一种量子安全拜占庭容错共识机制

• 作者: 任畅 赵洪 蒋华
• 来源期刊: 计算机科学
• 学科: 工学
• 关键词: 区块链 共识机制 量子密钥分发 无条件安全 数字签名
• 年，卷（期）: 2022,（5）
• 所属期刊栏目: 信息安全|Information Security
• 页码范围: 333-340
• 页数: 8页
• 分类号: TP391
• 语种: 中文
• DOI: 10.11896/jsjkx.210400154

摘要

针对经典区块链共识机制面临量子计算机攻击的问题,提出了一种量子安全拜占庭容错共识机制.首先,对于公钥数字签名存在的安全隐患问题,采用QKD网络进行量子密钥分发,通过经典网络传输消息和签名等信息,提出了一种基于量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)和多线性哈希函数族的无条件安全签名方案(Multilinear Hash-Unconditionally Se-cure Signature,MH-USS),该方案中的签名具备不可伪造性、不可抵赖性以及可传递性,并且该方案可在现有设备上实现,具有较高的实用价值.然后,针对经典拜占庭容错共识机制PBFT共识效率相对较低的问题,提出了一种QS-BFT(Quantum-Se-cured Byzantine Fault Tolerance)共识机制.最后,通过增设"快速-标准"双共识模式以及允许节点对空区块投票的方式,减少系统通信次数并消除视图转换过程,使方案不仅具备安全性与活性,还能够有效降低消息复杂度,提高共识效率.对所提方案进行仿真实现与性能测试,结果表明,与改进后基于MH-USS签名方案的PBFT共识机制相比,所提方案吞吐量更高、时延更短.