CN110602077B - 基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质 - Google Patents

基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN110602077B
CN110602077B CN201910828611.8A CN201910828611A CN110602077B CN 110602077 B CN110602077 B CN 110602077B CN 201910828611 A CN201910828611 A CN 201910828611A CN 110602077 B CN110602077 B CN 110602077B
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum
evaluation
protocol
trust
block chain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910828611.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110602077A (zh
Inventor
张仕斌
郑涛
昌燕
闫丽丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Longtutem Information Technology Co ltd
Original Assignee
Chengdu University of Information Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu University of Information Technology filed Critical Chengdu University of Information Technology
Priority to CN201910828611.8A priority Critical patent/CN110602077B/zh
Publication of CN110602077A publication Critical patent/CN110602077A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110602077B publication Critical patent/CN110602077B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/04—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks
    • H04L63/0407—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the identity of one or more communicating identities is hidden
    • H04L63/0421—Anonymous communication, i.e. the party's identifiers are hidden from the other party or parties, e.g. using an anonymizer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/12—Applying verification of the received information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/104—Peer-to-peer [P2P] networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0819—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s)
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L2209/00—Additional information or applications relating to cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communication H04L9/00
    • H04L2209/46—Secure multiparty computation, e.g. millionaire problem
    • H04L2209/463—Electronic voting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明属于量子区块链技术领域，公开了一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及系统，利用量子安全直接通信技术完成矿工节点间投票人的身份信任评估，然后投票人使用量子比特承诺协议，计算所述投票人选举内容的承诺值，并广播给区块链中所有的矿工节点；接着矿工节点结合量子诚实拜占庭协议，完成投票统计。本发明协议的安全模型分析中证明了协议具有匿名性，不可篡改性，可验证性等优点；本发明采用诚实量子拜占庭协议，使区块链系统能达成一致性协议，而且协议效率更好。

