。
密鑰管理的最底層是一套算法，但可以把它包成產(chǎn)品，也可以包成 App、包成 SDK（軟件開發(fā)工具包）。
問：如果有一個錢包公司，希望錢包添加一個讓用戶能基于 MPC 管理私鑰的功能，是不是可以找專業(yè)的提供 MPC 解決方案的公司合作？
謝翔：對。你可以理解為這個市場有投資機構、有錢包、有交易所，還有其它的一些業(yè)務公司，它們各自有自己的業(yè)務，但它們一定都會有怎么管錢這個問題，我們就是提供一套基于 MPC 的密鑰管理能力，也就是基于 MPC 的管錢的能力，來跟它們自己現(xiàn)在的這套系統(tǒng)對接。
從公司的定位來說，PlatOn 是技術提供商或基礎設施提供商，KeyShard 是其中為數(shù)字貨幣提供密鑰管理的基礎設施，它把自己往下沉得多一點，不碰上面的業(yè)務。它主導的是底層的密鑰管理的 SDK，希望把授權管理的業(yè)務流程揉到 SDK 里面去，當然難點在于要抽象出一套相對來說足夠靈活、好用的 SDK。
基于 MPC 的密鑰管理面臨的挑戰(zhàn)
問：基于 MPC 的密鑰管理現(xiàn)在碰到的難點是什么？
謝翔：技術的、非技術的都有。非技術的是有人會問為什么它是安全的？給我個證書。傳統(tǒng) KMS （Key Management Service）是有證書的，但因為 MPC 技術較新，在密鑰管理上使用的時間不長，目前還沒有足夠權威和廣泛的認證。
這是這個學科的特殊性引發(fā)的問題。密碼學雖然有堅實的理論基礎，但是它分理論安全和實際安全，實際安全是不是能達到理論安全這個層面是需要時間檢驗的。所以一是需要標準機構，二是需要學術研究的推動。我們會積極地去推進類似標準、去推進工業(yè)界對這個技術的認可，但需要時間，沒那么快。
技術上的難點就是剛才說的，需要把這一套新的技術和復雜的業(yè)務邏輯結合起來。此外，MPC 是一套分布式的技術，分布式的話就會有同步，也就是共識的問題。
原來的授權管理是一個純中心化的東西，業(yè)務流程會很好配；但分布式的場景下會有一定的難度，比如使用者在不在線的問題，網(wǎng)絡好不好的問題，如果在密鑰刷新的時候有延時，是用后面那個碎片還是用前面那個碎片的問題。這種細節(jié)會有很多，都要去考慮。
問：基于 MPC 的密鑰管理沒有可追究性這種說法是準確的嗎？就是說不知道誰簽了誰沒有簽，無法追查責任？
謝翔：其實是可以知道的，從算法層面就可以抓到是誰簽的。算法底層可以通過引入檢查和舉報機制，追查到誰沒有簽，甚至知道是誰在簽名過程中給了不遵循規(guī)則的錯誤信息。
重新認識「私鑰」：私鑰不是鑰匙
「私鑰」這個詞帶來的直覺反應是，它是一種「鑰匙」，作用是打開保管著數(shù)字貨幣的保險柜，想一想也似乎有道理，使用私鑰就能拿到幣。但實際上，在區(qū)塊鏈和數(shù)字貨幣領域，私鑰就意味著資產(chǎn)本身。
試想，你的保險柜鑰匙丟了，你的錢是依然還在的，你可以再配一把鑰匙；但如果私鑰被忘了，錢可就永遠消失了。你的保險柜鑰匙被偷了，你的錢可能依然安全，因為小偷還需要溜進大樓、撬開房間的門鎖；但如果私鑰被偷了，錢幾乎立馬就不再屬于你。
私鑰不是那把打開保險柜的鑰匙，它是要被放進保險柜的資產(chǎn)本身。而如何設計一個保險柜系統(tǒng)存放私鑰，使得柜中的私鑰既安全、又易用，就是密鑰管理。屆時，交到用戶手中的就不是私鑰，而是一套打開保險柜的鑰匙。
多重簽名和基于 MPC 的門限簽名都是實現(xiàn)資產(chǎn)管理的方法，但它們是截然不同的設計路線：前者在鏈上，依靠智能合約數(shù)合法簽名的個數(shù)；后者在鏈下，依靠 MPC 用碎片生成合法簽名。本文重點介紹的是后者，也就是基于 MPC 的密鑰管理，希望能對你了解這種技術和方案有一些幫助。
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