基于量子可检测弱拜占庭协议的通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于量子可检测弱拜占庭协议的通信方法，该方法包括：初始化分布式系统中所有通信节点的参数；从所有通信节点中随机选出领导节点并利用领导节点生成量子纠缠态和消息数组；根据预设分发规则，将量子纠缠态分发到其他通信节点；根据预设检测规则，其他通信节点对接收到的量子纠缠态进行检测；领导节点将消息数组在分布式系统中进行广播，其他通信节点将接收到的消息数字进行检测并根据检测结果更新自身的有效信息集合；当通信节点有效信息集合中的消息数组为预设数量时，该通信节点接受该消息数组中的消息。该通信节点接受该消息数组中的消息。该通信节点接受该消息数组中的消息。

【技术实现步骤摘要】
基于量子可检测弱拜占庭协议的通信方法


[0001]本专利技术涉及量子密码学和分布式共识方法领域，特别是涉及一种基于量子可检测弱拜占庭协议的通信方法。

技术介绍

[0002]拜占庭共识问题是指在分布式系统中，如何在存在发生拜占庭错误的节点的情况下实现针对某一信息的共识的问题，其中，拜占庭错误是指，节点可以任意背离系统协议行动，如离线、伪造信息等。拜占庭问题作为一种分布式容错问题，广泛存在于各种分布式系统中。用于解决拜占庭共识问题的分布式公式方法，统称为拜占庭共识协议，常见的拜占庭共识协议有PBFT、RAFT、PoW和PoS等。拜占庭共识协议已经在区块链技术、联邦学习、车联网、物联网等诸多领域取得了广泛应用，如在区块链技术中，比特币就通过拜占庭共识协议实现了去中心化的分布式账本的一致性。
[0003]然而，现有技术中，基于已有量子拜占庭协议的通信方法存在扩展性不足、通信安全性和通信效率较低等问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于量子可检测弱拜占庭协议的通信方法，以期能够至少解决上述问题之一。
[0005]根据本专利技术的实施例，提供了一种基于量子可检测弱拜占庭协议的通信方法，包括：初始化分布式系统中个通信节点的参数，其中，通信节点的参数包括通信节点的编号、魔法列表、索引集合、可容忍的错误位数、错误标志、最大长度和有效信息集合，为正整数；从通信节点中随机选出领导节点，并通过领导节点生成量子纠缠态，其中，量子纠缠态的数量与最大长度的值相同，每个量子纠缠态包括个量子比特；通过领导节点将每个量子纠缠态的各个量子比特发送到对应的通信节点，并根据量子分布和测试方案，由每个通信节点对自身接收到的量子比特进行检测；利用领导节点得到消息数组并将消息数组在分布式系统中进行广播，其中，消息数组包括需要共识的信息、通过摘要函数生成的需要共识的信息的摘要和利用消息广播方案生成的索引集合；利用通信节点中非领导节点对来自领导节点的消息数组进行检测，将通过检测的消息数组添加到自身的有效信息集合中并在分布式系统中广播通过检测的消息数组；利用非领导节点对来自其他非领导节点的消息数组进行检测，将通过检测且未包含在自身有效信息集合中的消息数组添加到自身的有效信息集合中；
在通信节点的有效信息集合中的消息数组的数量为预设数量的情况下，通信节点接受消息数组中需要共识的信息。
[0006]根据本专利技术的实施例，通信节点的魔法列表是数字序列并被初始化成空序列，；其中，每个通信节点的魔法列表在分布式系统中是唯一的；其中，通信节点的索引集合是集合的1个子集并被初始化成空集，其中，表示通信节点的魔法列表的长度；其中，通信节点的可容忍的错误位数表示在验证消息数组时可容忍的最大的错误位的数量，其中，，表示摘要函数生成的摘要的长度；其中，通信节点的错误标志是布尔值并被初始化成FALSE；其中，通信节点的最大长度表示量子可检测弱拜占庭协议中魔法列表的最大长度，其中，；其中，通信节点的有效信息集合包括消息数组并被初始化成空集；其中，个通信节点具有相同的可容忍的错误位数和最大长度。
[0007]根据本专利技术的实施例，上述摘要函数是能够抵抗量子攻击的单向量子哈希函数，摘要函数的输出能够通过随机性测试，摘要函数的相同输入能够产生相同的输出，摘要函数的输出的长度是固定的，摘要函数的不同输入所产生的不同输出之间不能有互信息量。