Description

基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质
技术领域
本发明属于量子区块链技术领域，尤其涉及一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及系统。
背景技术
目前，最接近的现有技术：
近年来，以比特币为代表的数字加密货币体系发展十分迅速，作为数字加密货币的核心支撑技术，区块链技术被学者们广泛关注。区块链技术可以有效解决传统数字货币面临的两大难题，即拜占庭将军问题和双重支付问题。区块链技术运用数据加密和时间戳技术，严格保证数据安全，同时创造性加入了分布式共识和经济激励等手段，在节点无需互相信任的分布式网络中实现了去中心化信用的点对点交易，协调和协作，从而能有效解决中心化机构存在的高成本和低效率问题，以及数据安全性低等问题。自2008年中本聪(Satoshi nakamoto) 发表的奠基性论文《比特币：一种点对点电子现金系统》以来，学者们开始研究将区块链技术应用在电子商务、计算机科学、数字医疗、环境科学、数据存储等领域。可以预见，区块链作为一种解决实体间信任问题的技术，未来将会被应用到各行各业中。
随着量子制备技术的发展，学者们开始研究使用量子技术构建一个可以使通信方安全地完成信息交换，信息传输，直接对话等操作的量子通信网络 (QuantumCommunication Network,QCN)。1984年，Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议(Quantum Key Distribution,QKD)，即BB84协议。科研工作者们提出了大量基于QKD的量子密码应用协议，如量子安全直接通信协议(Quantum Secure Direct Communication,QSDC)，量子隐私查询协议(Quantum Private Query,QPQ)，量子签名协议(QuantumSignature,QS)等，这些应用于各种实际场景的量子协议将成为量子通信网络的重要组成部分。随着对量子通信网络构建研究的深入，如何在网络中实现节点的信任评估成为了研究热点。现有的区块链技术使用了基于数字签名技术，其安全保障大都基于经典数学难题的计算复杂度。随着量子计算机的快速发展，其强大的计算能力也将使得现有的区块链变得不再安全。2017年，俄罗斯学者提出了一种基于量子密钥技术的区块链网络，作者在文中介绍了利用具有绝对安全特性的量子密钥，取代现有区块链技术中的数字签名，构建了一种具有绝对安全的分布式区块链网络。随后出现了基于量子区块链网络的各类应用方案，其中匿名投票方案是研究热点。匿名投票方案应该满足如下特点：(1)匿名性，只有投票者本人知道他做出的投票选择，(2)不可篡改性：投票提交后，任何人都不能修改投票信息，(3) 可验证性：每个投票人可以验证自己的选票是否被正确统计。传统的匿名投票方案很难实现全部的要求，2015年，Zhao等人提出了第一个基于区块链的匿名投票方案，该方案引入“零知识证明”和“比特承诺协议”，实现了n位投票人对两个候选者匿名投票情况的统计。2018年，Tian等人在此基础上进行了扩展，将候选者人数拓展到了，并给出了更为简单高效的投票统计策略。2019年，Sun 等人提出了基于量子区块链的匿名投票方案，该方案采用Tian等人的基础架构，并加强了对匿名投票方案的匿名性，可追溯性等的保障。
现有方案的不足：
然而，以上方案都不是在一个量子通信网络体系下应用的方案，即忽略了对投票人身份可信度的检查。再者，区块链发展至今，为了更满足实际需求，去中心化思想已经演变成多中心化思想。多中心化即是由多个中心节点组成的平等网络，节点的参与和退出有一定程度的限制。这就要求在量子通信网络中必须对投票人身份做出验证。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有技术在量子通信网络体系下应用中，忽略了对投票人身份可信度的检查与验证。再者，区块链中，由多个中心节点组成的平等网络的节点参与和退出有一定程度的限制。
(2)现有的技术没有充分考虑诚实节点范围问题，大都使用传统的拜占庭协议，使得区块链系统达到一致性时，算法的有效范围为0＜p＜1,这一问题会造成区块链系统达成一致性过程使用更多的资源，花费更多的时间。
(3)现有的匿名投票协议，大都没有实现匿名协议的全部要求：匿名性、可验证性、不可篡改性等。
解决上述技术问题的难度：
(1)在量子通信网络中实现信任评估的可选方式较少，且量子信任评估方面的研究近乎为零。如何在投票系统中不增加过大成本的基础上实现信任评估，是一项较为困难的工作。
传统区块链网络中实现拜占庭协议的方式较为多样，达成一致性算法的节点范围较大，不利于在量子通信网络系统中实现。
(2)匿名投票协议具有的三大主要特点应该全部满足，然而，现有的协议大部分都不具备实现三大主要特点的条件。
解决上述技术问题的意义：
(1)解决了信任评估问题，就能在身份认证、异构识别等方面进一步优化系统架构、简化认证流程。这就会使得其他的通信协议实现流程更简化。并且能加固量子通信网络的体系安全。
