一种基于器件无关量子随机数信标的区块链共识方法技术

本发明专利技术提出一种基于器件无关量子随机数信标的区块链共识方法，利用区块链排序算法对参与共识的各个节点进行排序，各个节点按顺序向信标服务网络申请获取私有的器件无关量子随机数块，对信标的数字签名进行验证，通过验证的节点参与本次共识过程，根据约定的算法，对分配给通过验证的各个节点的随机数块与第二散列值进行运算，运算结果满足阈值条件的节点作为选定节点，验证其他节点的随机数块的真实性和有效性，若验证通过，则本轮共识完成。本发明专利技术提出的基于器件无关随机数信标服务的共识机制具有较高安全性和公平性，可以通过信标服务网络申请到私有的器件无关随机数块，选举过程功耗低、更为高效，且更利于网络拓展。且更利于网络拓展。且更利于网络拓展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于器件无关量子随机数信标的区块链共识方法


[0001]本专利技术涉及区块链
，具体涉及一种基于器件无关量子随机数信标服务的区块链共识方法。

技术介绍

[0002]区块链是一个分布式账本，每一个交易参与者都是区块链网络的节点，每个节点都有一份完整的公共账簿备份，上面记载着交易历史信息。任何一个节点发起交易行为都需要将相关信息更新到区块网络中的每一个节点的账簿，从而所有节点均可参与对这一笔交易的验证。
[0003]共识机制的基本思路是每次临时选择一个节点作为记账节点，其他节点核实记账节点记录的每一笔交易是否真实有效。由于安全性问题，区块链设计时规定每次记账都需要重新选择记账节点，而现有的共识机制的区别主要是在记账节点的选取方式。共识机制的一个重要特质是为所有节点提供同等机会的公平性和去中心化，以此来保护共识节点免受攻击并防止篡改总账。
[0004]现有的区块链系统中，主流的共识机制包括工作量证明(POW)、权益证明(POS)、授权权益证明(DP0S)、拜占庭共识算法(PBFT)；每一种共识机制都有其优缺点。例如，POW机制需要大量的算力和能源浪费，出块效率低。POS和DPOS机制公正性不高。PBFT实现复杂度高，不利用网络拓展。随着区块链技术的发展，如何找到新的共识算法，保证共识机制的公平性、安全性和高效性，且有利于网络扩展，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种基于器件无关量子随机数信标服务的区块链共识机制。器件无关的量子随机数产生器利用量子物理特有的性质，通过检测无漏洞贝尔不等式，可以不对器件做任何假设地验证是否存在量子纠缠态，而量子纠缠态可以作为产生量子随机性的最基本资源，用来进行随机数的生成。器件无关的量子随机数安全性仅仅依赖于贝尔不等式的破坏，对采用的器件的来源及工作原理不作要求，因此被认为是安全性最高的随机数产生装置。
[0006]器件无关量子随机数信标服务是将新产生的具有均匀随机性的随机数块发送给目标用户。每个随机数块包含新产生的器件无关量子随机数、同时还具有时间戳和信标的数字签名，以及前一个随机数块的哈希值，从而防止对已生成数据的篡改。合法用户可通过信标服务网络获取实时产生的随机数块，并获取相关的哈希值、签名等信息，亦可对先前数据进行验证。本专利技术基于信标服务网络生成的随机数块具有不可预测、不可篡改、且可验证等特点，提出一种新的共识机制，通过此共识机制选出记账节点，保证共识算法的快速高效性、安全性和公平性。
[0007]一种基于器件无关量子随机数信标的区块链共识方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：节点排序。
[0009]在共识过程开始时，根据各个节点的ID，利用区块链排序算法对参与共识的各个节点进行排序。
[0010]步骤二：各个节点按顺序申请私有的随机数块。
[0011]各个节点根据排序列表的顺序向信标服务网络申请获取私有的器件无关量子随机数块，每一个节点获取的器件无关量子随机数块都是不同的；所述器件无关量子随机数块值包含：新产生的具有均匀随机性的器件无关量子随机数、时间戳、信标的数字签名、以及前一个随机数块的哈希值；
[0012]步骤三：各个节点对随机数块进行验证。
[0013]各个节点接收到器件无关量子随机数块后，各个节点保存各自的随机数块且不对外进行公布，并对所述信标的数字签名进行验证，通过验证的节点参与本次共识过程；
[0014]步骤四：选取记账节点或见证节点。
[0015]所有节点对上一个区块的交易数据取哈希值，得到第一散列值，所有节点将当前交易数据和第一散列值组合在一起得到一组交易数据包，对该交易数据包取哈希，得到第二散列值，每个节点公布得到的第二散列值。由于每一个节点记录的当前的交易数据和上一区块的交易数据是相同的，故每个节点得到的第二散列值应该是相同的，以此也来验证各自节点记录的当前交易数据的准确性和一致性。
[0016]验证通过的节点，根据前期约定的算法，对分配给各个节点的随机数块与第二散列值进行运算，运算结果满足阈值条件的节点作为选定节点；
