[發明專利]一種基于可驗證量子隨機數的共識方法

有效

• 申請號: 202110240926.8
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113079000B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 王平;陳偉乾
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/40
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

本發明涉及一種基于可驗證量子隨機數的共識方法，步驟為：節點選舉成為共識節點，成為區塊提出的候選者，節點打包區塊，廣播區塊提議消息；共識節點等待后對收集到的所有消息進行驗證，節點計算并廣播區塊投票消息；共識節點對收集到的所有消息進行驗證，若成功驗證同一區塊進行投票的消息，則節點計算區塊確認憑證，計算并廣播區塊確認消息；所有節點在等待一定時間收集到若干個有效區塊確認后，進行區塊上鏈。節點通過與量子隨機數發生器交互獲得可驗證量子隨機數和交互信息，使用該隨機數進行私下選舉成為共識流程的某一輪次的共識節點，一個節點只能參與共識流程中的一步，最后一步不需要可驗證量子隨機數參與，具有較強的隨機性和共識速度。

技術領域

本發明涉及量子計算和區塊鏈領域，更具體地，涉及一種基于可驗證量子隨機數的共識方法。

背景技術

區塊鏈中區塊出塊的隨機性應該得到保證，而以往的共識協議并未能保證出塊的隨機性。PoW類共識協議決定了擁有大量算力的用戶具有比較高的出塊概率。同樣，PoS類共識協議決定了擁有大量權益的用戶具有比較高的出塊概率。

與本發明最相接近的現有技術方案是Gilad于2017年提出的Algorand。該方案利用VRF來篩選共識節點，但是選舉過程并未能做到真正的隨機性。

現有的技術中，中國發明專利CN110932854A公開了“一種面向物聯網的區塊鏈密鑰分發系統及其方法”，公開日為2020年03月27日，利用量子隨機數生成器不斷地生成量子隨機數，并將他們傳送至云端存儲；發起者向代理服務器付出相關代價；隨機數管理服務器將購買記錄上傳至區塊鏈節點進行驗證，并廣播到全網；發起者網關根據交易哈希值查詢區塊鏈上的交易記錄；發起者網關和共享者網關在隨機數接口設備進行身份驗證；智能合約自動將量子隨機數存儲進智能卡中，發起者和共享者獲得智能卡。該方案中，使用量子隨機數的特征解決了加密傳輸的問題，降低通訊成本，但是沒有解決共識節點的隨機性差以及共識速度慢的問題。

發明內容

本發明為解決現在共識協議選舉共識節點的隨機性差以及共識速度慢的技術缺陷，提供了一種基于可驗證量子隨機數的共識方法。

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種基于可驗證量子隨機數的共識方法，包括以下步驟：

S1：節點通過與量子隨機數發生器交互獲得可驗證量子隨機數以及用于驗證的交互信息，節點私下選舉成為共識節點，成為區塊提出的候選者，節點打包區塊，并廣播“區塊提議”消息；

S2：共識節點等待一定時間后對收集到的所有消息進行驗證，節點計算并廣播“區塊投票”消息；

S3：共識節點再次對收集到的所有消息進行驗證，若成功驗證同一區塊進行投票的消息，則節點計算區塊確認憑證，計算并廣播“區塊確認”消息；

S4：所有節點在等待一定時間收集到若干個有效“區塊確認”后，進行區塊上鏈。

上述方案中，在整個輪次中，節點通過與量子隨機數發生器交互獲得可驗證量子隨機數以及用于驗證的交互信息，使用該隨機數進行私下選舉成為共識流程的某一輪次某一步驟的共識節點，一個節點只能參與共識流程中的其中一步，只有最后一步不需要可驗證量子隨機數的參與，其共識協議具有較強的隨機性和共識速度。

優選的，在步驟S1中，節點通過與量子隨機數發生器交互獲得可驗證量子隨機數以及用于驗證的交互信息，節點i∈pk^r-k私下選舉成為該步驟的共識節點，即成為區塊提出的候選者，節點i打包區塊并廣播“區塊提議”消息其中，

優選的，在步驟S2中，節點i∈pk^r-k和其中SV^r,1時第r第1步的共識節點集，節點i私下選舉成為該步驟的共識節點，在等待時間后對收集到的所有消息進行驗證，節點i計算并廣播“區塊投票”消息