使用sun等人提出的优化算法，能将区块链各节点达成一致性的范围缩小为
Figure BDA0002189909400000031
这无疑可以节约更多的系统资源，使其更加具有可行性。
(2)实现了全部的三大主要素，就可以使匿名投票协议具有更好的匿名性，可验证性以及不可篡改性。这样的协议就更具备现实使用意义价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及系统。
本发明是这样实现的，一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法，所述基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法利用量子安全直接通信技术完成矿工节点间投票人的身份信任评估，然后投票人使用量子比特承诺协议，计算所述投票人选举内容的承诺值，并广播给区块链中所有的矿工节点；
接着矿工节点结合量子诚实拜占庭协议，完成投票统计。
进一步，有n位投票人Pi(i＝1,...,n)对两位候选者A和候选者B做出投票，每个投票人Pi都有选票Oi，其中Oi＝0代表支持候选者A，Oi＝1代表支持候选者B。
进一步，所述基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法具体包括：
步骤一，投票承诺：建立n×n矩阵，完成身份评估，获取矩阵的第i列的值；
步骤二，选票统计：进行一致性计算，选票计算，计算出所有得票为1的候选者B的得票总数。
进一步，步骤一具体包括：
(1)建立n×n矩阵：投票人Pi生成n位正整数Xi,1,...,Xi,n作为矩阵的第i行数据；生成的数据应当满足如下关系：
Figure BDA0002189909400000041
(2)完成身份评估：在多中心化节点下的区块链网络中，节点间完成身份评估；借助量子隐形传输技术完成评估；
(3)获取矩阵的第i列的值：经过步骤(1)和步骤(2)，每个投票人Pi完成了对其他投票人的身份信任评估，并得知n×n矩阵中第i行数据Xi,1,...,Xi,n；Pi借助量子安全直接通信技术将每个Xi,j发送给Pj。Pi此时得知n×n矩阵中第i列数据 X1,i,...,Xn,i；每个投票人Pi计算投票的承诺值：
Figure BDA0002189909400000042
Pi通过量子比特承诺协议将Oi c承诺给区块链中每个矿工节点。
进一步，步骤(2)借助量子隐形传输技术完成评估的方法包括：
1)投票人Pi借助量子安全直接通信技术，发送通信请求给多中心节点TP，该请求的内容包含Pi的信任因子，请求建立评估对象Pj的信息；
2)TP将Pi发来的信任因子与TP存储的Pi原始信任因子对比，通过检测后TP通知Pj做好通信准备并制备Pi的信任因子量子态
Figure BDA0002189909400000051
TP制备一对Bell纠缠态粒子
Figure BDA0002189909400000052
并将 A粒子发给Pj，保留T粒子；
Figure BDA0002189909400000056
和|ψ>TA形成三粒子张量空间，有：
Figure BDA0002189909400000053
其中，|φ+>TA，|φ->TA，|ψ+>TA，|ψ->TA是四种Bell纠缠态；TP对复合空间中的TA二粒子做Bell测量，并将测量结果编码后发送给Pj；编码规则为00，01，10，11 分别代表TA粒子的测量结果为|φ+>TA，|φ->TA，|ψ+>TA，|ψ->TA；
3)Pj根据TP发送的编码信息，对手中的A粒子执行对应的Pauli变换，即可恢复出代表Pi信任因子的量子态
Figure BDA0002189909400000057
；Pj计算此量子态装载的信任因子值，判断通信请求方是否为Pi，完成身份评估；多次执行，完成所有节点间的信任评估流程。
进一步，步骤二具体包括：
i)一致性计算：Pi将Oi c的一些信息公布给区块链中所有矿工节点；所有矿工节点运行一个量子诚实拜占庭协议[20]将所有的投票承诺完成一致性计算；
ii)选票计算：通过计算
Figure BDA0002189909400000054
计算出所有得票为1的候选者B的得票总数。
本发明的另一目的在于提供一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法，步骤ii)选票计算中，进一步包括：三个投票人的匿名投票内容为：O1＝1， O2＝1，O3＝0；三人共享的3×3矩阵表示为：
Figure BDA0002189909400000055
分别计算三人投票的承诺值为：O1 c＝1+(2+1+3)＝7≡3(mod4) O2 c＝1+(0+1+0)＝2≡2(mod4) O3 c＝0+(2+2+1)＝5≡1(mod4)；
则O1 c+O2 c+O3 c＝3+2+1≡2(mod4)，且O1+O2+O3＝2，即候选人B得票数为2，推知候选人A得票数为1。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举系统。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述任意一项所述基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明提出了一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方案。在借助量子安全直接通信技术完成节点间的身份信任评估后，投票人使用量子比特承诺协议，计算其选举内容的承诺值，并广播给区块链中所有的矿工节点。矿工节点结合量子诚实拜占庭协议，完成投票统计。本应用方案在现有技术条件下容易实现，协议的安全模型分析中证明了协议具有匿名性，不可篡改性，可验证性等优点。
