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# MPC 分布式签名系统 - 架构设计文档
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## 1. 系统概述
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本系统是一个基于多方安全计算 (MPC) 的分布式门限签名系统，支持 t-of-n 阈值签名方案。系统采用微服务架构，使用 Go 语言开发，基于 bnb-chain/tss-lib 实现 TSS (Threshold Signature Scheme) 协议。
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### 1.1 核心特性
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- **门限签名**: 支持任意 t-of-n 阈值方案 (如 2-of-3, 3-of-5, 4-of-7)
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- **分布式密钥生成 (DKG)**: 无需可信第三方生成密钥
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- **ECDSA secp256k1**: 与以太坊/比特币兼容的签名算法
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- **高安全性**: 密钥分片加密存储，单点泄露不影响安全性
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- **微服务架构**: 可独立扩展和部署
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### 1.2 技术栈
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| 层级 | 技术选型 |
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| 语言 | Go 1.21+ |
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| TSS 库 | bnb-chain/tss-lib/v2 |
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| 通信协议 | gRPC + HTTP/REST |
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| 数据库 | PostgreSQL |
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| 缓存 | Redis |
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| 消息队列 | RabbitMQ |
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| 服务发现 | Consul |
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| 容器化 | Docker + Docker Compose |
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## 2. 系统架构
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### 2.1 整体架构图
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ Client Layer │
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│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
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│ │ iOS App │ │ Android App │ │ Web Client │ │
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│ │ (MPC SDK) │ │ (MPC SDK) │ │ │ │
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│ └──────┬───────┘ └──────┬───────┘ └──────┬───────┘ │
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└─────────┼─────────────────┼─────────────────┼───────────────────────┘
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│ │ │
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▼ ▼ ▼
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ API Gateway (HTTP/gRPC) │
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└─────────────────────────────┬───────────────────────────────────────┘
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│
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┌───────────────────┼───────────────────┐
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▼ ▼ ▼
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┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐
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│ Account │ │ Session │ │ Message │
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│ Service │ │ Coordinator │ │ Router │
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│ (用户/账户管理) │ │ (会话协调) │ │ (消息路由) │
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│ │ │ │ │ │
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│ Port: 50054 │ │ Port: 50051 │ │ Port: 50052 │
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│ HTTP: 8083 │ │ HTTP: 8080 │ │ HTTP: 8081 │
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└────────┬────────┘ └────────┬────────┘ └────────┬────────┘
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│ │ │
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│ ▼ │
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│ ┌─────────────────┐ │
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│ │ Server Party │ │
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│ │ Service x N │◄──────────┘
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│ │ (MPC 计算节点) │
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│ │ │
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│ │ Party 1: 50053 │
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│ │ Party 2: 50055 │
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│ │ Party 3: 50056 │
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│ └────────┬────────┘
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│ │
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▼ ▼
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ Data Layer │
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│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
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│ │ PostgreSQL │ │ Redis │ │ RabbitMQ │ │
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│ │ (持久化) │ │ (缓存/会话) │ │ (消息队列) │ │
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│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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### 2.2 服务职责
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#### 2.2.1 Session Coordinator (会话协调器)
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- 创建和管理 MPC 会话
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- 协调参与方加入会话
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- 跟踪会话状态和进度
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- 管理参与方就绪状态
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#### 2.2.2 Message Router (消息路由器)
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- 路由 TSS 协议消息
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- 支持点对点和广播消息
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- 消息缓存和重传
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- WebSocket 实时通信
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#### 2.2.3 Server Party (服务端参与方)
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- 作为 MPC 协议的服务端参与方
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- 执行 DKG 和签名协议
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- 安全存储加密的密钥分片
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- 支持多实例部署
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#### 2.2.4 Account Service (账户服务)
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- 用户注册和认证
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- 账户管理
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- MPC 会话入口 API
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- 账户恢复流程
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## 3. 核心流程
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### 3.1 密钥生成流程 (Keygen)
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┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
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│ Client │ │Coordinator│ │ Router │ │ Parties │
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└────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘
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│ │ │ │
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│ CreateSession │ │ │
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│──────────────>│ │ │
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│ │ │ │
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│ SessionID + │ │ │
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│ JoinTokens │ │ │
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│<──────────────│ │ │
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│ │ │ │
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│ JoinSession (各参与方) │
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│──────────────────────────────────────────────>│
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│ │ │ │
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│ MarkReady (各参与方) │
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│──────────────────────────────────────────────>│
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│ │ │ │
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│ StartSession │ │
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│──────────────>│ │ │
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│ │ Notify Start │ │
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│ │──────────────────────────────>│
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│ │ │ │
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│ │ TSS Messages (多轮) │
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│ │ │<─────────────>│
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│ │ │ │
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│ │ ReportCompletion │
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│ │<──────────────────────────────│
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│ │ │ │
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│ Session Completed │ │
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│<──────────────│ │ │
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│ │ │ │
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### 3.2 签名流程 (Signing)
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```
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┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
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│ Client │ │Coordinator│ │ Router │ │ Parties │
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└────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘
