HAPPIER: Hash-Based, Aggregatable, Practical Post-quantum Signatures Implemented Efficiently with RiscO

doi:10.1007/978-3-032-15541-2_1

2026-01-01

PRE

Saygan, Arda

Gundogan, Muhammed Said *

Arslan, Atakan

Gonen, Mehmet Emin

DOI：10.1007/978-3-032-15541-2_1

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摘要

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美国国家标准与技术研究院（NIST）的后量子密码标准的采用加速了向抗量子系统的转变。虽然许多协议如TLS、IKEv2和Signal可以整合这些标准，但其他协议仍依赖缺乏高效后量子替代方案的基元。其中一种基元是BLS签名方案，因其能够将多个签名聚合成单一紧凑签名，从而减少通信和验证开销，被广泛应用于权益证明（PoS）区块链中。近期研究提出了后量子聚合签名以替代BLS，但现有方案因高内存使用和聚合速度慢而不实用。尽管先前方案生成的签名较小（数百KB），但聚合210个签名需要数百GB的RAM。相比之下，我们的方案生成稍大的签名（2-3 MB），但大幅缩短聚合时间，且能在标准笔记本电脑上处理216个签名，实用性显著提高。除可扩展性改进外，我们的设计基于强安全原则，依赖极少的假设，特别是使用安全哈希函数。对于签名基元，我们采用XMSS，一种已由NIST标准化的状态化哈希签名方案。据我们所知，以前的后量子聚合方案均未实现多级聚合。我们已实现此功能，支持网络中签名的增量聚合。这对于以太坊的Beam链路线图尤为相关，该路线图强调模块化zk-rollup架构和后量子基元的集成。此外，通过实现多级签名聚合，我们的方法为未来后量子以太坊共识机制中的验证者协调和签名验证提供了实用解决方案。

Keyword:

Aggregate Signatures

Post-quantum Cryptography

Zero-Knowledge Proofs

RecursiveSNARK

zkVM

hash-based