[发明专利]一种基于可验证量子随机数的共识方法

说明书

本发明涉及一种基于可验证量子随机数的共识方法，步骤为：节点选举成为共识节点，成为区块提出的候选者，节点打包区块，广播区块提议消息；共识节点等待后对收集到的所有消息进行验证，节点计算并广播区块投票消息；共识节点对收集到的所有消息进行验证，若成功验证同一区块进行投票的消息，则节点计算区块确认凭证，计算并广播区块确认消息；所有节点在等待一定时间收集到若干个有效区块确认后，进行区块上链。节点通过与量子随机数发生器交互获得可验证量子随机数和交互信息，使用该随机数进行私下选举成为共识流程的某一轮次的共识节点，一个节点只能参与共识流程中的一步，最后一步不需要可验证量子随机数参与，具有较强的随机性和共识速度。

技术领域

本发明涉及量子计算和区块链领域，更具体地，涉及一种基于可验证量子随机数的共识方法。

背景技术

区块链中区块出块的随机性应该得到保证，而以往的共识协议并未能保证出块的随机性。PoW类共识协议决定了拥有大量算力的用户具有比较高的出块概率。同样，PoS类共识协议决定了拥有大量权益的用户具有比较高的出块概率。

与本发明最相接近的现有技术方案是Gilad于2017年提出的Algorand。该方案利用VRF来筛选共识节点，但是选举过程并未能做到真正的随机性。

现有的技术中，中国发明专利CN110932854A公开了“一种面向物联网的区块链密钥分发系统及其方法”，公开日为2020年03月27日，利用量子随机数生成器不断地生成量子随机数，并将他们传送至云端存储；发起者向代理服务器付出相关代价；随机数管理服务器将购买记录上传至区块链节点进行验证，并广播到全网；发起者网关根据交易哈希值查询区块链上的交易记录；发起者网关和共享者网关在随机数接口设备进行身份验证；智能合约自动将量子随机数存储进智能卡中，发起者和共享者获得智能卡。该方案中，使用量子随机数的特征解决了加密传输的问题，降低通讯成本，但是没有解决共识节点的随机性差以及共识速度慢的问题。

发明内容

本发明为解决现在共识协议选举共识节点的随机性差以及共识速度慢的技术缺陷，提供了一种基于可验证量子随机数的共识方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于可验证量子随机数的共识方法，包括以下步骤：

S1：节点通过与量子随机数发生器交互获得可验证量子随机数以及用于验证的交互信息，节点私下选举成为共识节点，成为区块提出的候选者，节点打包区块，并广播“区块提议”消息；

S2：共识节点等待一定时间后对收集到的所有消息进行验证，节点计算并广播“区块投票”消息；

S3：共识节点再次对收集到的所有消息进行验证，若成功验证同一区块进行投票的消息，则节点计算区块确认凭证，计算并广播“区块确认”消息；

S4：所有节点在等待一定时间收集到若干个有效“区块确认”后，进行区块上链。

上述方案中，在整个轮次中，节点通过与量子随机数发生器交互获得可验证量子随机数以及用于验证的交互信息，使用该随机数进行私下选举成为共识流程的某一轮次某一步骤的共识节点，一个节点只能参与共识流程中的其中一步，只有最后一步不需要可验证量子随机数的参与，其共识协议具有较强的随机性和共识速度。

优选的，在步骤S1中，节点通过与量子随机数发生器交互获得可验证量子随机数以及用于验证的交互信息，节点i∈pk^r-k私下选举成为该步骤的共识节点，即成为区块提出的候选者，节点i打包区块并广播“区块提议”消息其中，

优选的，在步骤S2中，节点i∈pk^r-k和其中SV^r,1时第r第1步的共识节点集，节点i私下选举成为该步骤的共识节点，在等待时间后对收集到的所有消息进行验证，节点i计算并广播“区块投票”消息