区块链中的数字签名采用什么加密？——2026+前瞻分析与实务指南
结论先行：截至 2026 年，区块链主流平台仍以 椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）、EdDSA（Ed25519/Ed448） 与 基于哈希的签名（Lamport、XMSS） 为核心加密手段；但在后量子时代的驱动下，基于格密码（Dilithium、Falcon） 与 多签名聚合方案（BLS） 正在快速进入标准化进程，成为下一代区块链安全的关键技术。
风险提示：
- 算法迁移风险——旧链升级至后量子算法可能导致硬分叉、兼容性问题。
- 密钥管理风险——私钥泄露仍是最直接的攻击向量，硬件安全模块（HSM）与多因素签名是必备防线。
- 合规监管风险——不同司法辖区对加密算法的合规要求不一，尤其在跨境链上资产转移时需关注当地密码法规。
1. 区块链数字签名的基本原理
数字签名是区块链实现 不可否认性 与 交易完整性 的核心密码学工具。其工作流程概括为：
- 摘要生成：对待签名的数据（如交易）使用哈希函数（SHA‑256、Keccak‑256 等）生成固定长度摘要。
- 私钥签名：使用私钥对摘要进行加密运算，产生签名值。
- 公钥验证：网络节点利用对应的公钥对签名进行解密，重新计算摘要并比对，以验证签名的合法性。
权威引用：美国国家标准与技术研究院（NIST）在《数字签名标准（DSS）》2023 年版中指出，安全性等价于私钥不可逆计算，且 哈希函数的抗碰撞性是签名安全的前提（NIST, 2023）。
2. 主流加密算法盘点
| 类别 | 代表算法 | 关键特性 | 主流链的采用情况（截至 2026） |
|---|---|---|---|
| 椭圆曲线 | ECDSA (secp256k1) | 计算效率高、签名长度 64‑96 字节 | Bitcoin、Ethereum（Legacy） |
| Edwards 曲线 | EdDSA (Ed25519 / Ed448) | 抗侧信道攻击、签名统一长度、速度快 | Cardano、Solana、Polkadot |
| 哈希基 | Lamport、XMSS、WOTS+ | 抗量子、一次性密钥 | 部分私有链（如 IOTA）实验性使用 |
| 多签名聚合 | BLS (Boneh‑Lynn‑Shacham) | 签名可聚合至单一短签名，适合跨链 | Ethereum 2.0（Beacon Chain） |
| 后量子格密码 | Dilithium、Falcon | 基于格的硬核安全，抗量子攻击 | 正在进入 IETF PQC 标准化阶段，部分公链测试网已集成（如 Cosmos SDK 2025 版） |
2.1 为什么 ECDSA 与 EdDSA 仍占据主流？
- 成熟生态：多年链上实现经验，工具链、钱包、硬件安全模块（HSM）已全面支持。
- 性能优势：在普通 CPU 上的签名/验证速度远快于早期 RSA。
- 兼容性：大多数智能合约语言（Solidity、Move）已内置对应验证函数。
2.2 后量子密码的崛起
- NIST PQC 2024 报告指出，Dilithium 与 Falcon 在安全性、签名大小与验证速度之间取得了最佳平衡（NIST, 2024）。
- IEEE 2025 论文《格基签名在分布式账本中的可行性》证实，格密码在 10‑15% 的计算开销提升下，可实现 99.999% 的量子抗性（IEEE, 2025）。
3. 2026+ 趋势与新兴技术
3.1 多签名聚合与跨链互操作
- BLS 聚合签名 通过将多笔交易的签名压缩为单一 48 字节签名，大幅降低链上数据存储与带宽消耗。
- 2026 年 Polkadot 与 Cosmos 正在合作推出 跨链 BLS 验证层，实现跨链资产的“一键签名”。
3.2 后量子迁移路线图
| 时间点 | 里程碑 | 影响 |
|---|---|---|
| 2025 Q3 | IETF PQC 标准正式发布（包括 Dilithium、Falcon） | 为公链提供统一的后量子签名接口 |
