概述
本文档规定了一个可重新随机化的签名方案，适用于创建可被盲化的 Destinations。此外，它还可以用于盲化现有的 Ed25519 Destinations，但效果会略有降低。
动机
提案 123 定义了一种加密的 LeaseSet2 格式，体现了最小权限原则：每个网络参与者只获得其角色所需的必要信息。特别是，发布到 floodfill 的加密 LeaseSet2 不会透露它所对应的 Destination，只有事先知道 Destination 的人才能查看其中的 Leases。然而，floodfills 仍然需要能够在加密 LeaseSet2 发布时对其进行身份验证，客户端还需要额外确保身份验证是由 Destination 本身强制执行的。
提案123通过对目标地址的签名密钥进行盲化来实现这一点。盲化密钥可用于创建可被floodfill验证的签名，客户端可以确信只有该目标地址才能创建这些签名。因此，有必要指定一个可用于盲化的签名方案。
设计
核心签名方案
这里指定的签名方案 Red25519 是 RedDSA 的一个实例化，RedDSA 是一个基于 Schnorr 的签名方案，支持密钥重随机化。它具有以下功能：
GENERATE_PRIVATE() : 返回一个均匀随机的私钥。
DERIVE_PUBLIC(sk) : 返回与给定私钥对应的公钥。
GENERATE_RANDOM() : 返回一个适用于重新随机化密钥对的随机标量。
RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha) : 使用秘密标量 alpha 重新随机化私钥。
RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha) : 使用秘密标量 alpha 重新随机化公钥。
SIGN(sk, m) : 返回使用私钥sk对给定消息m的签名。
VERIFY(vk, m, sig) : 验证签名sig是否与公钥vk和消息m匹配。如果签名有效则返回true，否则返回false。
对于给定的密钥对 (sk, vk)，以下关系成立：
RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha) == DERIVE_PUBLIC(RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha))
将 Ed25519 密钥转换为 Red25519
Ed25519 密钥可以临时单向转换为 Red25519 密钥，以支持现有 Ed25519 目标地址的重新随机化。其他签名类型不兼容。
我们定义以下转换函数：
CONVERT_ED25519_PRIVATE(privkey) : 返回与给定 Ed25519 私钥对应的 Red25519 私钥。
CONVERT_ED25519_PUBLIC(pubkey) : 返回与给定 Ed25519 公钥对应的 Red25519 公钥。
对于给定的 Ed25519 密钥对 (privkey, pubkey)，以下关系成立：
CONVERT_ED25519_PUBLIC(pubkey) == DERIVE_PUBLIC(CONVERT_ED25519_PRIVATE(privkey))
规范
定义
B : Ed25519 基点，如 RFC-8032 中所定义。
L : Ed25519阶数 2^252 + 27742317777372353535851937790883648493，如 RFC-8032 中所定义。
[s] B : 通过 s 对基点进行固定基标量乘法。
[s] A : A 的变基标量乘法，乘数为 s。
x || y : 连接两个字节数组 x 和 y。
Red25519
Red25519 方案使用以下参数专门化了 RedDSA：
- G := Edwards形式Curve25519上的点群。特别地，这意味着Red25519使用阶数为L的素数阶子群，余因子h_G为8。
- P_G := Ed25519基点B。
- l_H := 512
- H(x) := SHA-512(“I2P_Red25519H(x)” || x)
RedDSA 假设 H(x) 使用一个能够抵御长度扩展攻击的安全密码学哈希函数来实例化。SHA-512 本身并不满足这一要求。为了解决这个问题，我们要求消息必须以其长度的无前缀编码作为前缀：
len_u16(M) || M
其中 len_u16(M) 是 M 长度的 2 字节表示，采用小端序（与标量和点的小端序编码保持一致）。
消息长度不得超过 65534 字节。长度为 65535 的值保留用于未来可能的扩展。
编码和解码
Red25519 私钥是模 L 的标量，以小端序表示编码。我们定义了 DECODE_SCALAR 和 ENCODE_SCALAR 函数，用于在标量的字节数组和整数形式之间进行转换。
Red25519公钥是Curve25519的Edwards形式上的点。它们被编码为y坐标的255位小端表示，后跟一个表示x坐标符号的单个位。这与Ed25519的编码方式相同。我们定义了DECODE_POINT和ENCODE_POINT函数用于在点的字节数组形式和坐标形式之间进行转换。
RedDSA 函数
为了便于实现，我们在下面明确写出了已经专门针对Red25519特化的RedDSA函数（以及几个辅助函数）。实现者应参考RedDSA 的第5.4.6节以获取RedDSA函数的通用规范。
HStar(prefix1, prefix2, m) :=
h = SHA-512()
h.input("I2P_Red25519H(x)")
h.input(prefix1)
h.input(prefix2)
h.input(len(m) & 0xff)
h.input((len(m) >> 8) & 0xff)
h.input(m)
s = h.digest()
return s mod L
GENERATE_PRIVATE :=
s = 64 random bytes
return s mod L
DERIVE_PUBLIC(sk) := [sk] B
GENERATE_RANDOM :=
s = 64 random bytes
return s mod L
RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha) := (sk + alpha) mod L
RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha) := vk + [alpha] B
SIGN(sk, m) :=
T = 80 random bytes
vkBytes = ENCODE_POINT(DERIVE_PUBLIC(sk))
r = HStar(T, vkBytes, m)
R = [r] B
Rbytes = ENCODE_POINT(R)
c = HStar(Rbytes, vkBytes, m)
S = (r + (c * sk)) mod L
return Rbytes || ENCODE_SCALAR(S)
VERIFY(vk, m, sig) :=
Rbytes = sig[0..32]
Sbytes = sig[32..64]
R = DECODE_POINT(Rbytes)
if R is invalid:
return false
S = DECODE_SCALAR(Sbytes)
if S >= L:
return false
vkBytes = ENCODE_POINT(vk)
c = HStar(Rbytes, vkBytes, m)
return ((-[S] B) + R + ([c] vk)).multiplyByCofactor().isIdentity()
转换函数
CONVERT_ED25519_PRIVATE(privkey) :=
s = SHA-512(privkey)[0..32]
s[0] = s[0] & 248
s[31] = (s[31] & 63) | 64
return s
CONVERT_ED25519_PUBLIC(pubkey) := pubkey
请注意，CONVERT_ED25519_PRIVATE 的实现等同于从 Ed25519 私钥推导 Ed25519 公钥时计算秘密标量 s，如 RFC-8032
