本發(fā)明涉及一種用于區(qū)塊鏈的共識(shí)方法，尤其涉及一種量子投票證明共識(shí)方法，并進(jìn)一步涉及采用了該量子投票證明共識(shí)方法的量子投票證明共識(shí)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的迅速發(fā)展，區(qū)塊鏈已經(jīng)成為數(shù)字化時(shí)代的關(guān)鍵基礎(chǔ)架構(gòu)之一，為多個(gè)領(lǐng)域提供了分散式、透明、不可篡改的數(shù)據(jù)管理解決方案。然而，當(dāng)前主流的區(qū)塊鏈共識(shí)算法，如工作量證明(proof?of?work，pow)共識(shí)算法和權(quán)益證明(proof?of?stake，pos)共識(shí)算法，以及它們所依賴的數(shù)字簽名技術(shù)，將在面對(duì)未來(lái)強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)時(shí)遭受嚴(yán)重的威脅。

2、量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力可能會(huì)威脅傳統(tǒng)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性，尤其是基于單向加密函數(shù)的數(shù)字簽名技術(shù)。傳統(tǒng)區(qū)塊鏈的共識(shí)算法依賴于數(shù)字簽名來(lái)實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證。數(shù)字簽名通過(guò)單向加密函數(shù)確保了信息的不可篡改性，并驗(yàn)證了信息發(fā)送者的身份。然而，這種數(shù)字簽名的安全性在量子計(jì)算機(jī)的崛起面前變得脆弱。目前的加密算法，如rsa和dsa，基于大數(shù)分解等難題，而量子計(jì)算機(jī)的shor算法有望迅速解決這些問(wèn)題，使得傳統(tǒng)數(shù)字簽名的安全性受到挑戰(zhàn)。

3、當(dāng)前區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的身份匿名性很大程度上依賴于數(shù)字簽名的安全性。一旦數(shù)字簽名被破解，用戶的身份可能被追蹤，導(dǎo)致交易的匿名性受到威脅。這對(duì)于一些特定場(chǎng)景，如政治投票或商業(yè)交易，可能引發(fā)嚴(yán)重的隱私擔(dān)憂。量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使得攻擊者能夠偽造數(shù)字簽名，從而篡改交易或共識(shí)結(jié)果。

4、此外，量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力也將破壞傳統(tǒng)共識(shí)算法的公平性。例如，對(duì)于工作量證明共識(shí)算法，量子計(jì)算機(jī)能夠迅速找到困難問(wèn)題的解，這將造成區(qū)塊鏈賬本記錄的壟斷，使得特定交易不被記錄，或是重復(fù)進(jìn)行記錄，而這違背了區(qū)塊鏈追求去中心化和可信共識(shí)的初衷。

5、在當(dāng)今信息時(shí)代的背景下，電子投票作為高效、方便的投票方式，在共識(shí)決策領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也在區(qū)塊鏈中的投票證明共識(shí)方案中起到選舉代表節(jié)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)共識(shí)機(jī)制等重要作用。然而，目前傳統(tǒng)的投票方案受到中間人攻擊、數(shù)據(jù)篡改和信息泄露等威脅，投票證明共識(shí)過(guò)程的安全性與匿名性仍然存在提升空間，因此，無(wú)法保證區(qū)塊鏈共識(shí)算法的正確性、匿名性與不可篡改性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何保證區(qū)塊鏈共識(shí)算法的正確性、匿名性與不可篡改性，為此，本發(fā)明提供一種量子投票證明共識(shí)方法，通過(guò)提出量子投票證明(quantumproof?of?vote，q-pov)共識(shí)機(jī)制，旨在利用量子的獨(dú)特性質(zhì)實(shí)現(xiàn)匿名投票共識(shí)，避免投票信息的泄露，確保投票結(jié)果不被篡改，從而保證區(qū)塊鏈共識(shí)算法的正確性、匿名性與不可篡改性。在此基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步提供采用了該量子投票證明共識(shí)方法的量子投票證明共識(shí)系統(tǒng)。

2、本發(fā)明提供一種量子投票證明共識(shí)方法，包括以下步驟：

3、步驟s1，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l向投票節(jié)點(diǎn)v0,v1,…,vn-1分發(fā)量子態(tài)|xn>，投票節(jié)點(diǎn)構(gòu)建初始投票箱矩陣r，n為粒子數(shù)；

4、步驟s2，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l向投票節(jié)點(diǎn)v0,v1,…,vn-1分發(fā)量子態(tài)|sn>，投票節(jié)點(diǎn)構(gòu)建投票索引d；