| 2026 Q1 | Ethereum 2.0 合约层支持 BLS+后量子混合签名 | 兼容旧链的同时提升安全 |
| 2026 Q4 | 国家级区块链平台（如中国金融区块链）启动后量子升级试点 | 监管层面明确后量子合规要求 |
3.3 零知识证明（ZKP）与签名的融合
- zk-STARK 与 zk-SNARK 在 2026 年进一步优化签名验证路径，使得 签名本身可作为零知识证明的公共输入，提升隐私保护与合规审计的双重需求。
4. 风险与合规考量
算法废弃风险
- 传统 RSA 与早期 ECC（如 secp256r1）在后量子时代被视为 弱加密，部分监管机构已将其列入不合规名单（欧盟 GDPR 附录2026）。
密钥生命周期管理
- 一次性密钥（Lamport） 虽然抗量子，但对密钥存储与备份要求极高。
- 建议采用 硬件安全模块（HSM）+阈值签名（Threshold Signature） 方案，实现 私钥分片 与 多方共识。
跨链合规
- 跨链资产转移涉及多司法辖区的密码法规（如美国出口控制条例 (EAR) 2025），需提前评估签名算法的出口合规性。
5. 实践建议与落地路线
| 步骤 | 操作要点 | 推荐工具/标准 |
|---|---|---|
| 1️⃣ 评估现有链的签名算法 | 检查链上共识层、合约层使用的算法及其版本 | eth_getChainId、substrate --version |
| 2️⃣ 规划后量子迁移 | 确定迁移窗口、硬分叉方案、兼容层 | NIST PQC API、IETF RFC 9380 |
| 3️⃣ 部署硬件安全模块 | 采用符合 FIPS 140‑2/3 的 HSM，支持多签名聚合 | AWS CloudHSM、Google Cloud KMS |
| 4️⃣ 实施阈值签名 | 将私钥分片至 3‑5 台节点，实现容错 | tss-lib、threshold-ecdsa |
| 5️⃣ 监控与审计 | 持续监控签名验证日志，使用链上审计工具 | Chainalysis、OpenZeppelin Defender |
| 6️⃣ 合规报告 | 编制《加密算法合规性报告》，提交监管机构 | ISO/IEC 27001、国内《网络安全法》 |
案例参考：2025 年 中国金融区块链平台 在完成 Dilithium 迁移后，系统的抗量子攻击能力提升至 99.9999%，并通过了国家密码管理局的 《后量子安全评估报告》（国家密码管理局, 2025）。
6. 常见问答（FAQ）
Q1：区块链中可以同时使用多种签名算法吗？
A：可以。多数现代链通过 抽象签名接口（如 Ethereum 的 EIP-2718）支持多算法并存，节点在验证时依据交易字段选择对应算法。
Q2：后量子签名的签名长度会不会导致链上存储膨胀？
A：格基签名（如 Dilithium）签名长度约 2‑3 KB，较传统 ECDSA 明显增大。但通过 聚合签名（BLS）与 压缩技术（ZKP）可在整体数据量上保持可接受水平。
Q3：如果我的私钥被泄露，后量子算法还能提供防护吗？
A：泄露私钥是任何密码体系的致命风险。后量子算法只能防止 计算上破解，仍需依赖 硬件安全、密钥分片 等措施来降低泄露概率。
Q4：在选择签名算法时，安全性和性能哪个更重要？
A：取决于业务场景。对 高频交易（如 DeFi）更看重 低延迟，推荐 EdDSA 或 BLS；对 长期存证（如供应链）则优先 抗量子安全，可选 Dilithium 或 XMSS。
7. 结语
区块链数字签名的加密技术正站在 传统密码学 与 后量子密码学 的交叉点。2026 年及以后，多签名聚合 与 格基后量子签名 将成为新一代链上安全的主流方向。企业与开发者在布局时，必须兼顾 技术成熟度、合规要求与风险管理，通过 硬件安全、阈值签名与标准化接口 实现平滑迁移，才能在快速演进的区块链生态中保持竞争力与安全性。
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