論文の概要: Assessing the Impact of Post-Quantum Digital Signature Algorithms on Blockchains

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.09271v1
• Date: Fri, 10 Oct 2025 11:12:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 00:38:48.793198
• Title: Assessing the Impact of Post-Quantum Digital Signature Algorithms on Blockchains
• Title（参考訳）: ポスト量子デジタル署名アルゴリズムがブロックチェーンに与える影響の評価
• Authors: Alison Gonçalves Schemitt, Henrique Fan da Silva, Roben Castagna Lunardi, Diego Kreutz, Rodrigo Brandão Mansilha, Avelino Francisco Zorzo,
• Abstract要約: 量子後暗号(PQC)は、量子耐性セキュリティへの移行における重要なステップである。 従来の暗号アルゴリズムは量子攻撃に弱い。 PQCは長期的なセキュリティには不可欠だが、ブロックチェーン環境での計算オーバーヘッドは、まだほとんど調査されていない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The advent of quantum computing threatens the security of traditional encryption algorithms, motivating the development of post-quantum cryptography (PQC). In 2024, the National Institute of Standards and Technology (NIST) standardized several PQC algorithms, marking an important milestone in the transition toward quantum-resistant security. Blockchain systems fundamentally rely on cryptographic primitives to guarantee data integrity and transaction authenticity. However, widely used algorithms such as ECDSA, employed in Bitcoin, Ethereum, and other networks, are vulnerable to quantum attacks. Although adopting PQC is essential for long-term security, its computational overhead in blockchain environments remains largely unexplored. In this work, we propose a methodology for benchmarking both PQC and traditional cryptographic algorithms in blockchain contexts. We measure signature generation and verification times across diverse computational environments and simulate their impact at scale. Our evaluation focuses on PQC digital signature schemes (ML-DSA, Dilithium, Falcon, Mayo, SLH-DSA, SPHINCS+, and Cross) across security levels 1 to 5, comparing them to ECDSA, the current standard in Bitcoin and Ethereum. Our results indicate that PQC algorithms introduce only minor performance overhead at security level 1, while in some scenarios they significantly outperform ECDSA at higher security levels. For instance, ML-DSA achieves a verification time of 0.14 ms on an ARM-based laptop at level 5, compared to 0.88 ms for ECDSA. We also provide an open-source implementation to ensure reproducibility and encourage further research.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの出現は、従来の暗号化アルゴリズムのセキュリティを脅かし、量子後暗号(PQC)の開発を動機付けている。 2024年、国立標準技術研究所(NIST)はいくつかのPQCアルゴリズムを標準化した。 ブロックチェーンシステムは基本的に、データの完全性とトランザクションの信頼性を保証するために、暗号化プリミティブに依存している。 しかし、Bitcoin、Ethereum、その他のネットワークで使われているECDSAのような広く使われているアルゴリズムは、量子攻撃に弱い。 PQCの採用は長期的なセキュリティには不可欠だが、ブロックチェーン環境におけるその計算オーバーヘッドは、まだほとんど調査されていない。 本研究では,PQCと従来の暗号アルゴリズムの両方をブロックチェーンのコンテキストでベンチマークする手法を提案する。 多様な計算環境におけるシグネチャ生成と検証時間を計測し,その影響をシミュレーションする。 我々の評価では、セキュリティレベル1から5のPQCデジタル署名スキーム(ML-DSA、Dilithium、Falcon、Mayo、SLH-DSA、SPHINCS+、Cross)を、現在のBitcoinおよびEthereum標準であるECDSAと比較した。 以上の結果から,PQCアルゴリズムはセキュリティレベル1でのみ性能上のオーバーヘッドを発生させるが,いくつかのシナリオではより高いセキュリティレベルでECDSAよりも優れていたことが示唆された。 例えば、ML-DSAはレベル5のARMベースのラップトップで0.14msの検証時間を達成するが、ECDSAでは0.88msである。 また、再現性を確保し、さらなる研究を促進するためのオープンソース実装も提供します。

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