[0008]根据本专利技术的实施例，上述通过领导节点将每个量子纠缠态的各个量子比特发送到对应的通信节点包括：领导节点得到由每个量子纠缠态的前两个量子比特所组成的纠缠态；领导节点将每个量子纠缠态其他位置上的量子比特发送到非领导节点，其中，非领导节点获得每个量子纠缠态其他位置上的1个量子比特。
[0009]根据本专利技术的实施例，上述根据量子分布和测试方案，由每个通信节点对自身接收到的量子比特进行检测包括：非领导节点检查领导节点发送的量子纠缠态的量子比特是否处于最大混合状态，得到检查结果；在检查结果不是处于最大混合状态的情况下，执行以下操作：由非领导节点将自身的错误标志设置为FALSE并在分布式系统中广播自身的错误标志；重新进行初始化操作、领导节点随机选出操作、量子纠缠态生成操作、量子纠缠态生成操作发送及量子纠缠态生成操作检测操作。
[0010]根据本专利技术的实施例，上述通过领导节点将每个量子纠缠态的各个量子比特发送到对应的通信节点还包括：在检查结果是处于最大混合状态的情况下，执行以下操作：通信节点基于预设量子纠缠态对接收到的量子比特进行检测，得到长度为的量子序列，其中，领导节点的检测结果包括(1,1)、(0,0)、(0,1)和(1,0)，非领导节点的检测结果包括0和1，预设量子纠缠态包括和；通信节点在分布式系统中广播量子序列中预设位置上的检测结果并收集其他通信节点广播的检测结果；在通信节点接收到其他通信节点发送的错误标志为FALSE的情况下，重新进行初始化操作、领导节点随机选出操作、量子纠缠态生成操作、量子纠缠态生成操作发送及量子纠缠态生成操作检测操作；根据预设检测条件，通信节点检测收集到的其他通信节点的检测结果，得到检测结果；在检测结果不满足预设检测条件的情况下，通信节点将自身的错误标志设置为FALSE，在分布式系统中广播自身的错误标志，并重新进行初始化操作、领导节点随机选出操作、量子纠缠态生成操作、量子纠缠态生成操作发送及量子纠缠态生成操作检测操作；在检测结果满足预设检测条件的情况下，通信节点将自身的魔法列表设置为非预设位置上的序列。
[0011]根据本专利技术的实施例，上述预设位置的数量由确定，预设位置是随机选择的，表示摘要函数生成的摘要的长度；其中，预设检测条件包括：领导节点的检测结果是(1,1)且非领导节点对应位置上的检测结果均为1、领导节点的检测结果是(0,0)且非领导节点对应位置上的检测结果均为0、领导节点的检测结果是(0,1)且存在1个非领导节点的检测结果为0而其他非领导节点对应位置上的检测结果均为1、领导节点的检测结果是(1,0)且存在1个非领导节点的检测结果为1而其他非领导节点对应位置上的检测结果均为0。
[0012]根据本专利技术的实施例，上述利用领导节点得到消息数组并将消息数组在分布式系统中进行广播包括：领导节点利用摘要函数检测生成需要共识的消息的摘要；领导节点将计数变量和位置变量初始化成1；领导节点比较摘要第位的数字和领导节点的魔法列表第位的数字，在比较结果是相等的情况下，将计数变量的值添加到领导节点的索引集合的末尾，并将计数变量的值增加1；在计数变量的值小于或等于领导节点的最大长度的情况下，领导节点将位置变
量的值增加1，并重新进行比较操作；在计数变量的值大于领导节点的最大长度的情况下，领导节点将需要共识的消息、摘要以及索引集合组合成消息数组并在分布式系统中广播消息数组。
[0013]根据本专利技术的实施例，上述利用非领导节点对来自领导节点的消息数组进行检测，将通过检测的消息数组添加到自身的有效信息集合中并在分布式系统中广播通过检测的消息数组包括：非领导节点利用摘要函数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子可检测弱拜占庭协议的通信方法，包括：初始化分布式系统中个通信节点的参数，其中，所述通信节点的参数包括通信节点的编号、魔法列表、索引集合、可容忍的错误位数、错误标志、最大长度和有效信息集合，为正整数；从所述通信节点中随机选出领导节点，并通过所述领导节点生成量子纠缠态，其中，所述量子纠缠态的数量与所述最大长度的值相同，每个所述量子纠缠态包括个量子比特；通过所述领导节点将每个所述量子纠缠态的各个量子比特发送到对应的通信节点，并根据量子分布和测试方案，由每个所述通信节点对自身接收到的量子比特进行检测；利用所述领导节点得到消息数组并将所述消息数