Figure BDA0002189909400000061
在本发明中，采用诚实量子拜占庭协议，该协议表明当诚实节点数量范围在
Figure BDA0002189909400000062
(m是节点总数)范围时，区块链系统仍能达成一致性协议，而传统的诚实拜占庭算法的有效范围是0＜p＜1，通过对比可知，本发明的协议效率更好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法流程图。图中：QKD表示量子秘钥分发；QBC表示量子比特承诺；QSC表示量子安全通信；QBA表示量子拜占庭协议。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术在量子通信网络体系下应用中，忽略了对投票人身份可信度的检查与验证。再者，区块链中，由多个中心节点组成的平等网络的节点参与和退出有一定程度的限制。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法与系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法中，假设有n位投票人Pi(i＝1,...,n)需要对两位候选者Alice和Bob做出投票。每个投票人Pi都有选票Oi，其中Oi＝0代表支持Alice，Oi＝1代表支持Bob。
具体分为投票承诺和选票统计两个阶段。本发明加入了节点间身份评估过程，使得投票方案更加贴近现实应用场景。
第一阶段，投票承诺包括：
(1)建立n×n矩阵：投票人Pi生成n位正整数Xi,1,...,Xi,n作为矩阵的第i行数据。生成的数据应当满足如下关系：
Figure BDA0002189909400000071
(2)完成身份评估：在多中心化节点下的区块链网络中，节点间需要完成身份评估。借助量子隐形传输技术(Quantum Teleportation,QT)完成评估。具体流程为：
投票人Pi借助量子安全直接通信技术，发送通信请求给多中心节点TP，该请求的内容包含Pi的信任因子，请求建立评估对象Pj的信息等。
TP将Pi发来的信任因子与TP存储的Pi原始信任因子对比，通过检测后TP 通知Pj做好通信准备并制备Pi的信任因子量子态
Figure BDA0002189909400000081
TP制备一对Bell纠缠态粒子
Figure BDA0002189909400000082
并将A粒子发给Pj，保留T粒子。
此时
Figure BDA0002189909400000085
和|ψ>TA形成三粒子张量空间，即有：
Figure BDA0002189909400000083
其中，|φ+>TA，|φ->TA，|ψ+>TA，|ψ->TA是四种Bell纠缠态。TP对复合空间中的TA二粒子做Bell测量，并将测量结果编码后发送给Pj。编码规则为00，01，10，11 分别代表TA粒子的测量结果为|φ+>TA，|φ->TA，|ψ+>TA，|ψ->TA。
Pj根据TP发送的编码信息，对手中的A粒子执行对应的Pauli变换，即可恢复出代表Pi信任因子的量子态
Figure BDA0002189909400000086
。具体的转换规则如表1所示。Pj计算此量子态装载的信任因子值，就可以判断通信请求方是否为Pi，完成身份评估。多次执行，就可以完成所有节点间的信任评估流程。
表1节点Pj的转换规则
Figure BDA0002189909400000084
(3)获取矩阵的第i列的值：经过步骤(1)和步骤(2)，每个投票人Pi完成了对其他投票人的身份信任评估，并得知n×n矩阵中第i行数据Xi,1,...,Xi,n。Pi借助量子安全直接通信技术将每个Xi,j发送给Pj。Pi此时得知n×n矩阵中第i列数据 X1,i,...,Xn,i。每个投票人Pi计算投票的承诺值：
Figure BDA0002189909400000091
Pi通过量子比特承诺协议将Oic承诺给区块链中每个矿工节点。
第二阶段，选票统计包括：
1)一致性计算：Pi将Oi c的一些信息公布给区块链中所有矿工节点。所有矿工节点运行一个量子诚实拜占庭协议[20]将所有的投票承诺完成一致性计算。
2)选票计算：通过计算
Figure BDA0002189909400000092
可以计算出所有得票为1(候选者Bob的得票总数)。例如：三个投票人的匿名投票内容为：O1＝1，O2＝1，O3＝0。三人共享的3×3矩阵表示为：
Figure BDA0002189909400000093
分别计算三人投票的承诺值为： O1 c＝1+(2+1+3)＝7≡3(mod4)O2 c＝1+(0+1+0)＝2≡2(mod4) O3 c＝0+(2+2+1)＝5≡1(mod4)
则O1 c+O2 c+O3 c＝3+2+1≡2(mod4)，且O1+O2+O3＝2，即候选人Bob得票数为2，可推知Alice得票数为1。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