[0017]步骤五：验证各个节点随机数块的真实性、记账节点或认证节点的有效性。
[0018]所有节点公布各自分配的随机数块，根据排序列表和已公布的随机数块，并根据每个随机数块带有的时间戳、数字签名、上一个随机数块的哈希值，来验证其他节点的随机数块的真实性。如果各个节点的随机数块的真实性验证通过，进一步验证选定节点公布的运算结果是否符合阈值要求，如符合阈值条件，则确定该记账节点为有效的记账节点或认证节点，则本轮共识完成。
[0019]进一步地，所述步骤一中，采用Fisher
‑
Yates shuffle洗牌算法打乱所有参与共识节点的顺序，并给出排序列表。
[0020]进一步地，通过所述排序列表，将区块链节点随机且等概率排序。
[0021]进一步地，每一轮共识中，信标服务网络只为每一个节点发送一次随机数块。
[0022]进一步地，所述步骤四中，所述前期约定的算法为：计算随机数块与新的散列值的差值；或者，阈值条件为：选择差值最小或者最大的节点为记账节点。
[0023]进一步地，所述步骤四中，所述前期约定的算法是差值、和值或者其他约定的算法。阈值条件作为后续确定记账节点的判断条件。
[0024]进一步地，所述步骤五中，如果验证通过，进一步验证记账节点公布的运算结果是否符合阈值要求，如验证通过，则确定该记账节点为有效的记账节点或认证节点。
[0025]进一步地，在新一轮共识之前，所有区块链节点接入信标服务网络，信标服务网络对各个节点进行身份认证，信标服务网络为身份认证通过的每一个节点分配合法的域名，每个节点均可实时从信标网络中申请到私有的器件无关量子随机数块；同时，节点从信标网络中申请到信标的公钥。
[0026]进一步地，所述公钥通过安全的加密方式获取。
[0027]有益技术效果：
[0028]1.本专利技术提出一种基于器件无关量子随机数信标服务的区块链共识机制，通过此共识机制可以选出记账节点或认证节点。信标服务网络生成的随机数块包含器件无关量子随机数、时间戳、数字签名、上一个随机数的哈希值。器件无关量子随机数被认为是安全性最高的随机数，且具有不可预测、不可篡改、且可验证等特点。本方案提出的基于器件无关随机数信标服务的共识机制具有较高安全性和公平性。
[0029]2.本专利技术区块链中所有节点接入信标服务网络，可以通过信标服务网络申请到私有的器件无关随机数块。
[0030]3.本专利技术通过器件无关量子随机数与交易数据选出见证节点中满足预设条件的节点作为记账节点或见证节点，选举过程功耗低、更为高效，且更利于网络拓展。
[0031]4.本专利技术区块链节点可以通过验证数字签名，来确认是否参加次轮共识，所有节点根据排序顺序和随机数块可验证记账节点的随机数的有效性和真实性，进一步保障了共识过程的安全性和公平性。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于器件无关量子随机数信标的区块链共识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，在共识过程开始时，根据各个节点的ID，利用区块链排序算法对参与共识的各个节点进行排序；步骤二，各个节点按顺序向信标服务网络申请获取私有的器件无关量子随机数块，每一个节点获取的器件无关量子随机数块都是不同的；所述器件无关量子随机数块值包含：新产生的具有均匀随机性的器件无关量子随机数、时间戳、信标的数字签名、以及前一个随机数块的哈希值；步骤三，各个节点接收到所述器件无关量子随机数块后，保存各自的随机数块且不对外进行公布，并对所述信标的数字签名进行验证，通过验证的节点参与本次共识过程；步骤四，所有节点对上一个区块的交易数据取哈希值，得到第一散列值，所有节点将当前交易数据和第一散列值组合在一起得到一组交易数据包，对所述交易数据包取哈希值，得到第二散列值，每个节点公布得到的第二散列值；若所述第二散列值与所述第一散列值相同，则该节点通过验证；根据约定的算法，对分配给通过验证的各个节点的随机数块与第二散列值进行运算，运算结果满足阈值条件的节点作为选定节点；步骤五：验证各个节点随机数块的真实性、记账节点或认证节点的有效性；所有节点公布各自分配的随机数块，根据排序和已公布的随机数块，并根据每个随机数块带有的时间戳、数字签名、上一个随机数块的哈希值，来验证其他节点的随机数块的真实性，如果各个节点的随机数块的真实性验证通过，进一步验证选定节点公布的运算结果是否符合阈值要求，如符合阈值条件，则确定该记账节点为有效的记账节点或认证节点，则本轮共识完成。2.根据权利要求1所述的基于器件无关量子随机数信标的区块链共识方法，其特征在于，采用Fisher
‑
Ya...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，高洁，王琳，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：发明
国别省市：