组在所述分布式系统中进行广播，其中，所述消息数组包括需要共识的信息、通过摘要函数生成的所述需要共识的信息的摘要和利用消息广播方案生成的索引集合，所述摘要函数是能够抵抗量子攻击的单向量子哈希函数，所述摘要函数的输出能够通过随机性测试，所述摘要函数的相同输入能够产生相同的输出，所述摘要函数的输出的长度是固定的，所述摘要函数的不同输入所产生的不同输出之间不能有互信息量；利用所述通信节点中非领导节点对来自所述领导节点的消息数组进行检测，将通过检测的消息数组添加到自身的有效信息集合中并在所述分布式系统中广播所述通过检测的消息数组；利用所述非领导节点对来自其他非领导节点的消息数组进行检测，将通过检测且未包含在自身有效信息集合中的消息数组添加到自身的有效信息集合中；在所述通信节点的有效信息集合中的消息数组的数量为预设数量的情况下，所述通信节点接受所述消息数组中需要共识的信息。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通信节点的魔法列表是数字序列并被初始化成空序列，；其中，每个所述通信节点的魔法列表在所述分布式系统中是唯一的；其中，所述通信节点的索引集合是集合的1个子集并被初始化成空集，其中，表示所述通信节点的魔法列表的长度；其中，所述通信节点的可容忍的错误位数表示在验证所述消息数组时可容忍的最大的错误位的数量，其中，，表示所述摘要函数生成的摘要的长度；其中，所述通信节点的错误标志是布尔值并被初始化成FALSE；其中，所述通信节点的最大长度表示所述量子可检测弱拜占庭协议中魔法列表的
最大长度，其中，；其中，所述通信节点的有效信息集合包括所述消息数组并被初始化成空集；其中，所述个通信节点具有相同的可容忍的错误位数和最大长度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通过所述领导节点将每个所述量子纠缠态的各个量子比特发送到对应的通信节点包括：所述领导节点得到由每个所述量子纠缠态的前两个量子比特所组成的纠缠态；所述领导节点将每个所述量子纠缠态其他位置上的量子比特发送到所述非领导节点，其中，所述非领导节点获得每个所述量子纠缠态其他位置上的1个量子比特。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据量子分布和测试方案，由每个所述通信节点对自身接收到的量子比特进行检测包括：所述非领导节点检查所述领导节点发送的所述量子纠缠态的量子比特是否处于最大混合状态，得到检查结果；在所述检查结果不是处于最大混合状态的情况下，执行以下操作：由所述非领导节点将自身的错误标志设置为FALSE并在所述分布式系统中广播自身的错误标志；重新进行初始化操作、领导节点随机选出操作、量子纠缠态生成操作、量子纠缠态生成操作发送及量子纠缠态生成操作检测操作。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在所述检查结果是处于最大混合状态的情况下，执行以下操作：所述通信节点基于预设量子纠缠态对接收到的量子比特进行检测，得到长度为的量子序列，其中，所述领导节点的检测结果包括(1,1)、(0,0)、(0,1)和(1,0)，所述非领导节点的检测结果包括0和1，所述预设量子纠缠态包括和；所述通信节点在所述分布式系统中广播所述量子序列中预设位置上的检测结果并收集其他通信节点广播的检测结果；在所述通信节点接收到所述其他通信节点发送的错误标志为FALSE的情况下，重新进行初始化操作、领导节点随机选出操作、量子纠缠态生成操作、量子纠缠态生成操作发送及量子纠缠态生成操作检测操作；根据预设检测条件，所述通信节点检测收集到的所述其他通信节点的检测结果，得到检测结果；在所述检测结果不满足所述预设检测条件的情况下，所述通信节点将自身的错误标志设置为FALSE，在所述分布式系统中广播自身的错误标志，并重新进行初始化操作、领导节点随机选出操作、量子纠缠态生成操作、量子纠缠态生成操作发送及量子纠缠...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，陈蔚林，薛立德，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：