基于RSA累加器的区块链轻节点方案

来源：计算机技术与发展杂志2025年第02期北京时间：

作者：任正伟;鲁力;李敏;邓莉;

单位：1. 武汉科技大学 计算机科学与技术学院,湖北 武汉 430065;2. 智能信息处理与实时工业系统湖北省重点实验室(武汉科技大学),湖北 武汉 430065

摘要：在区块链系统中,随着区块的增长,节点需要存储的数据越来越多,导致一些存储空间有限的节点难以参与到区块链系统中。 为此,提出了适用于区块链系统的轻节点方案,以使得轻节点只需存储区块链的部分信息就可以参与到区块链的运行中。 但是,现有的一些方案中,轻节点的存储开销与区块数量仍然是线性增长关系;此外,很多方案只提供了交易的存在证明,无法为交易生成非存在证明,导致轻节点可能被欺骗。 该文提出了一种基于 RSA 累加器的区块链轻节点方案,以使得轻节点存储的数据大小是固定的,并且能验证交易的存在性/ 非存在性。 该方案重新设计了区块体和区块头,在区块体上,用 RSA 累加器组织和管理交易;在区块头上,用基于 RSA 累加器的累乘值替换了 Merkle Root,新增了区块摘要值。 之后,全节点将累乘值组织为 Merkle 山脉,再利用 Merkle 山脉和区块摘要为待验证的交易生成存在证明。 当待验证的交易不在区块链上时,全节点也能根据区块头中的累乘值和 RSA 累加器的公共参数为其生成非存在证明。 轻节点只需通过最新区块的区块摘要值以及 RSA 累加器的参数就能验证交易的存在性/ 非存在性。 理论分析和仿真实验结果表明,该方案实现了预期的设计目标和安全目标,计算开销较小,存储和通信开销在合理范围内。

关键词：区块链;轻节点;交易存在证明;交易非存在证明;RSA累加器;Merkle山脉