Drempelhandtekening

Een drempelondertekeningsschema (TSS) is een cryptografisch protocol dat het ondertekeningsproces verdeelt over meerdere partijen, zodat een minimum aantal deelnemers (de "drempel") moet samenwerken om een geldige digitale handtekening te produceren, zonder ooit de volledige privésleutel te reconstrueren of openbaar te maken.

In een t-van-n drempelsignatuurschema, een private key wordt opgesplitst in n delen die verdeeld zijn over n deelnemers, en elke t (drempelwaarde) van die deelnemers kan gezamenlijk een geldige handtekening genereren die niet te onderscheiden is van een standaard handtekening van één partij op de blockchain.

In tegenstelling tot traditioneel meerdere handtekeningen Bij (multisig)-schema's, waarbij meerdere afzonderlijke handtekeningen on-chain worden gecombineerd, produceren drempelhandtekeningen één standaardhandtekening. Dit maakt ze gaszuiniger, privacyvriendelijker en compatibel met elke blockchain die het onderliggende handtekeningalgoritme ondersteunt.

TSS maakt gebruik van geavanceerde cryptografische technieken, waaronder Shamir's Secret Sharing. gedistribueerde sleutelgeneratie (DKG)en meerpartijenberekening (MPC), om ervoor te zorgen dat geen enkele partij op enig moment tijdens het genereren of ondertekenen van de sleutel de volledige privésleutel in handen heeft.

Deze technologie is essentieel voor institutionele oplossingen voor het bewaren van cryptovaluta, de beveiliging van gedecentraliseerde bridges, cross-chain protocollen en wallet-infrastructuur, waar het elimineren van single points of failure cruciaal is. Belangrijke implementaties zijn onder andere de GG18-, GG20- en CGGMP21-protocollen voor ECDSA-drempelhandtekeningen, en FROST voor op Schnorr gebaseerde drempelhandtekeningen die worden gebruikt in de Taproot-upgrade van Bitcoin.

Oorsprong en geschiedenis

Datum	Evenementen
1979	Adi Shamir publiceert "Hoe deel je een geheim?", waarmee hij Shamirs geheimdelingsmethode introduceert.
1989	Yvo Desmedt en Yair Frankel presenteren het eerste concept voor een drempelondertekeningsschema.
2001	Dan Boneh, Ben Lynn en Hovav Shacham ontwikkelen BLS-signatures, waardoor efficiënte drempelwaardenschema's mogelijk worden.
2018	Gennaro en Goldfeder publiceren GG18, een praktisch drempel-ECDSA-protocol voor blockchaingebruik.
2019	Binance introduceert drempelhandtekeningen voor zijn Binance Chain-brugarchitectuur.
2020	Gennaro en Goldfeder verbeteren hun protocol met GG20, waardoor het aantal communicatierondes wordt verminderd.
2021	Het CGGMP21-protocol is gepubliceerd en biedt sterkere beveiligingsgaranties met een identificeerbare afbreking.
2021	De Bitcoin Taproot-upgrade is geactiveerd, waardoor drempelhandtekeningen op basis van Schnorr via FROST mogelijk worden.
2022	Fireblocks, Copper en andere aanbieders van MPC-bewaring hebben de grens van $1 biljoen aan cumulatieve transacties die door TSS zijn beveiligd overschreden.
2023	Multiparty computation wallets die gebruikmaken van TSS winnen aan populariteit als alternatief voor hardware wallets.

"Drempelhandtekeningen vormen de gouden standaard voor sleutelbeheer in digitale activa: ze elimineren zwakke punten zonder de overhead van multisig op de blockchain." - Yehuda Lindell, CEO van Unbound Tech

Hoe het werkt

“` DREMPELHANDTEKENINGSCHEMA (2-van-3 voorbeeld) =============================================

FASE 1: GENERATIE VAN GEDISTRIBUEERDE SLEUTELS (DKG) ───────────────────────────────────────── Geen enkele partij krijgt ooit de volledige privésleutel te zien!

┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │ Feest A │ │ Feest B │ │ Feest C │ │ Delen: a │ │ Delen: b │ │ Delen: c │ └────┬─────┘ └────┬─────┘ └────┬─────┘ │ │ │ └──────────────┼──────────────┘ │ [Gecombineerde publieke sleutel: P] (zichtbaar op de blockchain)

FASE 2: DREMPELONDERTEKENING (Partijen A + B werken samen) ──────────────────────────────────────────────────────

┌──────────┐ ┌──────────┐ │ Feest A │◄═══════►│ Feest B │ Feest C is │ Delen: a │ MPC │ Delen: b │ NIET nodig └────┬─────┘ rondes └────┬─────┘ │ │ └──────────┬──────────┘ │ ┌──────┴──────┐ │ Geldig │ │ Handtekening σ │ ← Ziet er identiek uit aan een │ (enkele) │ normale handtekening met één toets └──────┬──────┘ │ ▼ ┌──────────────────┐ │ Blockchain │ │ Verifieert met P │ ← Geen speciale verificatie nodig │ (standaardcontrole) │ (hetzelfde als elke andere transactie) └──────────────────┘

SLEUTELVERNIEUWING (Proactieve Beveiliging): ┌─────────────────────────────────────────────┐ │ Aandelen kunnen worden geroteerd zonder de publieke sleutel te wijzigen │ │ of on-chain actie te vereisen │ │ a → a' b → b' c → c' │ │ De publieke sleutel P blijft hetzelfde! │ └──────────────────────────────────────────────┘ “`

Kenmerk	Drempelsignatuur (TSS)	Multi-handtekening (Multisig)	Enkelvoudige sleutelhandtekening
Sleutelstructuur	Een belangrijke splitsing in aandelen	Meerdere onafhankelijke sleutels	Eén sleutel, één houder
On-Chain Footprint	Enkele standaard handtekening	Meerdere handtekeningen + verificatielogica	Enkele standaard handtekening
Gaskosten:	Standaard transactiekosten	Hoger (meerdere handtekeningen geverifieerd)	Standaard transactiekosten
Privacy	Ondertekeningsbeleid verborgen voor blockchain	Beleid zichtbaar op de blockchain (n-van-m)	NB
Toetsrotatie	Aandelen kunnen worden omgewisseld zonder het adres te wijzigen.	Vereist een on-chain update.	Er moet een nieuwe sleutel worden gegenereerd.
Blockchain-compatibiliteit	Elke keten die het handtekeningschema ondersteunt	Vereist smart contract- of native ondersteuning.	Universeel
Eén storingspunt	Uitgeschakeld (drempelwaarde vereist)	Uitgeschakeld (meerdere sleutels vereist)	Aanwezig (één sleutel gecompromitteerd = totaal verlies)
Herstel	Flexibele herverdeling van aandelen	Vereist alle originele sleutels of een vooraf ingestelde herstelprocedure.	Alleen zaadzin

In eenvoudige bewoordingen

Een geheim delen zonder het te onthullen.Stel je een kluis voor die alleen door twee van de drie sleutelhouders geopend kan worden, maar in plaats van aparte sloten te gebruiken, combineren ze hun gedeeltelijke sleutels tot één hoofdsleutel die één slot opent – zonder dat iemand ooit de volledige hoofdsleutel in handen heeft.
Onzichtbare samenwerkingOp de blockchain ziet een drempelhandtekening er precies hetzelfde uit als elke andere transactie. Niemand kan zien dat meerdere mensen hebben samengewerkt om deze te ondertekenen, waardoor de privacy van uw beveiligingsinstellingen gewaarborgd blijft.
Geen enkel storingspuntZelfs als het sleuteldeel van één deelnemer wordt gestolen of verloren gaat, kan de aanvaller geen transacties alleen ondertekenen. De overige partijen kunnen hun sleuteldelen vernieuwen om het gecompromitteerde sleuteldeel ongeldig te maken, en dat alles zonder het walletadres te wijzigen.
Beter dan MultisigTraditionele multisignature wallets vereisen speciale slimme contracten en het ondertekeningsbeleid on-chain onthullen. Drempelhandtekeningen bieden dezelfde veiligheidsgaranties met lagere transactiekosten, betere privacy en universele blockchaincompatibiliteit.
Institutionele beveiligingsnormBanken, beurzen en bewaarinstellingen gebruiken drempelhandtekeningen om miljarden aan digitale activa te beschermen, zodat geen enkele medewerker, server of datacenter eenzijdig geld kan verplaatsen.

