评估后量子数字签名算法对区块链的影响
密码学与安全
2026-02-17 v1 新兴技术
性能
摘要
量子计算的出现威胁了传统加密算法的安全性，推动了后量子密码学（PQC）的发展。2024年，美国国家标准与技术研究院（NIST）标准化了多种PQC算法，标志着向量子抗性安全过渡的重要里程碑。区块链系统从根本上依赖密码学原语来保证数据完整性和交易真实性。然而，比特币、以太坊和其他网络中广泛使用的算法（如ECDSA）容易受到量子攻击。尽管采用PQC对长期安全至关重要，但其在区块链环境中的计算开销在很大程度上尚未被探索。在本工作中，我们提出了一种在区块链背景下对PQC和传统密码学算法进行基准测试的方法论。我们在多样化的计算环境中测量签名生成和验证时间，并模拟其大规模影响。我们的评估聚焦于PQC数字签名方案（ML-DSA、Dilithium、Falcon、Mayo、SLH-DSA、SPHINCS+和Cross），覆盖安全级别1至5，并将其与比特币和以太坊当前标准的ECDSA进行比较。结果表明，PQC算法在安全级别1时仅引入轻微的性能开销，而在某些场景下，在更高安全级别上它们显著优于ECDSA。例如，ML-DSA在安全级别5下在基于ARM的笔记本电脑上实现0.14毫秒的验证时间，而ECDSA为0.88毫秒。我们还提供了一个开源实现，以确保可复现性并鼓励进一步研究。
引用
@article{arxiv.2510.09271,
title = {Assessing the Impact of Post-Quantum Digital Signature Algorithms on Blockchains},
author = {Alison Gonçalves Schemitt and Henrique Fan da Silva and Roben Castagna Lunardi and Diego Kreutz and Rodrigo Brandão Mansilha and Avelino Francisco Zorzo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.09271},
year = {2026}
}
备注
8 pages, 4 figures. Accepted paper in IEEE 24th International Conference on Trust, Security and Privacy in Computing and Communications (TrustCom 2025)