[发明专利]一种基于中国剩余定理的移动式量子投票方法

摘要

本发明公开了一种基于中国剩余定理的移动式量子投票方法，其特征是：存在一个监督员、一个计票员和若干个投票者。监督员制备量子态，并将量子态一分为二，将其中一部分量子比特发送给投票者作为量子选票，将另一部分量子比特发送给计票员作为验票凭证；每个投票者都对同一个量子选票进行投票操作，待全部投票操作完成后发送给计票员计票并验证，最终得到所有投票者的投票结果。本发明的目的在于解决现有移动式投票无法抵抗不诚实投票者的二次投票攻击，以及现有分配式投票耗费量子资源过大等问题，并提高了投票操作的安全性。

主权项

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：/n步骤1：生成系统参数：/n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；/n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/n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/n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；/n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；/n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；/n步骤2：制备系统纠缠态/n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/n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/n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；/n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；/n步骤3：投票者执行投票操作：/n步骤3.1：初始化i＝1；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n步骤3.7：令i+1赋值给i后，返回步骤3.2执行；/n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；/n步骤4：所述计票员Bob开始计票：/n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；/n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；/n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；/n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；/n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>；/n步骤4.6：定义统计量为b，并初始化b＝0；/n步骤4.7：所述计票员Bob测量量子态|u>，得到/n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；/n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；/n若计票结果为“0”，则表示第i投票者P_i投的是“反对”票；/n若计票结果非“0”且非“1”，则表示无效票；/n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。/n