1、量子节点的信任评估模型：
去中心化量子通信网络中，节点与节点之间的通信必须具备一个用于节点身份可信度的评估机制。量子态可以表述为|φ>＝α|0>+β|1>，其中|α|2+|β|2＝1，且α和β描述了量子态被测量为|0>态和|1>态的概率值。由于α和β可以描述单粒子节点的一些不确定性，在可信网络中，本发明引入直觉模糊理论中的隶属度与非隶属度来描述这种不确定程度，称之为信任因子。每个量子态都具有多位不同的信任因子。由于实际应用场景中，不同的信任因子具有不同程度的重要性，本发明引入权重系数tj来定量描述不同信任因子的重要值。对于节点k，定义其第j位信任因子值为：
Figure BDA0002189909400000094
其中cosθj描述节点k隶属与第j位信任因子(隶属度)，sinθj描述节点k非隶属与第j位信任因子(非隶属度)，且
Figure BDA0002189909400000101
至此，基于直觉模糊理论的量子节点的信任评估模型已经建立。
2、量子比特承诺:
密码学中的比特承诺问题可简单描述为：A想说服B完成某件事情，由于特殊原因A不能告诉这件事情的具体信息，B在做此事前想要确保事件的真实性，且不会受到A的欺骗，为保证事件的可靠性和公平性，可以使用密码算法的方式实现。密码学语言描述为：比特承诺方案允许Alice向Bob发送一个证据表明她拥有一个秘密比特，Bob收到的证据不能获得的具体信息，这个过程称为承诺阶段；必要时，Bob请求Alice公示的值，但是在身份检测没通过的情况下，不会公开的信息。此阶段称为公示阶段。以量子态实现的比特承诺称为量子比特承诺协议，量子比特承诺已经被证明不可能具有绝对的安全性，将消息量子化，并在测量基，线性码等选择上做了一定限制，使得发送者Alice不能完成通用量子测量，这样的方案称为有条件安全量子比特承诺协议。
3、量子拜占庭协议：
在分布式计算中，即使有些进程已经失败，整体的计算流程依然可以进行下去。这就要求所有正常节点遭遇干扰时能快速达成一个一致性协议。这种解决容错问题的一致性协议称为拜占庭将军协议。在经典的拜占庭问题中，能达成协议的前提，是要求故障节点(叛徒数量)最大值为(n为节点总数)。解决拜占庭问题可以简化为解决生成和安全分发数字列表的问题。而生成和安全分发正是以量子态为载体的量子密码学最具有核心优势的特点。区块链技术要求系统采用时效性强，安全性高的一致性算法，基于量子密钥分发的量子拜占庭协议(Quantum Byzantine Agreement,QBA)能满足上述所有要求。
在本发明中，采用诚实量子拜占庭协议，该协议表明当诚实节点数量范围在(m是节点总数)范围时，区块链系统仍能达成一致性协议。传统的诚实拜占庭算法的有效范围是，因此本发明的协议效率更好。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例
下面结合协议安全模型建立与分析对本发明作进一步描述。
匿名性:根据协议过程可知，投票人通过量子安全通信技术将每个Xi,j发送给 Pj。点对点的两方量子安全直接通信技术保证了每个投票人Pi只知道n×n矩阵中第i行的全部数据(Pi生成的Xi,1,...,Xi,n)以及矩阵的第i列的值X1,i,...,Xn,i。这便严格保证了n×n矩阵只有部分信息对Pi可见。且所有投票人发送给矿工节点的都是投票的承诺值Oi c，原始的选举内容严格保密。
不可篡改性:量子区块链网络的建立需要对每个节点进行身份认证，基于量子密钥分发技术的认证过程具有绝对安全性。本文中，投票人在发送矩阵数据前，需要完成节点间的身份信任评估，这进一步保证了投票信息的不可篡改性。根据量子比特承诺协议，投票人Pi一旦计算并公布了投票的承诺值Oi c，Pi就不得对其进行修改，否则所有矿工节点无法达成一致性，协议随即中止。
可验证性：协议的可验证性分为选举信息可验证性和选举人身份可验证性。由于n×n矩阵每一行的数据分别由n位选举人生成，且计算投票承诺的数据包含对应列的值，每个投票人在统计时都可以计算自己的投票承诺Oi c的真实性和有效性，从而完成选举信息的验证。
分析协议身份评估过程，Pj计算Pi的信任因子值的过程中完成了对其他选举人身份的验证。根据表1中可知，当TP发送的测量结果为01时，Pj对手中的A 粒子执行Z门变换，过程如下：
Figure BDA0002189909400000111
Pj计算出Pi的信任因子值
Figure BDA0002189909400000112
，再将其进行与TP中存储的值对比，就能完成Pi的身份验证过程。
下面结具体实验对本发明作进一步描述。
下面给出本协议与Zhao等三个协议在算法资源损耗度、协议认证复杂度以及协议效率上的比较。
Figure BDA0002189909400000121
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法，其特征在于，所述基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法利用量子安全直接通信技术完成矿工节点间投票人的身份信任评估；
然后所述投票人使用量子比特承诺协议，计算所述投票人选举内容的承诺值，并广播给区块链中所有的矿工节点；
接着所述矿工节点结合量子诚实拜占庭协议，完成投票统计；
所述基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法具体包括：
