Page 86 - 《软件学报》2025年第10期

软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW E-mail: jos@iscas.ac.cn
2025,36(10):4483−4506 [doi: 10.13328/j.cnki.jos.007394] [CSTR: 32375.14.jos.007394] http://www.jos.org.cn
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抗量子的高效区块链认证存储方案

张 川 1 , 任旭豪 1 , 邓淏天 1 , 王亚杰 1 , 李春海 3 , 吴 桐 2 , 王励成 1

1
(北京理工大学 网络空间安全学院, 北京 100081)
2
(北京科技大学 计算机与通信工程学院, 北京 100083)
3
(桂林电子科技大学 信息与通信学院, 广西 桂林 541004)
通信作者: 吴桐, E-mail: tongw@ustb.edu.cn

摘 要: 随着区块链技术的广泛应用, 认证存储作为其核心组件, 承担着确保数据完整性和一致性的重要作用. 在
传统区块链系统中, 认证存储通过一系列密码算法来验证交易和维护账本状态的完整性. 然而, 量子计算机的出现
使得现有区块链认证存储技术面临被破解的威胁, 使得区块链面临数据泄露和完整性受损的风险. 当前最先进的
认证存储技术主要基于双线性 Diffie-Hellman 假设构造的, 该构造难以抵抗量子攻击. 为提高认证存储的安全性和
效率, 引入一种无状态哈希签名技术, 提出抗量子的区块链认证存储方案 EQAS. 该方案通过将数据存储和数据认
证解耦, 利用随机森林链来高效地生成承诺证明, 同时通过超树结构来执行高效认证. 安全性分析表明, EQAS 可
以抵御量子算法的攻击. 通过与其他认证存储方案的对比, 实验结果验证了 EQAS 方案的高效性, 展现出其在处理
区块链认证存储任务时的卓越性能.
关键词: 区块链; 抗量子; 认证存储; 无状态哈希签名
中图法分类号: TP309
中文引用格式: 张川, 任旭豪, 邓淏天, 王亚杰, 李春海, 吴桐, 王励成. 抗量子的高效区块链认证存储方案. 软件学报, 2025, 36(10):
4483–4506. http://www.jos.org.cn/1000-9825/7394.htm
英文引用格式: Zhang C, Ren XH, Deng HT, Wang YJ, Li CH, Wu T, Wang LC. Quantum-resistant and Efficient Blockchain
Authentication Storage Scheme. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2025, 36(10): 4483–4506 (in Chinese). http://www.jos.org.cn/
1000-9825/7394.htm

Quantum-resistant and Efficient Blockchain Authentication Storage Scheme
1
1
2
1
1
3
ZHANG Chuan , REN Xu-Hao , DENG Hao-Tian , WANG Ya-Jie , LI Chun-Hai , WU Tong , WANG Li-Cheng 1
1
(School of Cyberspace Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
2
(School of Computer and Communication Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
3
(School of Information and Communication, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China)
Abstract: With the widespread application of blockchain technology, authenticated storage, as a core component, plays a crucial role in
ensuring data integrity and consistency. In traditional blockchain systems, authenticated storage is maintained through a series of
cryptographic algorithms, which verify transactions and preserve the integrity of ledger states. However, the advent of quantum computers
has introduced a significant threat to existing blockchain authentication storage technologies, raising the risk of data breaches and
compromised integrity. The most advanced authenticated storage schemes primarily rely on the bilinear Diffie-Hellman assumption, which
is susceptible to quantum attacks. To enhance the security and efficiency of authenticated storage, this study introduces a stateless hash
signature mechanism and proposes the quantum-resistant blockchain authenticated storage scheme EQAS. The proposed scheme decouples
data storage from data authentication, utilizes random forest chains to efficiently generate commitment proofs, and employs a hyper tree

* 基金项目: 国家重点研发计划 (2022YFB2702700); 国家自然科学基金 (62232002, 62202051); 中国科协青年人才托举工程 (2023QNRC001);
北京理工大学青年教师学术启动计划
本文由“抗量子密码与区块链应用”专题特约编辑翁健教授、祝烈煌教授、赵运磊教授推荐.
收稿时间: 2024-07-01; 修改时间: 2024-09-05; 采用时间: 2024-12-30; jos 在线出版时间: 2025-01-20
CNKI 网络首发时间: 2025-06-12