5、步驟s3，所有投票節(jié)點(diǎn)公開(kāi)修改后的投票箱矩陣r’，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l統(tǒng)計(jì)投票結(jié)果。

6、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s1包括以下子步驟：

7、步驟s101，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l制備n+nδ0份量子態(tài)|xn>的副本，量子態(tài)|xn>副本的所有粒子組成粒子矩陣后分發(fā)給對(duì)應(yīng)的投票節(jié)點(diǎn)，其中，δ0為量子態(tài)|xn>的安全強(qiáng)度參數(shù)；

8、步驟s102，對(duì)每個(gè)投票節(jié)點(diǎn)執(zhí)行安全檢測(cè)，在安全檢測(cè)通過(guò)后跳轉(zhuǎn)至步驟s103；

9、步驟s103，根據(jù)投票節(jié)點(diǎn)保留的有效粒子得到對(duì)應(yīng)的測(cè)量值，并通過(guò)一個(gè)n行n列的投票箱矩陣rn×n表示所有投票節(jié)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s101中，所述量子態(tài)|xn>的第x份副本由n個(gè)粒子組成，表示為px,0,px,1,…,px,n-1；x表示矩陣中的行索引；所有粒子組成一個(gè)n+nδ0行、n列的粒子矩陣隨后，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l將該粒子矩陣的所有的列分發(fā)給對(duì)應(yīng)的投票節(jié)點(diǎn)，其中第k列分發(fā)給投票節(jié)點(diǎn)vk，px,k表示粒子矩陣中第x行、第k列的粒子，0≤x≤n+nδ0-1,0≤k≤n-1，上標(biāo)t表示轉(zhuǎn)置行列。

11、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s102包括以下子步驟：

12、步驟s1021，從粒子矩陣中隨機(jī)選擇δ0個(gè)粒子作為所有投票節(jié)點(diǎn)的測(cè)試粒子，根據(jù)選擇的基測(cè)量測(cè)試粒子的狀態(tài)，并公布其測(cè)試粒子的行索引選擇的測(cè)量基以及測(cè)量結(jié)果，其中xl為第l輪安全檢測(cè)選擇的行索引；

13、步驟s1022，所有投票節(jié)點(diǎn)根據(jù)選擇的行索引與測(cè)量基對(duì)各自的測(cè)試粒子進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)試粒子的測(cè)量結(jié)果為表示粒子矩陣中第xl行第k列粒子的測(cè)量結(jié)果，m表示能級(jí)數(shù)；

14、步驟s1023，利用量子態(tài)|xn>的性質(zhì)檢查測(cè)量結(jié)果是否滿足安全條件，若否，則通知其他投票節(jié)點(diǎn)中止協(xié)議；若是，則協(xié)議繼續(xù)，由下一位檢查者進(jìn)行相同的安全檢測(cè)，直到每個(gè)投票節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的安全檢測(cè)都被通過(guò)或協(xié)議終止。

15、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s1023中，若投票節(jié)點(diǎn)選擇了計(jì)算基，通過(guò)公式進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)則判斷為滿足安全條件，mod表示求余函數(shù)；若投票節(jié)點(diǎn)選擇了傅里葉基，通過(guò)是否全部相同進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)全部相同則判斷為滿足安全條件。

16、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s2包括以下子步驟：

17、步驟s201，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l制備1+nδ1份量子態(tài)|sn>的副本，量子態(tài)|sn>副本的所有粒子組成粒子矩陣后，將粒子矩陣的所有列分發(fā)給對(duì)應(yīng)的投票節(jié)點(diǎn)，其中，δ1為量子態(tài)|sn>的安全強(qiáng)度參數(shù)；

18、步驟s202，對(duì)每個(gè)投票節(jié)點(diǎn)執(zhí)行安全檢測(cè)，在安全檢測(cè)通過(guò)后跳轉(zhuǎn)至步驟s203；

19、步驟s203，投票節(jié)點(diǎn)丟棄所有的測(cè)試粒子，每個(gè)投票節(jié)點(diǎn)保留一個(gè)有效粒子，并對(duì)該有效粒子進(jìn)行測(cè)量，得到對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果，以所述測(cè)量結(jié)果作為對(duì)應(yīng)投票節(jié)點(diǎn)的投票索引。

20、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s203中，投票節(jié)點(diǎn)丟棄所有量子態(tài)|sn>中的測(cè)試粒子，每個(gè)投票節(jié)點(diǎn)各保留一個(gè)有效粒子；所有有效粒子記作t0,0,t0,1,…,t0,n-1，每個(gè)投票節(jié)點(diǎn)在計(jì)算基上分別對(duì)其有效粒子進(jìn)行測(cè)量，得到投票節(jié)點(diǎn)vk的測(cè)量結(jié)果d0,k，以所述測(cè)量結(jié)果d0,k為投票節(jié)點(diǎn)vk的投票索引，用于代表投票節(jié)點(diǎn)vk的投票箱選擇。