步骤一，投票承诺：建立n×n矩阵，完成身份评估，获取矩阵的第i列的值；
步骤二，选票统计：进行一致性计算，选票计算，计算出所有得票为1的候选者B的得票总数；
步骤一具体包括：
(1)建立n×n矩阵：投票人Pi生成n位正整数Xi,1,...,Xi,n作为矩阵的第i行数据；生成的数据应当满足如下关系：
Figure FDA0002571570370000011
(2)完成身份评估：在多中心化节点下的区块链网络中，节点间完成身份评估；借助量子隐形传输技术完成评估；
(3)获取矩阵的第i列的值：经过步骤(1)和步骤(2)，每个投票人Pi完成了对其他投票人的身份信任评估，并得知n×n矩阵中第i行数据Xi,1,...,Xi,n；Pi借助量子安全直接通信技术将每个Xi,j发送给Pj。Pi此时得知n×n矩阵中第i列数据X1,i,...,Xn,i；每个投票人Pi计算投票的承诺值：
Figure FDA0002571570370000012
Pi通过量子比特承诺协议将Oi c承诺给区块链中每个矿工节点；
步骤(2)借助量子隐形传输技术完成评估的方法包括：
1)投票人Pi借助量子安全直接通信技术，发送通信请求给多中心节点TP，该请求的内容包含Pi的信任因子，请求建立评估对象Pj的信息；
2)TP将Pi发来的信任因子与TP存储的Pi原始信任因子对比，通过检测后TP通知Pj做好通信准备并制备Pi的信任因子量子态
Figure FDA0002571570370000021
TP制备一对Bell纠缠态粒子
Figure FDA0002571570370000022
并将A粒子发给Pj，保留T粒子；
Figure FDA0002571570370000023
和|ψ>TA形成三粒子张量空间，有：
Figure FDA0002571570370000024
其中，|φ+>TA，|φ->TA，|ψ+〉TA，|ψ-〉TA是四种Bell纠缠态；TP对复合空间中的TA二粒子做Bell测量，并将测量结果编码后发送给Pj；编码规则为00，01，10，11分别代表TA粒子的测量结果为|φ+〉TA，|φ-〉TA，|ψ+〉TA，|ψ-〉TA；
3)Pj根据TP发送的编码信息，对手中的A粒子执行对应的Pauli变换，即可恢复出代表Pi信任因子的量子态
Figure FDA0002571570370000025
Pj计算此量子态装载的信任因子值，判断通信请求方是否为Pi，完成身份评估；多次执行，完成所有节点间的信任评估流程。
2.如权利要求1所述的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法，其特征在于，有n位投票人Pi(i＝1,...,n)对两位候选者A和候选者B做出投票，每个投票人Pi都有选票Oi，其中Oi＝0代表支持候选者A，Oi＝1代表支持候选者B。
3.如权利要求1所述的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法，其特征在于，步骤二具体包括：
i)一致性计算：Pi将Oi c的一些信息公布给区块链中所有矿工节点；所有矿工节点运行一个量子诚实拜占庭协议将所有的投票承诺完成一致性计算；
ii)选票计算：通过计算
Figure FDA0002571570370000026
计算出所有得票为1的候选者B的得票总数。
4.如权利要求3所述的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法，其特征在于，步骤ii)选票计算中，进一步包括：三个投票人的匿名投票内容为：O1＝1，O2＝1，O3＝0；三人共享的3×3矩阵表示为：
Figure FDA0002571570370000031
分别计算三人投票的承诺值为：O1 c＝1+(2+1+3)＝7≡3(mod4)O2 c＝1+(0+1+0)＝2≡2(mod4)O3 c＝0+(2+2+1)＝5≡1(mod4)；
则O1 c+O2 c+O3 c＝3+2+1≡2(mod4)，且O1+O2+O3＝2，即候选人B得票数为2，推知候选人A得票数为1。
5.一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-4任意一项所述的基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法。
CN201910828611.8A 2019-09-03 2019-09-03 基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质 Active CN110602077B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910828611.8A CN110602077B (zh) 2019-09-03 2019-09-03 基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910828611.8A CN110602077B (zh) 2019-09-03 2019-09-03 基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110602077A CN110602077A (zh) 2019-12-20
CN110602077B true CN110602077B (zh) 2020-10-27

