BNB / BSC 节点中的 BLS 密钥：原理、作用与架构升级解析
随着 BNB Chain（包含 BNB Beacon Chain 与 BNB Smart Chain，简称 BSC）持续演进，其共识层经历了重要升级：从早期基于 ECDSA 的签名机制，过渡到采用 BLS（Boneh–Lynn–Shacham）聚合签名的高性能 PoSA 共识架构。
在新的节点体系中，每个验证者除了传统的 ECDSA 私钥之外，还必须生成并配置一套 BLS 密钥。本文将系统性介绍：
- BLS 是什么
- 为什么 BNB/BSC 要使用 BLS
- BLS 密钥在共识中的具体作用
- 与 ECDSA 的对比
- 架构升级带来的性能与安全变化
一、为什么 BNB/BSC 需要 BLS？
BSC 早期使用的是 PoSA（Proof of Staked Authority）+ ECDSA 签名。
这种方式在功能上可用，但存在两个核心问题：
- 签名无法聚合，每个区块需要存储和验证大量签名
- 验证者数量和区块大小难以进一步扩展
随着 BNB Chain 融合 Beacon Chain 架构、提升 TPS 的需求，BNB 引入了基于 BLS 的聚合签名技术，使共识开销更低、性能更高。
二、BLS 的核心能力
BLS（Boneh–Lynn–Shacham）最重要的特点包括以下三点。
1. 支持签名聚合（Aggregate Signature）
多个验证者的签名可以数学地合并为一个签名：
- 100 个签名
最终只需要 1 个聚合签名
区块头体积极大缩小，使出块更快、网络传输更轻。
2. 原生支持阈值签名（Threshold Signature）
可以实现多数验证者共同生成一个有效签名：
- 超过 2/3 的验证者签名
自动生成一个可验证的单一签名
无需额外的多重签名协议。
3. 验证速度快、可扩展性强
在验证区块时：
- 节点只需验证一个聚合签名
- 而不需要验证每个验证者的单独签名
这使得共识的可扩展性显著提升。
三、BLS 私钥在 BNB/BSC 中的作用
在新的 BNB Chain 共识架构中，BLS 密钥承担的是“共识身份”和“投票签名”的职责，而不是交易签名。
它主要有以下三个作用。
1. 作为验证者的共识层身份密钥
在共识过程（prevote、precommit、aggregate）中，验证者使用 BLS 私钥对投票进行签名。
链上保存的是验证者的 BLS 公钥，用于：
- 验证投票来源
- 验证者轮换
- 共识身份验证
可以理解为验证者的“共识身份证”。
2. 生成区块的 BLS 聚合签名
每个区块高度都需要验证者投票确认。
使用 BLS 后：
- 所有验证者的投票可以聚合为一个签名
- 区块头中只写入一个 BLS 聚合签名
- 节点验证速度更快，区块体积更小
这是 BNB Chain 性能提升的关键机制。
3. 支持安全的阈值共识机制
PoSA 要求超过三分之二的验证者同意区块才能最终确认。
BLS 天生支持阈值验证，并提供：
- 更简单的投票验证逻辑
- 更强的防伪造能力
- 更安全的验证者切换
让整个共识层更安全可靠。
四、为什么不是使用 ECDSA？（对比）
| 能力 | ECDSA | BLS |
|---|---|---|
| 签名聚合 | 不支持 | 支持 |
| 阈值签名 | 不支持，需要外部协议 | 原生支持 |
| 多验证者共识性能 | 一般 | 高效 |
| 区块头大小 | 大 | 小 |
| 扩展性 | 显著受限 | 强 |
| 用途 | 交易签名 | 共识投票签名 |
结论：
交易层仍然使用 ECDSA（钱包、合约交互等）。
共识层使用 BLS 才能获得高性能和更佳的扩展性。
五、BNB/BSC 架构升级后的变化
随着 BLS 的引入，BNB Chain 获得了以下提升。
1. 共识性能显著提升
减少共识消息体积、减少签名验证次数，使：
- 区块时间更稳定
- TPS 上限提升
- 网络带宽消耗更低
2. 验证者数量可扩展
BSC 早期固定 21 个验证者，使用 BLS 后可以支持更多验证者参与，而不用担心过高的签名成本。
3. 更安全的验证者管理
BLS 将验证者的共识身份抽象为统一的公钥，使身份管理更彻底、更可控。
六、BNB/BSC 节点中的两套密钥
BNB/BSC 节点实际上使用两套密钥体系，用途完全不同。
1. ECDSA Key（交易密钥）
- 用于链上交易签名
- secp256k1 曲线
- 与以太坊、MetaMask 完全一致
2. BLS Key（共识密钥）
- 仅验证者节点使用
- 只用于共识投票
- 不用于交易
- 不出现在任何钱包中
这两套密钥互不影响，各司其职。
七、总结
BLS 密钥在 BNB/BSC 中主要用于验证者共识层的投票与聚合签名，通过支持多签名聚合、阈值验证和快速校验，显著增强了区块确认速度、网络扩展性与整体安全性。它不用于交易，只用于共识层，是 BNB Chain 迈向高性能架构的重要基础组件。