第 5.1.5 节步骤 1-3 中所指定的。
安全影响
重新随机化一个 Red25519 Destination 然后用它创建签名不会泄露关于该 Destination 的任何信息，因为通过 RANDOMIZE_PRIVATE 生成的 Red25519 私钥分布与通过 GENERATE_PRIVATE 生成的私钥分布完全相同，而且 DERIVE_PUBLIC 是确定性的。
通过CONVERT_ED25519_PRIVATE将Ed25519私钥转换为Red25519并不会产生相同的分布。但是，我们认为安全性的降低是可以接受的，原因如下：
- Ed25519标量的空间大约是Red25519标量空间大小的一半（有2^251个可能的Ed25519标量，而大约有L ~= 2^252个可能的Red25519标量）。因此安全性损失最多大约是2倍，或大约1位（因为我们可能碰巧选择了一个同时也是有效Ed25519标量的Red25519标量）。
- 现有的Ed25519目标地址在历史上已经在网络中暴露过，应该假设恶意的floodfill已经枚举了它们。
对此安全性降低有担忧的用户应该为其目标地址使用 Red25519 而不是 Ed25519 作为签名类型。
请注意，上述论证不适用于重新随机化标量 alpha；每次选择有偏的 alpha 时都会泄露关键信息，因为加法重新随机化的行为类似于一次性密码本。
兼容性
支持 Red25519 的 I2P 版本将能够验证使用该算法签名的网络数据结构。不支持 Red25519 的 I2P 版本会将其视为未知签名，并可能丢弃这些数据结构。用户应该预期在 Red25519 达到充分部署之前，使用 Red25519 签名的数据结构的可靠性会较差。
测试向量
Legend:
edsk: Ed25519 private key (random)
edpk: Ed25519 public key corresponding to edsk
sk: CONVERT_ED25519_PRIVATE(edsk)
vk: CONVERT_ED25519_PUBLIC(edpk)
msg:
sig: SIGN(sk, msg)
alpha: GENERATE_RANDOM()
rsk: RANDOMIZE_PRIVATE(sk, alpha)
rvk: RANDOMIZE_PUBLIC(vk, alpha)
rsig: SIGN(rsk, msg)
Test vector 1
edsk: 0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
edpk: 8a88e3dd7409f195fd52db2d3cba5d72ca6709bf1d94121bf3748801b40f6f5c
sk: 58e86efb75fa4e2c410f46e16de9f6acae1a1703528651b69bc176c088bef36e
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sig: 61f5527f4d3b46de4b2c234390370bf715ae9098907a0d191ba1b44b23a8ac1a
6a40437a5294e9503faaf9bd2b7f2fe7ba44dec487b3185aba7ff7d7a17cd40f
alpha: ae9ba9cbbc047c442448fca7c9f4e288a202ed520bfad0c784b792b7773cee08
rsk: 8bb85f3c7a494a08890d7d142109c1a3501d04565d80227e2079097800fbe107
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rsig: 533053074d3b44f08723aab988ede9880a001b7a684d4a98f2d1b88fabee07a5
b5c9430c69a690321e0cb8365d7aeb6688bcbad2c0780e0c69e8a1b4a45f3001
Test vector 2
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edpk: 8139770ea87d175f56a35466c34c7ecccb8d8a91b4ee37a25df60f5b8fc9b394
sk: a83c626bc9c38c8c201878ebb1d5b0b50ac40e8986c78793db1d4ef369fca14e
vk: 8139770ea87d175f56a35466c34c7ecccb8d8a91b4ee37a25df60f5b8fc9b394
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sig: 0829e58eb5399870f009bd1f0270264e556424bda7a93fbcec99f6d9d75db46d
5c3cb546d9947ca7c1200876c8775a90c357a2aef3d2f16388242ee1914b1a0a
alpha: 98b615d9027e996cc2796c019d9c8beb46aa7d2b6eea2e5d98eb29eb1584c203
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Test vector 3
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vk: ed4928c628d1c2c6eae90338905995612959273a5c63f93636c14614ac8737d1
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alpha: ba17f5110fcea8a12e0bd3677e4088b874332c4e3e6c9911d9ec3fe0233d3e0a
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Test vector 4
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Test vector 5
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Test vector 6
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sig: f4a00093daa26b48465e07ee5697ba44191fb5673b6ab71a31d2349a18aecbd6
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5bd40937defbc4112225d399a79a171cf02c3eebbd6340bbdca7383906af1902
Test vector 7
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sk: 28ad39fefd7fa3e200a9c626eef599e61a2d055c48a8288a4e7e4c4bca392878
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632ccefc324594447a01074bb473c3ce94ccaae86e18f8f43477326a12ae6207
Test vector 8
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edpk: 1398f62c6d1a457c51ba6a4b5f3dbd2f69fca93216218dc8997e416bd17d93ca
sk: 3826c9c31226edde9501fd2589203cb3e6fe737876a845512b53ada2fa2ace74
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