Voorbeelden uit de echte wereld

Scenario	Implementatie	Resultaat
Institutionele bewaring	Fireblocks gebruikt op MPC gebaseerde drempelhandtekeningen voor meer dan 1,800 institutionele klanten om de beveiliging van digitale activa te waarborgen.	Beveiligt de overdracht van meer dan 6 biljoen dollar aan digitale activa zonder dat er sinds de oprichting ook maar één keer een privésleutel is gecompromitteerd.
Cross-chain bruggen	THORChain gebruikt drempelgebaseerde handtekeningschema's om liquiditeitspools te beheren op Bitcoin, Ethereum en andere blockchains zonder wrapped tokens.	Maakt native cross-chain swaps met gedistribueerd sleutelbeheer mogelijk, waardoor het risico op bridge-hacks als gevolg van kwetsbaarheden met één sleutel wordt verminderd.
Portemonnee-infrastructuur	De Zengo-wallet implementeert een 2-van-2 drempelhandtekening tussen het apparaat van de gebruiker en de Zengo-server voor sleutelloos herstel.	Gebruikers hebben toegang tot een niet-bewarende portemonnee zonder seed-phrases en met behoud van beveiliging door middel van gedistribueerde ondertekening.
DAO Treasury Management	Gedecentraliseerde organisaties gebruiken TSS om hun kasgelden te beheren met instelbare drempelwaarden voor gekozen ondertekenaars.	Operationele flexibiliteit met op governance afgestemde beveiliging, waardoor geautomatiseerde uitgaven binnen goedgekeurde limieten mogelijk zijn.

Voordelen

Voordeel	Beschrijving
Geen enkel storingspunt	De volledige privésleutel bevindt zich nooit op één locatie, waardoor de meest kritieke kwetsbaarheid in sleutelbeheer wordt geëlimineerd.
On-chain efficiëntie	Genereert één standaard handtekening, waardoor de transactiegrootte en gaskosten lager zijn in vergelijking met multisig.
Privacybehoud	Het ondertekeningsbeleid (drempelwaarde, aantal partijen) is onzichtbaar op de blockchain, waardoor gerichte social engineering wordt voorkomen.
Proactieve sleutelvernieuwing	Aandelen kunnen periodiek worden geroteerd zonder de openbare sleutel of het walletadres te wijzigen, waardoor de kans op mogelijke inbreuken wordt beperkt.
Universele compatibiliteit	Werkt op elke blockchain die het onderliggende handtekeningalgoritme (ECDSA, Schnorr, EdDSA) ondersteunt, zonder dat ondersteuning voor smart contracts nodig is.

Nadelen en risico's

Risico	Beschrijving
Communicatie-overhead	Interactieve protocollen met meerdere rondes tussen ondertekenaars introduceren vertraging en vereisen dat alle betrokken partijen gelijktijdig online zijn.
Implementatie Complexiteit	TSS-protocollen zijn cryptografisch complex en subtiele implementatiefouten kunnen kritieke kwetsbaarheden introduceren.
Verantwoordingsuitdaging	Aangezien de uiteindelijke handtekening niets onthult over welke partijen hebben getekend, zijn aanvullende off-chain mechanismen nodig voor audit trails.
Problemen met vertrouwde installatie	Sommige DKG-protocollen vereisen een zorgvuldige initialisatie; een gecompromitteerde sleutelgeneratie kan alle daaropvolgende beveiliging ondermijnen.
Beperkte standaardisatie	Er bestaan meerdere concurrerende TSS-protocollen (GG18, GG20, CGGMP21, FROST) zonder één dominante standaard, wat de interoperabiliteit bemoeilijkt.

