[發(fā)明專利]基于量子零知識證明的區(qū)塊鏈共識機制建立方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011140502.6
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN111970111B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫曉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳職業(yè)技術(shù)學院
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/32;H04L29/08
• 代理公司: 深圳市智勝聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44368
• 代理人: 齊文劍

本申請?zhí)峁┝艘环N基于量子零知識證明的區(qū)塊鏈共識機制建立方法及系統(tǒng)，應用于建立量子區(qū)塊鏈中的共識機制；生成由第一預設(shè)數(shù)量的處于量子糾纏態(tài)的光子對組成的第一光子對序列；第一光子對序列包括驗證光子組成的第一驗證光子序列，以及與驗證光子對應糾纏的示證光子組成的第一示證光子序列；依據(jù)第一驗證光子序列生成目標秘密數(shù)；發(fā)送第一示證光子序列至示證端；示證端用于依據(jù)第一示證光子序列生成示證秘密數(shù)；接收示證端發(fā)送的示證秘密數(shù)，并依據(jù)目標秘密數(shù)和示證秘密數(shù)生成量子零知識證明驗證結(jié)果；當量子零知識證明驗證結(jié)果為成功，則發(fā)送驗證成功指令至示證端；示證端用于接收驗證成功指令。節(jié)省了計算資源，吞吐量高、時延小。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及區(qū)塊鏈領(lǐng)域，特別是一種基于量子零知識證明的區(qū)塊鏈共識機制建立方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

2008年，一名化名為“中本聰”的學者在密碼學郵件組發(fā)表了《比特幣：一種點對點電子現(xiàn)金系統(tǒng)》的論文，開啟了區(qū)塊鏈技術(shù)的新篇章。隨后，以比特幣、以太坊為代表的區(qū)塊鏈系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展和應用。然而，區(qū)塊鏈系統(tǒng)的安全性建立在底層密碼算法的安全性的基礎(chǔ)上，如Hash函數(shù)的抗碰撞性，數(shù)字簽名的存在不可偽造性。目前，區(qū)塊鏈主要依賴橢圓曲線公鑰加密算法生成數(shù)字簽名來安全地交易，目前最常用的 ECDSA、RSA、DSA 等在理論上都不能承受量子攻擊。量子算法將對目前區(qū)塊鏈所采用的公鑰密碼體系產(chǎn)生嚴重的威脅，必須提出應對量子計算的安全策略。另外，即使在底層密碼算法安全的前提下，區(qū)塊鏈系統(tǒng)也不能承受51%攻擊。51%攻擊，指的是如果由一群“礦工”控制超過50%的網(wǎng)絡(luò)挖掘哈希值的計算能力，攻擊者就可以阻止新交易獲得確認，允許他們停止部分或全部用戶之間的付款。他們還可以撤銷在他們控制網(wǎng)絡(luò)時完成的交易，這意味著他們可以實現(xiàn)雙重花費。

狹義來說，區(qū)塊鏈是一種將數(shù)據(jù)區(qū)塊以時間順序相連的方式組合成的、并以密碼學方式保證不可篡改和不可偽造的分布式數(shù)據(jù)庫（或者叫分布式賬本技術(shù)，DistributedLedger Technology，DLT）。共識機制是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)最核心的秘密。簡單來說，共識機制是區(qū)塊鏈節(jié)點就區(qū)塊信息達成全網(wǎng)一致共識的機制，可以保證最新區(qū)塊被準確添加至區(qū)塊鏈、節(jié)點存儲的區(qū)塊鏈信息一致不分叉甚至可以抵御惡意攻擊。實踐中要達到這樣的效果需要滿足兩方面條件：一是選擇一個獨特的節(jié)點來產(chǎn)生一個區(qū)塊，二是使分布式數(shù)據(jù)記錄不可逆。

當前主流的共識機制包括：工作量證明（Proof of Work，POW）、權(quán)益證明（Proofof Stake，POS）、工作量證明與權(quán)益證明混合（POS+POW）、股份授權(quán)證明（Delegated Proof-of-Stake，DPOS）、實用拜占庭容錯（PBFT）、瑞波共識協(xié)議等。其中，比特幣使用的是工作量證明機制，工作量證明機制的基本步驟如下：

節(jié)點監(jiān)聽全網(wǎng)數(shù)據(jù)記錄，通過基本合法性驗證的數(shù)據(jù)記錄將進行暫存；節(jié)點消耗自身算力嘗試不同的隨機數(shù)（nonce），進行指定的哈希計算，并不斷重復該過程直到找到合理的隨機數(shù)，這一過程也被稱為“挖礦”；找到合理的隨機數(shù)后，生成區(qū)塊信息（塊頭+塊身）；節(jié)點對外部廣播出新產(chǎn)生的區(qū)塊，其他節(jié)點驗證通過后，連接至區(qū)塊鏈中，主鏈高度加一，然后所有節(jié)點切換至新區(qū)塊后繼續(xù)進行下一輪挖礦。

比特幣區(qū)塊鏈就是通過足夠大的工作量求解數(shù)學難題來就“誰有權(quán)記賬”達成“共識”。這一共識機制對計算資源和能量浪費嚴重。其它經(jīng)典的共識機制雖然作了改進，對計算資源和能量浪費的程度上有所減輕，但由于其理論上依然基于數(shù)學難解性問題，因此對計算資源和能量的浪費仍舊很嚴重。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于所述問題，提出了本申請以便提供克服所述問題或者至少部分地解決所述問題的一種基于量子零知識證明的區(qū)塊鏈共識機制建立方法及系統(tǒng)，包括：