评估后量子数字签名算法对区块链的影响
量子计算的出现威胁着传统加密算法的安全性,这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)标准化了多项PQC算法,标志着抗量子安全转型的重要里程碑。区块链系统本质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、以太坊等网络广泛使用的ECDSA等算法易受量子攻击。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仍鲜有研究。该工作提出了一种在区块链场景中对PQC与传统加密算法进行基准测试的方法,测量了不同计算环境下的签名生成与验证时间,并模拟了大尺度应用时的影响。评估聚焦ML-DSA、Dilithium、Falcon、Mayo、SLH-DSA、SPHINCS+和Cross这七种PQC数字签名方案在1至5级安全强度下的表现,并与比特币和以太坊现行标准ECDSA进行对比。结果表明:在1级安全强度下PQC算法仅带来轻微性能开销,而在某些高安全级别场景中其表现显著优于ECDSA——例如基于ARM架构的笔记本上,ML-DSA在5级安全强度下的验证时间仅0.14毫秒,而ECDSA需0.88毫秒。该研究还开源了实现代码以确保可复现性并促进后续研究。