Family

ID=68857209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910828611.8A Active CN110602077B (zh) 2019-09-03 2019-09-03 基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110602077B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110768824B (zh) * 2019-10-16 2022-11-22 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种混合网络系统及其通信连接建立方法
EP3813295B1 (en) * 2019-10-25 2023-10-18 Telefónica Iot & Big Data Tech, S.A. Method and system for dlt networks consensus enhancement using quantum computing mechanisms
CN111246468B (zh) * 2020-01-14 2021-03-30 华南理工大学 一种针对群体感知中隐私保护的数据质量感知激励方法
CN111554030B (zh) * 2020-04-26 2020-12-04 华北电力大学 一种基于Bell态可验证的量子匿名投票方法
CN111865581B (zh) * 2020-07-16 2021-05-25 西南大学 基于张量网络的量子秘密共享方法及量子通信系统
CN112436944B (zh) * 2020-11-06 2023-04-07 深圳前海微众银行股份有限公司 一种基于pow的区块链共识方法及装置
CN112511307B (zh) * 2020-11-13 2021-06-22 华北电力大学 一种基于单粒子的量子保密投票方法
CN112968881B (zh) * 2021-02-01 2022-05-24 杭州复杂美科技有限公司 区块链匿名投票方法、计算机设备和存储介质
CN112953955B (zh) * 2021-03-03 2023-04-07 南京航空航天大学 一种多方量子拜占庭共识优化协议
CN113271204B (zh) * 2021-05-06 2022-04-12 西安电子科技大学 一种基于量子密钥分发的拜占庭容错共识方法
CN115022315A (zh) * 2022-05-16 2022-09-06 国开启科量子技术(北京)有限公司 一种基于量子云计算的计票方法、装置及存储介质
EP4354787A1 (en) * 2022-10-11 2024-04-17 Bull Sas Method for creating a trusted map of verified secure nodes for a network of nodes in a quantum internet
CN116933886B (zh) * 2023-09-12 2024-01-23 苏州浪潮智能科技有限公司 一种量子计算执行方法、系统、电子设备及存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107093143A (zh) * 2017-03-24 2017-08-25 钱德君 一种量子链的区块链构件系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180267539A1 (en) * 2017-03-17 2018-09-20 Jeanne Louise Shih Distributive networks of groups of moveable autonomous devices
CN108833353B (zh) * 2018-05-18 2020-10-30 中南大学 基于三方参与的量子拜占庭协定方法
CN109547193B (zh) * 2018-12-07 2022-04-19 焦少波 一种基于区块链且抗量子计算机攻击的电子投票方法
CN109672518B (zh) * 2019-03-02 2022-04-12 西安安盟智能科技股份有限公司 抗量子攻击的区块链的节点数据处理

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107093143A (zh) * 2017-03-24 2017-08-25 钱德君 一种量子链的区块链构件系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110602077A (zh) 2019-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110602077B (zh) 基于信任评估的量子区块链网络匿名选举方法及存储介质
Li et al. Quantum blockchain: a decentralized, encrypted and distributed database based on quantum mechanics
