[发明专利]一种基于量子隐形传态的量子投票系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于量子隐形传态的量子投票系统及方法，包括投票人Alice、投票管理机构CA、监督人Charlie和计票人Bob和四个OADM，其中：所述投票人Alice包括第一量子密钥服务器、投票终端和第一量子态测量装置；所述投票管理机构CA包括第二量子密钥服务器、认证终端、纠缠源和第一Bell态测量装置；所述监督人Charlie包括第三量子密钥服务器、显示终端和第二Bell态测量装置；所述计票人Bob包括第四量子密钥服务器、计算机终端、幺正变换装置和第二量子态测量装置。本发明通过纠缠粒子的相干性、QKD协议、一次一密加密算法和量子信道窃听检测来保证整个投票过程的安全性，另外本发明通过同一根光纤中的不同波长传输经典和量子信息，可大大减少应用的成本，提高实用性。

主权项

1.一种基于量子隐形传态的量子投票系统，其特征在于，包括投票人Alice、投票管理机构CA、监督人Charlie、计票人Bob和4个OADM；其中：所述投票人Alice包括第一量子密钥服务器、投票终端和第一量子态测量装置，所述第一量子密钥服务器以及第一量子态测量装置的输出端分别与所述投票终端的输入端连接；所述投票管理机构CA包括第二量子密钥服务器、认证终端、纠缠源和第一Bell态测量装置，所述第二量子密钥服务器以及第一Bell态测量装置的输出端分别与所述认证终端的输入端连接；所述监督人Charlie包括第三量子密钥服务器、显示终端和第二Bell态测量装置，所述第三量子密钥服务器以及第二Bell态测量装置的输出端分别与所述显示终端的输入端连接；所述计票人Bob包括第四量子密钥服务器、计算机终端、幺正变换装置和第二量子态测量装置，所述幺正变换装置的输出端与第二量子态测量装置的输入端相连，所述第四量子密钥服务器以及第二量子态测量装置的输出端分别与所述计算机终端的输入端连接；所述第一、第二、第三和第四量子密钥服务器均包括密钥存储器和QKD收发机；4个OADM之间通过光纤以闭环的形式首尾相连，形成环状的经典量子融合信道，其中所述投票人Alice、投票管理机构CA、监督人Charlie和计票人Bob分别连接一个OADM且通过连接OADM而处于经典量子融合信道的节点上，实现任意节点之间的经典和量子信号的传输；所述投票管理机构CA分别给投票人Alice、监督人Charlie和计票人Bob发放量子身份ID；所述投票管理机构CA、投票人Alice、监督人Charlie和计票人Bob根据投票需求分别通过各自的量子密钥服务器产生量子密钥，并存储于量子各自的密钥存储器中；所述投票管理机构CA通过所述纠缠源产生n对EPR纠缠粒子对，所述EPR纠缠粒子对包括粒子A和粒子T，并将每对中的粒子T通过经典量子融合信道发送给所述投票人Alice，粒子A保留在所述投票管理机构CA中；然后所述投票管理机构CA通过纠缠源再产生N组四比特纠缠态，N>n，所述四比特纠缠态包括粒子1、粒子2、粒子3和粒子4，从N组四比特纠缠态中选择n组用于投票过程，其中每一组中将所述粒子2和粒子3发送给所述监督人Charlie，粒子1保留在所述投票管理机构CA中，粒子4发送给所述计票人Bob；所述投票管理机构CA再给所述投票人Alice随机发放一个投票ID；所述投票人Alice根据持有的n比特经典投票信息选择合适的测量基对手中持有的粒子T进行量子态测量，并将测量结果编码为2n比特经典信息，通过量子密钥加密后发送给所述监督人Charlie，完成对投票信息的盲化过程；所述投票人Alice将投票信息盲化后，所述投票管理机构CA对手中持有的粒子A和粒子1进行Bell态测量，并使用量子密钥对测量结果加密后发送给所述监督人Charlie，完成了对投票信息的盲签名操作；所述监督人Charlie使用相应的量子密钥解密所接收的信息，并在所述投票管理机构CA的授权下完成对手中持有的粒子2和粒子3执行Bell态测量，并将测量结果和原来接收的信息通过量子密钥加密后发送给所述计票人Bob，完成投票信息到所述计票人Bob之间的受控隐形传态过程；所述计票人Bob使用相应的量子密钥解密接收到的信息，并根据所述投票管理机构CA和监督人Charlie的Bell态测量结果对粒子4进行幺正变换操作，使粒子4上重构出原始的投票信息，然后计票人Bob再对粒子4执行量子态测量，并将测量结果编码成2n比特经典信息，计票人Bob再将2n比特经典信息与接收来自所述投票人Alice盲化信息相比较，如果一致，则说明盲签名有效且投票信息没被篡改，从而所述投票人Alice投票有效，接着所述计票人Bob在所述监督人Charlie的监督下按照一定的规则还原出所述投票人Alice原始的n比特经典投票信息，然后所述计票人Bob统计所有的选票，最终将投票结果在所述监督人Charlie处公布出来。