Schnorr Signatures with Application to Bitcoin

Bc. Antonín Dufka

Master's thesis

Anotácia:

Tato práce zkoumá implicitní vícestranné protokoly založené na Schnorrově podpisovém schématu a výhody, které přinášejí ekosystému Bitcoin. Práce prvně představuje Schnorrovo podpisové schéma, následně je popsáno několik vícestranných konstrukcí, které produkují Schnorrovy podpisy. Dále jsou diskutovány navržené způsoby přijetí Schnorrových podpisů v systému Bitcoin. Za účelem demonstrace praktičnosti Schnorrových podpisů je navrženo a implementováno řešení pro spolupodepisování Bitcoin transakcí. Toto řešení je založeno na multi-podpisovém schématu MuSig a může být používáno jako prostředek vícefaktorové autentizace transakcí. Část řešení je implementována pro platformu JavaCard, což umožňuje použít čipovou kartu jako samostatnou stranu při podepisování. Závěrem je provedeno měření a vyhodnocení použitelnosti této implementace na výpočetně omezených zařízeních.

Abstract:

This thesis investigates implicit multi-party protocols based on Schnorr signature scheme and their benefits to the Bitcoin ecosystem. Firstly, the work introduces the Schnorr signature scheme, subsequently, several multi-party constructions that produce Schnorr signatures are described, and proposed ways of Schnorr signatures' adoption to Bitcoin are discussed. To demonstrate the practicality of Schnorr signatures, a solution for Bitcoin transaction cosigning is designed and implemented. The solution is based on a multi-signature scheme MuSig, and it can be used as means of multi-factor transaction authentication. A part of the solution is implemented for the JavaCard platform, which allows using a smartcard as a standalone party in the signing process. Finally, performance measurement and evaluation of the usability of this implementation on computationally constrained devices are performed.

Keywords

multi-signature, Schnorr signature scheme, Bitcoin, JavaCard, multi-podpis, Schnorrovo podpisové schéma

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 5. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 6. 2020
• Vedúci: doc. RNDr. Petr Švenda, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Dušan Klinec

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / odbor:
Informatics / Information Technology Security