区块链密码学的硬件加速技术：椭圆曲线密码学与后量子方法——系统综述

《Journal of Web Engineering》：Hardware Acceleration Techniques for Blockchain Cryptography: ECC and Post-Quantum Approaches - A Systematic Review

　　

摘要：

现代区块链系统对密码学有着独特的要求，包括用于以太坊 2.0 的基于配对的签名、用于零知识证明的多标量乘法以及后量子迁移，而现有的硬件实现 largely overlook (在很大程度上忽视) 这些要求。这项符合 PRISMA 2020 标准的系统综述分析了 2018 年至 2025 年间椭圆曲线密码学和后量子密码学的现场可编程门阵列 (FPGA) 及专用集成电路 (ASIC) 实现，涵盖四类区块链节点：全节点、轻量级客户端、零知识证明生成器和验证者。从 688 条初始记录中，经过严格筛选，获得了 56 种 FPGA 实现、16 种 ASIC 设计和 3 种混合架构。学术研究与应用现实之间出现了关键差距：尽管后量子迁移迫在眉睫，但对于 Layer-2 扩展、zkRollup 操作或混合架构所必需的配对友好曲线，支持却微乎其微。FPGA 实现了中等吞吐量，能效范围从数百到数千次操作每焦耳，而 ASIC 则达到了显著更高的性能，但实施成本也大得多。后量子方案表现出明显的面积开销和内存消耗。侧信道安全仍然严重缺乏关注，没有任何实现既能达到高性能又能获得经验证的抗性与能力。我们提取了四种安全意识设计模式，建立了一个集成吞吐量 - 成本 - 安全性权衡的平台选择框架，并确定了五项研究优先事项：标准化基准测试、混合架构、经验证的安全 - 性能协同设计、能源比例实现以及协议 - 硬件协同优化。