CN113271204B (zh) 一种基于量子密钥分发的拜占庭容错共识方法
Wang et al. Quantum blockchain based on asymmetric quantum encryption and a stake vote consensus algorithm
CN108737116B (zh) 一种基于d维三量子纠缠态的投票表决协议方法
Liu et al. Ltsm: Lightweight and trusted sharing mechanism of iot data in smart city
Wang et al. Quantization enabled privacy protection in decentralized stochastic optimization
Shi et al. Quantum solution to a class of two-party private summation problems
Xu et al. A scalable two-layer blockchain system for distributed multicloud storage in IIoT
CN112583598A (zh) 一种复杂物联网联盟链系统通信机制
Chen et al. Esb-fl: Efficient and secure blockchain-based federated learning with fair payment
Shi Quantum sealed-bid auction without a trusted third party
Cui A cross-chain protocol based on quantum teleportation for underlying architecture of metaverse
Yang et al. Accountable and verifiable secure aggregation for federated learning in IoT networks
Wang et al. A secure cross-chain transaction model based on quantum multi-signature
Zhang et al. Post-quantum blockchain over lattice
Chen et al. Quantum identity authentication based on the extension of quantum rotation
Singh et al. Performance issues and research challenges in designing a secure IoT with blockchain
Wang et al. zkfl: Zero-knowledge proof-based gradient aggregation for federated learning
Yu et al. An Efficient and Secure Data Sharing Scheme for Edge-Enabled IoT
Xia et al. SVCA: Secure and Verifiable Chained Aggregation for Privacy-Preserving Federated Learning
Ma et al. Quantum mutual authentication key agreement scheme using five-qubit entanglement towards different realm architecture
CN105956490B (zh) 一种在网络环境中生成、维护可信数据的方法
Qiao et al. Blockchain-based multi-institution collaborative credit evaluation modeling method
Wang et al. Multi-user quantum private query using symmetric multi-particle w state

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231122

Address after: 230000 Anhui Hefei high tech Zone Innovation Industrial Park two phase J2 District C block 18 floor.

Patentee after: HEFEI LONGTUTEM INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 610225, No. 24, Section 1, Xuefu Road, Southwest Economic Development Zone, Chengdu, Sichuan

Patentee before: CHENGDU University OF INFORMATION TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right