Post‑quantum Signaturaggregation für Blockchain‑Migration

LayerZero Labs hat zusammen mit akademischen Partnern — darunter a16z crypto research, Carnegie Mellon University und Imperial College London — Aerie vorgestellt, ein Forschungs‑System zur Aggregation post‑quantensicherer Falcon‑Signaturen in einen einzigen kompakten Beweis. Aerie adressiert das Kernproblem bei einer Migration zu post‑quantensicheren Algorithmen: Im Gegensatz zu kompakten elliptischen Kurven‑Signaturen sind viele post‑quantum Alternativen deutlich größer und verfügen nicht über die native Aggregationsfähigkeit von BLS. Das System basiert auf einem gitterbasierten polynomiellen Commitment‑Schema namens Akita und ist so ausgelegt, dass es auf normalen CPU‑Umgebungen läuft ohne spezielle Hardwareanforderungen.

In den am 16. Oktober 2026 veröffentlichten Benchmarks aggregierte Aerie 32.768 Falcon‑512 Signaturen in 0,65 Sekunden und 16.384 Falcon‑1024 Signaturen in 0,63 Sekunden auf einem Apple M4 Max mit 16 Worker‑Threads und ohne GPU‑Beschleunigung. Die Spitzen‑Speichernutzung betrug etwa 2,1 GiB, und die Autoren geben eine Durchsatzgröße von rund 46.000 Falcon‑512 Signaturen pro Sekunde an. Für die 32.768‑Signatur‑Arbeitslast nennen sie eine Gesamtgröße des Standardaggregats von 1.346 KiB inklusive Salts und Header; der Beweisanteil beträgt etwa 66 KiB, was etwa 42,1 Bytes pro Signatur ergibt. Eine Variante mit gemeinsamem Salt könnte das vollständige Aggregat unter bestimmten Signierungsrichtlinien und Sicherheitsannahmen auf circa 66 KiB reduzieren. Die Verifikation des Falcon‑512 Aggregats dauerte auf einem Kern 54 Millisekunden gegenüber 519 Millisekunden zur Einzelprüfung aller Signaturen; mit 16 Threads sanken die Verifikationszeiten deutlich.

Die Arbeit enthält Vergleiche zu früheren Ansätzen: Gegenüber Orthus melden die Autoren 1,5‑fach schnellere Beweiserzeugung, 38‑fach schnellere Verifikation und 1,7‑fach kleinere Beweise auf vergleichbarer Hardware, wobei Workload‑Unterschiede wie Formatprüfungen berücksichtigt werden. Im Vergleich zu Ethereums leanVM und anderen hash‑basierten Ansätzen berichten die Autoren, dass Aerie in ihren M4 Max Messungen eine etwa 29‑fache Proving‑Durchsatzvorteil gegenüber leanVMs XMSS‑Konfiguration erreichte, und in einigen stateless‑Transaktionsszenarien wächst der Abstand auf etwa das 60‑fache. Gleichzeitig zeigt sich ein Trade‑off bei der Verifikation: leanVM‑Beweise verifizierten in den referenzierten Konfigurationen schneller (ca. 5,9–6,5 ms Einzelthread) als Aeries 54 ms Ergebnis auf einem Kern.

Das Papier geht über Performance hinaus auf architektonische und kryptographische Implikationen ein. Justin Thaler und Kolleg:innen argumentieren, dass gitterbasierte Konstrukte Mehrfachrunden rekursiver Beweisaggregation vermeiden können und möglicherweise besser mit Funktionalitäten kompatibel sind, die für private Zahlungen nötig sind, da Public‑Key‑Verschlüsselung nicht allgemein aus Hashfunktionen allein konstruiert werden kann. NIST führt ML‑DSA und SLH‑DSA als finalisierte Standards, während Falcon weiterhin in einem separaten Standardisierungsprozess steht; die Autoren geben an, dass ML‑DSA‑Aggregation in Aerie funktioniert, genaue Implementierungsdetails bleiben jedoch offen. Aerie wird als Demonstration eines praktikablen Migrationspfads präsentiert: Sub‑Sekunden‑Laufzeiten auf Verbraucher‑CPUs und deutlich kleinere aggregierte Größen zeigen Potenzial, zugleich bedürfen Netzwerkanalysen, Sicherheitsbewertungen und die Integration in Ethereums Zielsetzung für Quantum‑Resistance bis 2029 weiterer Arbeit.