[发明专利]一种基于量子密钥分发的拜占庭容错共识方法

权利要求书

1.一种基于量子密钥分发的拜占庭容错共识方法，其特征在于，所述共识方法采用量子安全拜占庭容错共识机制进行共识，该量子安全拜占庭容错共识机制基于区块链架构，采用量子-经典两层对等网络的共识网络模型，该共识网络内共有N个节点，分为主节点和从节点，且N＝3f+1，f是拜占庭节点个数，所述共识方法包括以下步骤：

步骤1：准备阶段

客户端将要发送的原始请求消息先进行MH-USS签名，再将已进行MH-USS签名的请求消息发送至主节点，主节点对收到的消息进行验证，为验证过的有效请求消息生成新区块，并将其写入预准备消息中，广播该预准备消息；

从节点接收到预准备消息并验证该消息是否有效，若有效则从节点向主节点发送对新区块的投票消息，若无效从节点向主节点发送对空区块的投票消息；

步骤2：模式选择阶段

主节点在发出请求后开启一个计时器T，在计时器T到期前，若主节点接收到共识网络中所有节点对同一区块的投票时，则进入快速模式，否则进入标准模式；在快速模式下直接由主节点广播快速决议消息，完成从节点向新区块或者空区块投票，在标准模式下依次经过承诺阶段和决议阶段完成从节点向新区块或者空区块投票；

步骤3：反馈阶段

主节点发送反馈消息，从节点、客户端接收反馈消息后，则说明达成共识，所有节点进行下一轮；否则未达成共识，共识结束；

进行所述MH-USS签名包括1个签名者和K个验签者，签名者和验签者均使用量子网络进行密钥分发，且签名流程包括以下步骤：

步骤11：签名者在经典网络层生成K²个密钥

步骤12：签名者通过QKD方式利用量子网络将生成的密钥r_i＝(r_(i-1)K+1,...,r_iK)发送给验签者P_i，其中i为验签者的编号；

步骤13：每个验签者P_i将密钥r_j∈r_i再分别发送给其他验签者P_j，P_j将全部验签者发来的密钥记为r_i→j；

步骤14：签名者在经典网络层通过多线性哈希函数对消息进行签名，签名计算公式为：

其中，t表示计算后的签名值结果，h(m)为多线性哈希函数，其计算公式为：

其中，x表示输入字符串，x_i为x的第i位；密钥r为随机数，r_i为r的第i位；M表示大素数；

步骤15：在经典网络层验签者P_j通过密钥r_i→j计算h_i→j(m)，若满足t_i→j＝h_i→j(m)，则否则，

步骤16：验签者P_j计算若满足则表示签名有效，接受该签名，否则拒绝该签名；其中，δ＝1/2+d，d表示全部节点中拜占庭节点所占比例。

2.根据权利要求1所述的一种基于量子密钥分发的拜占庭容错共识方法，其特征在于，所述量子-经典两层对等网络中的量子网络用于进行量子密钥分发，经典网络用于传输消息和签名信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于量子密钥分发的拜占庭容错共识方法，其特征在于，所述共识网络采用轮转机制运行，每一轮都是以客户端将请求消息发送至主节点为开始，以客户端接收主节点反馈消息为结束，并且每一轮都采用轮转机制进行主节点的选举和更替，使得每一轮有一个主节点，其余节点为从节点，每一轮的主节点编号L为：L＝r’mod N，且r’为当前轮编号。

4.根据权利要求1所述的一种基于量子密钥分发的拜占庭容错共识方法，其特征在于，所述主节点发送消息的格式为phase,r’,Cert(σ)σ_L，其中phase表示当前阶段，r’表示当前轮数，Cert(σ)表示主节点的消息凭证，σ_L表示主节点L对该消息进行MH-USS签名。