[发明专利]一种基于量子同态签名的量子投票系统

说明书

本发明公开了一种基于量子同态技术的量子投票系统。该系统包括n个投票人、投票管理机构CA、计票人Bob、监票人Charlie和n+3个OADM，该系统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达到经典电子投票所不具备的无条件安全性。同时，利用一般GHZ纠缠态在局域测量下的性质以及量子同态签名技术，在无需知道每个投票者投票信息的情况下，计票者可以对多个盲化投票信息实现聚合签名，监票人能验证聚合签名并得到聚合的投票信息，即最终的投票结果。

技术领域

本发明涉及一种量子投票系统，具体地说是一种基于量子同态签名的量子投票系统。

背景技术

随着信息处理技术的飞速发展和Internet的普及，传统投票方式已经逐步被新的投票形式—电子投票所代替。电子投票方式不仅能带动选民投票的积极性，同时最关键的优点在于减少资源消耗，诸如；人力，财力和物力等方面,大大提高效率。第一个密码学意义上的电子投票概念由Chaum首先提出，该协议是利用公钥密码体制加密信息的。然而建立在经典签名之上的电子投票协议的安全性主要是基于计算复杂度的假设，不能被证明具有无条件安全性。随着攻击者计算能力的不断提高，这些算法或协议将逐渐变得不安全。幸运的是，量子密码学因其能弥补这一缺陷而开始被关注，因为量子密码技术的安全性是基于量子态的物理特性而不是计算复杂性，例如量子密钥分配协议BB84和B92协议被严格证明是无条件安全的。

2005年，Vaccaro等人首次提出量子投票的概念，随后Hillery提出了两种投票方式：移动式投票和分配式投票,以弥补经典方案在安全性上的不足。2006年，Dolev等人提出了一种无需进行量子测量的投票方案。该方案中的选举结果可以直接由基态读取，而不需要进行复杂测量，但该协议发现不了选民的重复投票问题，一旦某些选民有重复投票等作弊行为，可能会破坏选举。2008年李渊在Hillery的基础上提出基于纠缠态的移动式匿名投票方案。方案中制备两个纠缠态粒子,通过对粒子进行操作来完成投票。2010年Xu在Vaccaro的基础上进行了效率和安全性的改进。该投票方案建立在相位移操作的基础上，投票功能比较单一，且计票方知道最后的投票结果，没有监票方予以验证。2016年Cao等提出了一种使用量子代理签名的投票方案，投票者可以将自己的投票内容转换为量子信息，扩大了投票的功能，但资源耗费大，无法在实践中广泛应用。另外，现有的量子投票方案还存在两大不足：1、大部分量子投票方案一次只针对一个投票人的情形，从而影响量子投票系统的实用性和高效性。2、在实际情况中，我们往往希望投票系统中的各个角色都能对自己的工作负责，即进行签名，而现有的大部分方案只包括投票管理机构CA的签名。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种基于量子同态签名的量子投票系统。

本发明所提供的系统包括n个投票人、投票管理机构、计票人、监票人以及经典量子融合信道；所述n个投票人、投票管理机构、计票人、监票人以及经典量子融合信道用于实现以下功能：

(1)投票管理机构制备多个含n+1个粒子的扩展GHZ纠缠态(以下简称GHZ纠缠态)，投票管理机构将其中的每个GHZ纠缠态中的第n+1个粒子留给自己，生成一个粒子序L_CA，将每个GHZ纠缠态前n个粒子分别分发给各投票人，生成n个粒子序列

对于任一序列分发前投票管理机构产生一组非正交态粒子，每个粒子随机地处于四个态|0>,|1>,|+>和|->之一，投票管理机构把这些非正交态粒子穿插进的随机位置，而后投票管理机构CA与任一投票人Alice_i共同检测窃听，i＝1,…,n；

如果存在窃听，则Alice_i丢弃得到的粒子，投票管理机构重新分发；如不存在窃听，Alice_i与监票人产生并分发共享量子密钥监票人与选票管理机构产生并分发共享密钥K_C,C；