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LayerZero推出Aerie：实现无需GPU的高效量子抗性签名聚合

LayerZero Labs近日发布名为Aerie的研究系统，可在未配备专用加速硬件的Apple笔记本上，于0.65秒内完成32,768个基于Falcon-512算法的量子抗性签名聚合，标志着轻量级后量子签名处理迈入新阶段。

核心性能指标与设计权衡

Aerie采用16个工作线程，在0.65秒内完成大规模签名批次处理，峰值内存占用为2.1 GiB。系统提供两种聚合体格式：标准版本保留原始签名中的盐值以支持直接哈希校验；另一版本使用共享盐机制，可压缩体积至约66 KiB，但依赖特定安全前提条件。

解决权益证明网络中的签名验证瓶颈

该研究提出一种将数千个数字签名合并为单一有效性证明的技术框架，针对当前权益证明（PoS）区块链面临的验证压力。以太坊目前通过BLS签名聚合约3.2万个验证者投票，但其无法抵御量子攻击。而美国国家标准与技术研究院（NIST）选定的后量子替代方案如ML-DSA和SLH-DSA虽具抗量子能力，却缺乏原生聚合支持。

单批次证明生成时间低于一秒

在搭载M4 Max芯片的设备上，Aerie对包含16,384个Falcon-1024签名的工作负载实现0.63秒完成聚合，内存需求保持在2.1 GiB水平。尽管Falcon-1024安全性更高、计算复杂度更大，其性能表现仍优于单线程处理模式下的4.3秒耗时。

验证效率实现数量级提升

基准测试显示，单核环境下验证一个已完成的Falcon-512聚合体仅需54毫秒，相较逐一检查原始签名的519毫秒提升显著。在16线程配置下，验证时间进一步缩短至11.6毫秒，对比单独验证的42.9毫秒，效率优势明显。

批量证明构建避免递归依赖

论文强调，该系统采用“一次覆盖全批次”的构造方式，无需逐层递归生成中间证明。这种设计使任意持有原始签名的节点可在主聚合器失效时独立生成替代证明，增强系统容错能力。

证明体积优化与数据保留策略

Aerie在聚合过程中保留每个签名的短随机值（即“盐”），以便验证方直接计算相关哈希。对于32,768个签名的批次，完整聚合体大小为1,346 KiB，其中66 KiB用于数学证明部分，其余主要为盐值存储。每签名平均占42.1字节，约为传统填充式签名的十六分之一。

与早期系统的性能对比分析

相较于先前的Falcon聚合系统Orthus，Aerie在相同服务器环境下实现1.5倍的证明生成速度提升、38倍的验证速度飞跃，并将证明体积缩小1.7倍。研究团队指出，该对比未包含Orthus所省略的签名格式校验环节，因此实际差异可能更为显著。

与以太坊现有方案的差异性评估

在与leanVM的比较中，同一硬件条件下，Aerie在0.65秒内处理32,768个Falcon-512签名，而leanVM仅能在0.51秒内聚合900个XMSS签名。换算后，前者吞吐量达后者29倍。然而，leanVM在单线程验证方面表现更优，耗时仅为5.9至6.5毫秒，远快于Aerie的54毫秒。

NIST标准化进程中的双重定位

NIST已正式定稿ML-DSA与SLH-DSA作为后量子数字签名标准，而Falcon仍处于持续标准化流程中。机构建议组织自2035年起逐步淘汰易受量子攻击的旧算法，高风险系统应提前迁移。目前，Aerie已集成对ML-DSA的支持，但具体性能参数与实现细节仍在待定中。