近些年来,区块链成为了最具革命性与创新性的新兴技术之一。区块链技术的兴起,带动了金融、医疗、社会的全面创新。密码技术作为构成区块链底层技术的核心,对区块链的安全起着决定性的作用。随着区块链技术的不断发展,它的安全性问题成为了密码学领域关注的重点。区块链上数据的安全性主要是依赖于第一代公钥密码算法,如RSA、ECDSA等。它们的安全性主要是依赖于大整数分解和离散对数求解问题。然而,量子计算技术发展迅速,只要量子计算机能控制足够多的比特,Shor算法就可以在多项式时间内将此类算法破译。因此,第一代公钥密码体系变得不再安全,区块链技术也由此面临着潜在的安全威胁。针对该问题,目前最好的解决方案就是将区块链中的公钥密码用抗量子密码代替。为了应对未来量子计算机的攻击,以NIST、ETSI为代表的欧美标准化组织已经陆续开始抗量子密码标准化工作。我国也正在布局类似的研究。抗量子密码主要分为五大类:基于格、基于哈希、基于编码、基于同源和多变量公钥密码。在这五大类中,多变量公钥密码的签名算法具有运算效率高、消耗资源少、签名长度小的优势,能够满足区块链这种对数字签名长度要求较为苛刻的技术需求。本文结合区块链技术对签名算法的要求,综合分析了四个具有代表性的多变量公钥密码签名算法。Rainbow签名算法由于其较高的效率、稳定性和安全性,最终被本文选定来在区块链安全中做应用研究与实现。本文对Rainbow签名算法在区块链安全当中的应用进行了探索研究。通过对两个主流的区块链平台——以太坊和超级账本中的密码模块进行分析,完成了Rainbow算法对以太坊和超级账本平台中原有的ECDSA算法的替换和相关系统模块的适配性研究,保证了区块链平台上数据的不可抵赖性、完整性和安全性,并使其具备了抗击量子计算机攻击的特点。通过在以太坊和超级账本开源平台上进行改造实验,可以不影响其功能的正常使用,证明了该方案的可行性。将Rainbow多变量公钥签名方案应用到区块链底层技术中,不仅解决了区块链平台不能抵抗量子计算机攻击的安全问题,也为之后采用区块链平台开发的应用提供了更加安全高效的底层支撑。本文最后,对比了Rainbow签名算法和区块链平台中现在采用的ECDSA签名算法的密钥长度和签名效率,该对比以期为未来区块链抵抗量子计算攻击的研究提供方向与启发。