[发明专利]一种基于委托权益证明扩展的量子区块链构建方法

说明书

本发明提出一种基于委托权益证明扩展的量子区块链构建方法，包括以下步骤：全网节点根据所持有的区块链权益的比例进行投票，从全网节点中选举出k个超级节点；每个节点与每个超级节点之间制备与分发纠缠量子对，并建立QKD信道；将意图发布交易的节点通过QKD信道与相应的k个超级节点生成安全密钥；意图发布交易的节点通过安全密钥采用验证算法对交易信息打上验证标签后进行广播；超级节点分别接收交易信息后对所其进行验证；超级节点分别将当前时间窗口内的交易信息进行排序，生成区块；k个超级节点两两之间进行协商，若存在最终区块则通过超级节点进行广播，普通节点接收最终区块后将其加入上一个所接收的区块，至所有超级节点完成出块流程。

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，更具体地，涉及一种基于委托权益证明扩展的量子区块链构建方法。

背景技术

区块链作为一种分布式账本技术，具有去中心化、透明、不可篡改、共识信任，跨平台等特性，在电子货币、供应链物流、知识产权保护等领域已有广泛的应用。然而在量子时代来临之际，其挖矿和前后区块关联的哈希算法将被量子Grover算法增加被搜索碰撞攻击的风险，以及签名所使用的椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)和RSA数字签名等算法在量子Shor算法的威胁下，也岌岌可危。

针对这些问题，先后有学者提出了各种基于经典和基于量子的抗量子攻击的区块链版本。其中，Kiktenko等作者提出的利用量子密钥分配(QKD)进行签名验证的量子安全区块链(Quantum-secured blockchain)在可见的未来，最具有可行性，并且相关学者已对其完成实验验证。利用QKD进行签名验证的量子安全区块链主要包含了两层网络，第一层是任意两个节点间都可进行保密通信的QKD网络，主要用于在任意两个节点间共享密钥；第二层为经典网络，用于使用第一层QKD网络形成的密钥打上签名标签的交易信息的传输。

然而，Kitenko等所提出的Quantum-secured Blockchain存在扩展成本高昂的问题。因为他们所提出的量子安全区块链要求任意两个节点间都必须建立QKD通信连接，而建立QKD通信连接的节点之间需要制备与分发大量的纠缠量子对。假设有n个节点，那么就需要建立n(n-1)/2条QKD信道。假设有一万个节点，则需要建立上千万条QKD信道，而需要制备的纠缠量子对还要再乘上加密信息的长度，由此可见，其扩展成本极其庞大，因而限制了Quantum-secured Blockchain只能应用于实验室与极少数应用场景中。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的扩展成本高，不能广泛应用的缺陷，提供一种基于委托权益证明扩展的量子区块链构建方法，通过选举获取超级节点，每个节点与选举得到的超级节点建立QKD信道，能够有效降低其扩展成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于委托权益证明扩展的量子区块链构建方法，包括以下步骤：

S1：每相隔一定时间或一定数量的区块，全网节点根据所持有的区块链权益的比例进行投票，从全网节点中选举出k个超级节点，其中kn，n为全网节点总数；

S2：在全网节点中的每个节点与所述选举出来的k个超级节点之间制备与分发纠缠量子对，并建立量子密钥分配QKD通信连接，即建立QKD信道；

S3：将意图发布交易的节点通过QKD信道与相应的k个超级节点生成安全密钥；

S4：所述意图发布交易的节点通过所述安全密钥采用信息理论安全的验证算法对交易信息打上验证标签，然后将打上验证标签的交易信息进行广播；

S5：所述k个超级节点分别接收交易信息后，对所接收的交易信息进行验证；

S6：所述k个超级节点分别将当前时间窗口内的交易信息按预设的排序条件进行排序，生成区块；