区块链加密算法主要分为三类：非对称加密（公钥加密）、哈希函数和后量子密码学（PQC），它们分别在身份验证、数据完整性和抗量子安全领域发挥核心作用。
一、非对称加密算法：身份验证与交易签名的基石
非对称加密通过“公钥-私钥”对实现安全通信，是区块链地址生成和交易验证的核心技术。
典型算法
- ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）：比特币、以太坊等主流区块链的首选，基于椭圆曲线离散对数难题（如比特币使用SECP256K1曲线）。
- RSA（Rivest-Shamir-Adleman）：早期区块链项目偶有采用，依赖大整数分解难度，但因密钥长度长、效率低逐渐被ECDSA取代。
核心特点
- 安全性：在经典计算机环境下安全性极高，但量子计算机的Shor算法可破解（截至2025年暂未出现量子计算机对2048位RSA的实际破解案例）。
- 效率优势：ECDSA的256位密钥安全性等效于RSA的3072位密钥，且签名生成速度更快，适合区块链高频交易场景。
- 应用场景：钱包地址生成（公钥哈希后形成地址）、交易签名（私钥签名+公钥验证确保交易归属）。
二、哈希函数：数据完整性与不可篡改性的保障
哈希函数通过将任意长度输入转换为固定长度“哈希值”，为区块链提供数据指纹和快速验证能力。
典型算法
- SHA-256：比特币的核心哈希算法，用于区块头哈希计算（影响挖矿难度）和交易数据摘要生成。
- Keccak-256（SHA-3）：以太坊的默认算法，用于交易哈希、智能合约地址生成（公钥经Keccak-256哈希后取后20字节）。
- Merkle树：基于哈希函数的树形数据结构，通过逐层哈希聚合交易数据，实现区块数据的高效完整性验证。
核心特点
- 单向性：从输入计算哈希值易，反向推导输入几乎不可能（如无法从SHA-256哈希值反推原始交易数据）。
- 抗碰撞性：理想状态下，不同输入应产生不同哈希值（SHA-2家族未发现有效碰撞攻击，仍是区块链安全基石）。
- 应用场景：PoW挖矿（通过哈希值满足难度目标证明工作量）、数据校验（Merkle树快速定位篡改数据）。
三、后量子密码学（PQC）：抵御量子威胁的未来技术
随着量子计算机算力提升（2024年NIST正式发布PQC标准），传统算法面临淘汰，PQC成为区块链抗量子安全的核心方向。
典型算法
- Dilithium：基于格密码的NIST标准候选算法，签名速度快（验证延迟可低至500ms，适配Layer 2扩容方案），适合交易签名场景。
- SPHINCS⁺：无状态哈希基签名算法，安全性不依赖数学假设，抗量子能力极强，但签名长度较大（约41KB），适合对安全性要求极高的场景（如比特币社区讨论的硬分叉迁移方案）。
- Falcon：轻量级格密码算法，签名长度短（约666字节），适合物联网设备等资源受限场景。
核心特点
- 抗量子性：可抵御Shor算法（破解传统公钥）和Grover算法（加速哈希碰撞）的攻击。
- 性能权衡：密钥和签名长度普遍大于传统算法（如Dilithium公钥约1.4KB，是ECDSA公钥的44倍），需通过Layer 2优化（如Arbitrum的PQC集成方案）平衡效率。
- 落地进展：中国相关机构已开展基于抗量子算法的区块链试点，以太坊计划在Layer 2集成Dilithium以提升生态抗量子能力。
2025年最新趋势：从“传统安全”到“量子就绪”
- 量子威胁加速技术迭代：IBM量子计算机持续推进相关研究，推动央行数字货币（CBDC）和金融区块链优先迁移至PQC。
- 标准化与性能优化：NIST PQC标准落地后，Dilithium等算法通过硬件加速（如专用ASIC芯片）将验证延迟压缩至毫秒级，适配区块链高频交易需求。
- 混合安全策略：主流区块链暂未完全抛弃传统算法（如比特币仍用ECDSA），但已开始在关键场景（如跨链桥、智能合约）叠加PQC防护。
总结
区块链加密算法的演进始终围绕“安全-效率-抗量子”三角平衡：非对称加密保障身份与交易安全，哈希函数确保数据不可篡改，后量子密码学则面向量子时代的长期安全。2025年，传统算法仍为主流，但PQC的标准化与落地已成为金融级区块链的必备能力，尤其在CBDC和跨境支付等核心场景中，抗量子迁移正从规划走向实践。