Tips voor risicomanagement:

Kies TSS-implementaties die formele beveiligingsaudits hebben ondergaan door gerenommeerde cryptografiebedrijven.
Implementeer mechanismen voor off-chain logging en attestatie om de verantwoording te waarborgen ondanks anonimiteit op handtekeningniveau.
Gebruik proactieve sleutelvernieuwing volgens een vast schema om de periode van kwetsbaarheid voor mogelijke inbreuken op gedeelde mappen te beperken.
Zorg voor een geografische en organisatorische verdeling van de belangrijkste aandelen om dwang of fysieke inmenging te voorkomen.
Test de procedures voor noodherstel regelmatig, inclusief scenario's waarbij een of meer aandeelhouders niet beschikbaar zijn.

FAQ

Wat is het verschil tussen een drempelhandtekening en een multi-handtekening?

Bij een multisig moet elke deelnemer onafhankelijk ondertekenen met zijn eigen privésleutel, wat resulteert in meerdere on-chain geverifieerde handtekeningen. Een drempelhandtekening (TSS) maakt gebruik van berekeningen door meerdere partijen, waardoor deelnemers gezamenlijk één standaardhandtekening genereren zonder dat één partij ooit de volledige sleutel in handen heeft. TSS is goedkoper on-chain, biedt meer privacy en is universeel compatibel.

Wat gebeurt er als een van de deelnemers aan een drempelregeling wordt gecompromitteerd?

Zolang het aantal gecompromitteerde partijen onder de drempelwaarde blijft, kan de aanvaller geen geldige handtekeningen genereren. De overgebleven legitieme partijen kunnen een sleutelvernieuwing uitvoeren om nieuwe sleutels te genereren die de gecompromitteerde sleutels ongeldig maken, zonder de publieke sleutel of het walletadres te wijzigen.

Kunnen drempelhandtekeningen werken met Bitcoin?

Ja. ECDSA-gebaseerde TSS-protocollen (GG18, GG20, CGGMP21) werken met het bestaande ondertekeningsschema van Bitcoin. Daarnaast introduceerde de Taproot-upgrade van Bitcoin (2021) Schnorr-handtekeningen, waardoor het FROST-drempelondertekeningsprotocol nog efficiëntere ondertekening op basis van drempelwaarden mogelijk maakte.

Zijn drempelhandtekeningen echt betrouwbaar?

Het proces voor gedistribueerde sleutelgeneratie kan zo worden ontworpen dat er geen vertrouwen nodig is, wat betekent dat er geen enkele partij of coördinator hoeft te worden vertrouwd. Het specifieke protocol is echter wel van belang: sommige oudere systemen hadden vertrouwde dealers, terwijl moderne DKG-protocollen deze vereiste volledig elimineren.

Wat is het FROST-protocol?

FROST (Flexible Round-Optimized Schnorr Threshold signatures) is een drempelhandtekeningprotocol dat is geoptimaliseerd voor Schnorr-handtekeningen. Het vereist slechts twee communicatierondes voor ondertekening, ondersteunt voorbewerking voor snellere realtime ondertekening en is met name relevant voor Bitcoin Taproot en andere op Schnorr gebaseerde blockchains.

Bronnen

Gennaro, R. & Goldfeder, S. — “Snelle meerpartijendrempel ECDSA” (GG18/GG20)
Canetti, R., et al. — “UC Niet-interactieve, proactieve, drempel-ECDSA” (CGGMP21)
Komlo, C. & Goldberg, I. — “FROST: Flexibele, ronde-geoptimaliseerde Schnorr-drempelhandtekeningen”
Fireblocks MPC-CMP Whitepaper
Bitcoin Optech — “Drempelhandtekeningen en FROST”
Tijdschrift voor cryptologie — Drempelcryptografieonderzoek

> UPay-tip: Bij het kiezen van een cryptobewaaroplossing of -wallet, is het aan te raden te kiezen voor MPC-gebaseerde drempelondertekeningstechnologie in plaats van traditionele multisig. Dit biedt betere privacy, lagere kosten en de mogelijkheid om sleutelshares proactief te roteren zonder uw walletadres te wijzigen.

Disclaimer: Deze inhoud is uitsluitend bedoeld voor educatieve doeleinden en vormt geen financieel advies. Doe altijd uw eigen onderzoek (DYOR) en raadpleeg gekwalificeerde financiële adviseurs voordat u beleggingsbeslissingen neemt.

UPay — Crypto encyclopedisch maken