21、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s3包括以下子步驟：

22、步驟s301，通過(guò)公式對(duì)測(cè)試粒子的測(cè)量結(jié)果rx,k進(jìn)行修改，其中，vk表示投票節(jié)點(diǎn)，k表示投票節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，mod表示求余函數(shù)，m表示能級(jí)數(shù)，x表示矩陣中的行索引，d0,k表示投票節(jié)點(diǎn)vk的投票索引；

23、步驟s302，所有投票節(jié)點(diǎn)公布更新后的選票r′x,k，得到最終投票箱矩陣r′n×n；

24、步驟s303，輪值記賬節(jié)點(diǎn)l通過(guò)公式對(duì)投票箱矩陣r′n×n按行求和，得到更新后的投票箱矩陣r′n×n第x行的求和結(jié)果rx。

25、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟s3還包括以下子步驟：

26、步驟s304，通過(guò)公式統(tǒng)計(jì)rx＝l的出現(xiàn)次數(shù)，表示第l個(gè)投票項(xiàng)的得票數(shù)；

27、步驟s305，判斷nl是否小于n/2，若是，則判斷該輪投票的區(qū)塊驗(yàn)證完成；若否，則判斷該輪投票的區(qū)塊驗(yàn)證不通過(guò)；

28、步驟s306，在區(qū)塊驗(yàn)證完成后，輪值記賬節(jié)點(diǎn)l將投票結(jié)果寫(xiě)入?yún)^(qū)塊頭中，并向全網(wǎng)發(fā)布正式區(qū)塊；

29、步驟s307，等待直到超過(guò)半數(shù)的投票節(jié)點(diǎn)接收到所述正式區(qū)塊后，本輪共識(shí)結(jié)束，進(jìn)入下一輪共識(shí)過(guò)程。

30、本發(fā)明還提供一種量子投票證明共識(shí)系統(tǒng)，采用了如上所述的量子投票證明共識(shí)方法，并包括：

31、分發(fā)投票箱模塊，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l向投票節(jié)點(diǎn)v0,v1,…,vn-1分發(fā)量子態(tài)|xn>，投票節(jié)點(diǎn)構(gòu)建初始投票箱矩陣r，n為粒子數(shù)；

32、分發(fā)投票索引模塊，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l向投票節(jié)點(diǎn)v0,v1,…,vn-1分發(fā)量子態(tài)|sn>，投票節(jié)點(diǎn)構(gòu)建投票索引d；

33、投票與計(jì)票模塊，所有投票節(jié)點(diǎn)公開(kāi)修改后的投票箱矩陣r’，通過(guò)輪值記賬節(jié)點(diǎn)l統(tǒng)計(jì)投票結(jié)果。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：提出了量子投票證明(quantum?proofof?vote，q-pov)共識(shí)機(jī)制，延續(xù)了投票證明共識(shí)的優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)引入量子資源，為投票過(guò)程提供更高的完整性與安全性。在本發(fā)明之中，只要網(wǎng)絡(luò)中存在半數(shù)以上正常工作的投票節(jié)點(diǎn)及一個(gè)誠(chéng)實(shí)工作的記賬節(jié)點(diǎn)即可正常運(yùn)作；在此基礎(chǔ)上，提出的量子投票證明共識(shí)方法對(duì)量子多粒子糾纏態(tài)的特殊性質(zhì)進(jìn)行了靈活運(yùn)用，一方面基于量子態(tài)|xn>的粒子測(cè)量值求和之后模數(shù)余0的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了投票結(jié)果的正確統(tǒng)計(jì)；另一方面基于量子態(tài)|sn>的每個(gè)粒子測(cè)量結(jié)果都不相同的特性，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)順序索引序列的分發(fā)，從而確保了投票箱選擇的匿名性；加之，在每一輪量子分發(fā)后都優(yōu)選伴隨著安全檢驗(yàn)，確保分發(fā)的量子態(tài)完整無(wú)缺。因此，本發(fā)明能夠很好地利用量子的獨(dú)特性質(zhì)實(shí)現(xiàn)匿名投票共識(shí)，避免投票信息的泄露，確保投票結(jié)果不被篡改，從而保證區(qū)塊鏈共識(shí)算法的正確性、匿名性與不可篡改性。