[发明专利]一种基于中国剩余定理的移动式量子投票方法

权利要求书

1.一种基于中国剩余定理的移动式量子投票方法，是应用于由一个监督员为Charlie、一个计票员为Bob，以及n个投票者P₁,P₂,...,P_i,...,P_n构成的投票环境中，其中，P_i表示第i个投票者；i＝1,2,…,n；其特征是所述移动式量子投票方法是按照如下步骤进行：

步骤1：生成系统参数：

步骤1.1：所述监督员Charlie利用量子密钥分配QKD方法给每个投票者分配一个密钥，同时也给计票员Bob分配一个密钥k_B，其中给第i个投票者P_i分配的密钥记为k_i；

步骤1.2：根据中国剩余定理，所述监督员Charlie准备n个两两互素的整数序列m₁,m₂,...,m_i,...,m_n，其中m_i表示第i个整数，令且令是M_i的关于模m_i的逆元，即

步骤1.3：所述监督员Charlie给每一个投票者分配指定的参数，其中，给第i个投票者P_i分配的指定参数为并用密钥k_i进行加密得到密文

同时，将整数序列m₁,m₂,...,m_i,...,m_n顺序打乱，并用密钥k_B进行加密得到密文m′₁,m′₂,...,m′_n表示对整数序列m₁,m₂,...,m_i,...,m_n打乱后的整数序列；

步骤1.4：所述监督员Charlie通过经典信道将密文c_i发送给对应的投票者P_i；同时，所述监督员Charlie通过经典信道将密文c_B发送给所述计票员Bob；

以打乱后的整数序列m₁′,m′₂,...,m′_n和所有投票者所分配的指定参数作为系统参数；

步骤2：制备系统纠缠态

步骤2.1：所述监督员Charlie首先准备一个N维的量子态|φ₁>，其中并对其执行量子Fourier变换，把变换后的量子态记为|φ₂>，即

步骤2.2：所述监督员Charlie再制备一个N维的初始态|0>，并对乘积态执行CNOT门操作，其中，将量子态|φ₂>中的每一位作为控制量子比特，将初始态|0>中的每一位作为目标量子比特，从而得到系统纠缠态

步骤2.3：所述监督员Charlie将量子态|ψ₁>中一半的量子比特|j>_T，作为验票凭证，并通过量子信道发送给所述计票员Bob，其中，在所传输的量子比特|j>_T中加入用于检测量子通道安全性的检测粒子，从而得到量子比特序列T；

步骤2.4：所述监督员Charlie将量子态|ψ₁>中另一半的量子比特|j>_V，作为量子选票，通过量子信道发送给第一个投票者P₁；其中，在所传输的量子比特|j>_V中加入用于检测量子通道安全性的检测粒子，从而得到量子比特序列V₁；

步骤3：投票者执行投票操作：

步骤3.1：初始化i＝1；

步骤3.2：所述监督员Charlie确认第i个投票者P_i收到量子比特序列V_i后，协助第i个投票者P_i检测量子信道是否安全，若量子信道安全，则去掉检测粒子，得到量子选票|j>_V并执行下一步，否则终止投票操作；

步骤3.3：所述第i个投票者P_i首先选择是投“赞成”票还是“反对”票，然后选择相应的“酉”操作U_i作用在量子选票|j>_V上；

步骤3.4：判断i＝n是否成立，若成立，则执行步骤3.8；否则，执行步骤3.5；

步骤3.5：所述第i个投票者P_i将量子选票|j>_V发送给第i+1个投票者P_i+1；其中，在所传输的量子比特序列|j>_V中加入检测粒子，从而得到量子比特序列V_i+1；

步骤3.6：所述第i个投票者P_i确认第i+1个投票者P_i+1收到量子比特序列V_i+1后，协助第i+1个投票者P_i+1检测量子信道是否安全，若量子信道安全，则去掉检测粒子，得到量子选票|j>_V并执行下一步，否则终止投票操作；

步骤3.7：令i+1赋值给i后，返回步骤3.2执行；

步骤3.8：令所述系统纠缠态从|ψ₁>变为|ψ₂>，最后一个投票者P_n将量子选票|j>_V发送给计票员Bob，全部投票者的投票操作完成；其中，在所传输的量子比特|j>_V中加入用于检测量子通道安全性的检测粒子，从而得到量子比特序列V_B；

步骤4：所述计票员Bob开始计票：

步骤4.1：所述最后一个投票者P_n确认计票员Bob收到量子比特序列V_B后，协助Bob检测量子信道是否安全，若量子信道安全，则去掉检测粒子，得到量子选票|j>_V并执行下一步，否则终止计票操作；

步骤4.2：所述监督员Charlie确认计票员Bob收到量子比特序列T后，协助Bob检测量子信道是否安全，若量子信道安全，则去掉检测粒子，得到验票凭证|j>_T并执行下一步，否则终止计票操作；

步骤4.3：所述计票员Bob重新对验票凭证|j>_T和量子选票|j>_V执行CNOT门操作后，令系统纠缠态从|ψ₂>变为|ψ₃>，量子选票从|j>_V变为|j'>_V；

步骤4.4：所述计票员Bob测量量子选票|j'>_V，若测量结果是|0>，则认为每个投票者都是诚实的并执行步骤4.5，否则，认为投票者中存在不诚实方，计票操作终止；

步骤4.5：所述计票员Bob对验票凭证|j>_T执行逆Fourier变换，从而得到量子态|u>；

步骤4.6：定义统计量为b，并初始化b＝0；

步骤4.7：所述计票员Bob测量量子态|u>，得到

步骤4.8：所述计票员Bob用u逐一对打乱后的整数序列m′₁,m′₂,...,m′_n进行求余操作，得到相应的n个计票结果；

若计票结果为“1”，则表示第i投票者P_i投的是“赞成”票，令b+1赋值给b；

若计票结果为“0”，则表示第i投票者P_i投的是“反对”票；

若计票结果非“0”且非“1”，则表示无效票；

步骤4.9、全部统计完后，所述计票员Bob公布“赞成”票的统计量b。