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│ │ │ │
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│ CreateSignSession │ │
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│ (messageHash) │ │ │
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│──────────────>│ │ │
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│ │ │ │
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│ SessionID │ │ │
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│<──────────────│ │ │
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│ │ │ │
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│ JoinSession (t+1 参与方) │ │
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│──────────────────────────────────────────────>│
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│ │ │ │
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│ StartSession │ │
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│──────────────>│ │ │
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│ │ │ │
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│ │ TSS Messages (多轮) │
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│ │ │<─────────────>│
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│ │ │ │
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│ │ Signature │ │
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│ │<──────────────────────────────│
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│ │ │ │
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│ Signature (R, S, V) │ │
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│<──────────────│ │ │
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│ │ │ │
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```
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## 4. 数据模型
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### 4.1 Session (会话)
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```go
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type Session struct {
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ID uuid.UUID // 会话唯一标识
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Type SessionType // keygen | sign
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Status SessionStatus // created | waiting | in_progress | completed | failed
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ThresholdT int // 签名阈值 (t+1 签名者)
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ThresholdN int // 总参与方数
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MessageHash []byte // 待签名消息哈希 (签名会话)
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Participants []Participant // 参与方列表
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CreatedAt time.Time
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ExpiresAt time.Time
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}
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```
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### 4.2 Participant (参与方)
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```go
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type Participant struct {
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PartyID string // 参与方标识
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PartyIndex int // 协议中的索引
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DeviceInfo DeviceInfo // 设备信息
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Status ParticipantStatus // joined | ready | computing | completed
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|
JoinToken string // 加入令牌
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}
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```
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### 4.3 KeyShare (密钥分片)
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```go
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type KeyShare struct {
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ID uuid.UUID
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AccountID uuid.UUID
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PartyID string
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EncryptedShareData []byte // AES-GCM 加密的分片数据
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PublicKey []byte // 组公钥
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CreatedAt time.Time
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}
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```
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## 5. 安全设计
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### 5.1 密钥安全
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- **密钥分片存储**: 使用 AES-256-GCM 加密存储
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- **主密钥管理**: 从环境变量或 KMS 加载
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- **无单点故障**: 任意 t 个节点被攻破不影响安全性
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### 5.2 通信安全
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- **TLS 加密**: 所有 gRPC/HTTP 通信使用 TLS
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- **消息认证**: TSS 消息包含参与方签名
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- **会话令牌**: 使用 UUID v4 生成一次性令牌
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### 5.3 安全属性
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| 属性 | 描述 |
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|------|------|
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| 门限安全 | 需要至少 t+1 方参与才能签名 |
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| 密钥不可恢复 | 少于 t+1 个分片无法恢复私钥 |
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| 前向安全 | 会话密钥独立，历史泄露不影响未来 |
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| 抗合谋 | t 个恶意方无法伪造签名 |
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## 6. 部署架构
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### 6.1 最小部署 (2-of-3)
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ Server 1 (Coordinator) │
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│ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐ │
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│ │ Session Coord. │ │ Message Router │ │
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│ │ Port: 50051 │ │ Port: 50052 │ │
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│ └─────────────────┘ └─────────────────┘ │
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│ ┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐ │
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│ │ Account Service │ │ PostgreSQL │ │
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│ │ Port: 50054 │ │ Redis/RabbitMQ │ │
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│ └─────────────────┘ └─────────────────┘ │
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└─────────────────────────────────────────────────────────┘
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┌──────────────────┐ ┌──────────────────┐ ┌──────────────────┐
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│ Server Party 1 │ │ Server Party 2 │ │ Server Party 3 │
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│ Port: 50053 │ │ Port: 50055 │ │ Port: 50056 │
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└──────────────────┘ └──────────────────┘ └──────────────────┘
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```
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### 6.2 生产环境部署
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- **高可用**: 每个服务至少 2 副本
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- **负载均衡**: Nginx/Traefik 反向代理
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- **服务发现**: Consul 集群
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- **监控**: Prometheus + Grafana
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## 7. 目录结构
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mpc-system/
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├── api/ # API 定义
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│ ├── grpc/ # gRPC 生成代码
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│ └── proto/ # Protobuf 定义
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├── docs/ # 文档
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├── migrations/ # 数据库迁移
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├── pkg/ # 公共包
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│ ├── crypto/ # 加密工具
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│ └── tss/ # TSS 封装
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├── services/ # 微服务
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│ ├── account/ # 账户服务
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│ ├── message-router/ # 消息路由
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│ ├── server-party/ # 服务端参与方
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│ └── session-coordinator/ # 会话协调
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├── tests/ # 测试
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│ ├── e2e/ # 端到端测试
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│ ├── integration/ # 集成测试
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│ └── unit/ # 单元测试
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├── docker-compose.yml # Docker 编排
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├── Makefile # 构建脚本
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└── go.mod # Go 模块
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