(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210201262.9 (22)申请日 2022.03.02 (71)申请人 济南量子技术研究院 地址 250101 山东省济南市高新区舜华路 747号 (72)发明人 高洁　周飞　王琳　王晶晶　 江扬帆　 (74)专利代理 机构 天津合正知识产权代理有限 公司 12229 专利代理师 吕琦 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) H04L 9/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于器件无关量子随机数的共识系统 及其方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于器件无关量子随机 数的共识方法及其系统， 各个区块链节点通过可 验证随机函数产生验证密钥VK和私钥SK， 各个区 块链节点将所述验证密钥VK广播给其他区块链 节点； 器件 无关量子随机数信标服务网络向各个 区块链节 点广播器件无关量子随机数块； 各个区 块链中的节点将本轮收到的所述器件无关量子 随机数块作为可验证随机函数的输入消息值， 各 个区块链节点利用各自的私钥SK和输入消息值， 通过可验证随机函数选出本次共识的见证节点 或者记账节 点， 其他节点对所述记账节点或者见 证节点进行可靠性验证， 相较于现有共识机制， 实现复杂度大大降低， 保证选举过程的快速高效 性、 安全性和公平性， 且 有利于网络的拓展。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 114598477 A 2022.06.07 CN 114598477 A 1.一种基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一： 各个区块链节点通过可验证随机函数产生验证密钥VK和私钥SK， 各个区块链 节点将所述验证密钥VK广播给其 他区块链 节点； 步骤二： 器件无关量子随机数信标服务网络根据区块链节点的请求向外广播一条器件 无关量子随机数块或者器件无关量子随机数信标服务网络根据区块链各节点协商时间周 期性向外广播 一条器件无关量子随机数块； 步骤三： 各个区块链中的节点将本轮收到的所述器件无关量子随机数块作为可验证随 机函数的输入消息值， 各个区块链节点利用各自的私钥SK和输入消息值， 通过可验证随机 函数选出本次共识的记账节点或者见证节点； 步骤四,选出记账节点或者见证节点之后， 其他区块链节点对所述记账节点或者见证 节点进行可靠性验证， 如验证通过， 则确定被选出 的记账节点或者见证节点为有效的记账 节点或见证节点。 2.根据权利要求1所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 所述可验 证随机函数由如下三个加密函数组成： Keygen(r) →(VK,SK)： 对于任意随机 输入r， 产生验证密钥VK和私钥SK； Evaluate(S K,X)→(Y, ρ )： 输入所述私钥S K及所述输入消息值X， 输出伪随机字符串Y和 证明凭证ρ； Verify(VK,X,Y, ρ ) →0/1： 输入所述验证密钥 VK、 输入消息值X以及所述伪随机字符串Y 和证明凭证ρ， 输出 结果为0/1。 3.根据权利要求2所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 所述步骤 一中通过 所述可验证随机函数中的加密函数 Keygen(r)产生所述验证密钥VK和私钥SK。 4.根据权利要求2所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 所述步骤 三具体包括如下步骤： 将所述器件无关量子随机数块作为所述可验证随机函数中的加密函数Evaluate(SK, X)的输入消息值X， 区块链中的各个节点利用各自的私钥SK和 输入消息值X得到输出值： 对 应各个节点的随机数Yi(i＝0、 1、 2 ……)和证明凭证ρi(i＝0、 1、 2 ……)， 各节点分别公开各 自的随机数Yi和证明凭证pi， 各个节点对随机数Yi进行判断， 满足预设条件的节 点被认定为 共识的记账节点或者见证节点。 5.根据权利要求4所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 所述满足 预设条件的节点包括： 随机数Yi大于阈值的节点， 或者具有极值随机数Yi的节点， 或者用随 机数Yi与交易数据进行运算， 运算结果满足预设阈值的节点， 或者运算结果具有极值的节 点。 6.根据权利要求5所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 将当前交 易数据和上一个区块的交易数据的散列值组合在一起计算新的散列值， 公布所述新的散列 值与加密函数Evaluate(SK,X)输出的随机数Yi的差值， 将差值最小的或最大的节点当选为 记账节点。 7.根据权利要求4所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 所述步骤 四中， 其他区块链节 点通过函数Ver ify(VK,X,Y, ρ )对 所述记账节 点或者见证节点通过加密 函数Evaluate(SK,X)输出的随机数Yi进行可靠性验证。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114598477 A 28.根据权利要求1所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 所述器件 无关量子随机数块包括： 器件无关量子随机数、 时间戳、 信标的数字签名。 9.根据权利要求8所述的基于器件无关量子随机数的共识方法， 其特征在于， 在新一轮 共识之前， 所有区块链节点接入所述器件无关量子随机数信标服务网络， 所述器件无关量 子随机数信标服务网络对区块链节点进行身份认证以及为通过身份认证的区块链节点分 配合法的域名， 所述区块链节点从所述器件无关量子随机数信标服务网络中申请信标的公 钥； 器件无关量子随机数信标服务网络根据区块链节点的请求向外广播一条器件无关量子 随机数块或者器件无关量子随机数信标服务网络根据区块链各节点协商时间周期性向外 广播一条器件无关量子随机数块， 通过所述器件无关量子随机数块中的所述信标的数字签 名和信标的公钥来验证所述器件无关量子随机数块来源的合法性， 通过所述时间戳来验证 所述器件无关量子随机数块的产生时间和唯一性， 通过验证的区块链中的节点能够参与此 轮共识。 10.一种用于实现所述权利要求1 ‑9中任意一项所述的基于器件无关量子随机数的共 识方法的系统。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114598477 A 3