【摘 要】
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区块链作为众多去中心化应用的底层支撑技术,由于其可追溯,不可篡改等特性受到了广泛的关注。它创造性地将密码学、分布式一致性算法和点对点网络融合在一起,对软件架构体系产生了深远影响。区块链在提供足够的安全性的同时能够解决各种中心化存在的问题。但是区块链并不是牢不可破的,自从它诞生之日起,就被各种安全威胁所笼罩。近年来随着量子信息研究的发展,量子计算机也在加快实用化步伐,一旦量子计算机突破实用化的瓶颈,
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区块链作为众多去中心化应用的底层支撑技术,由于其可追溯,不可篡改等特性受到了广泛的关注。它创造性地将密码学、分布式一致性算法和点对点网络融合在一起,对软件架构体系产生了深远影响。区块链在提供足够的安全性的同时能够解决各种中心化存在的问题。但是区块链并不是牢不可破的,自从它诞生之日起,就被各种安全威胁所笼罩。近年来随着量子信息研究的发展,量子计算机也在加快实用化步伐,一旦量子计算机突破实用化的瓶颈,其所拥有的强大的计算能力会对区块链安全带来毁灭性打击。我们通过分析量子计算机对区块链的安全问题,发现主要安全威胁集中在非对称公钥密码和依赖哈希函数的共识机制上。因此,本文对区块链中的非对称密码和共识机制进行研究,为区块链抵御量子计算威胁提供一种解决思路。本文提出了一种基于抗量子计算密码和混合共识机制区块链的方案,兼容当前区块链系统的同时提供抗量子特性。主要工作及创新点如下:(1)针对Rainbow签名方案密钥过大的问题,提出一种利用PRNG(PseudoRandom Number Generator)来缩短公钥的方案。该方案经过编程实现,并通过实验证明可以降低60%的公钥长度,公钥生成时间提高约20%。(2)综合分析了区块链共识机制存在的问题,提出一种基于DAG(Directed Acyclic Graph)存储结构的混合共识机制DPo S-RAFT,提高吞吐量的同时减少了量子计算对依赖Hash函数的共识机制的影响。(3)在以上研究成果的基础上实现了基于抗量子计算密码和混合共识机制的区块链系统证明了本文方案的可行性和有效性。
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