CN108737114A - 一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法及装置。该方法包括：区块链节点生成交易信息；区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对交易信息签名，密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点，通过本发明的技术方案，以提高区块链***的透明性、高效性、安全性和可靠性。

Description

一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及区块链技术，尤其涉及一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法及装置。
背景技术
传统供应链中各参与方之间的信息高度不对称，往往只有自身的数据可以进行查询，即便是上下游企业，或者同一个供应链节点的上下级企业之间，也不能做到信息的及时交流、传递和共享。这使得企业在进行决策时，很难做出正确的决定，结果造成了供应链上各主体的成本提高，利润降低甚至出现亏损的状况，同时也降低了整个供应链***的效率。对于消费者来说，当需要对某个商品的详细信息进行查询时，一方面不能确定商品信息的真假，因为供应链***中各主体之间信息不透明，而且由于各自记录在自己的管理***中，随时可以对数据进行更改；另一方面，整个追溯过程效率低下，如在食品供应链中出现安全问题，从发现问题通知消费者到最终召回供应链上的问题产品，整个过程耗时耗力，不仅会直接给供应链商家带来巨大损失，同时也会因为失去消费者的信赖从而间接影响到企业未来的发展前景。
区块链技术以其公开透明、不可篡改、多方参与共同维护的分布式记账技术，天然地适用于供应链管理***。然而目前区块链***中使用的数字签名算法安全性是基于对固定数学问题的计算复杂性的猜想上，一个通用的量子计算机将使得区块链中使用的数字签名算法不再安全，比如当攻击者掌握了量子计算机之后就会聚集全网绝大部分的算力，就可能会出现51％攻击的问题。
因此，如何既能高效的管理区块链***，降低区块链成本的同时又能提高区块链效率，又能保证***的安全性使其免受量子计算机的攻击，随着量子计算机的快速发展，是同行研究人员需共同考虑并且需快速解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法及装置，以实现提高区块链的透明性、高效性、安全性和可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法，包括：
区块链节点生成交易信息；
所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
所述区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
进一步的，在所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名之前，还包括：
区块链中的节点采用量子密钥分发技术产生密钥；
所述区块链中的节点将产生的密钥保存到本地密钥池。
进一步的，所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生包括：
所述区块链节点从密钥池中随机选择出长度为Toeplitz矩阵行列之和减1的第一密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
所述区块链节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；所述区块链节点采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息进行散列操作；
所述区块链节点从所述密钥池中随机选取出与散列操作后的交易信息长度相同的第二密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点；
所述区块链节点采用所述第二密钥对所述散列操作后的交易信息进行一次一密操作得到签名后的交易信息。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于区块链的验证方法，该方法包括：
区块链中的其他节点接收签名后的交易信息；
所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
进一步的，所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证包括：
所述区块链中的其他节点根据第一密钥的选择方式和第二密钥的选择方式从所述密钥池中选择出第一密钥和第二密钥；
所述区块链中的其他节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；
所述区块链中的其他节点采用所述Toeplitz矩阵对交易信息进行散列操作；
所述区块链中的其他节点将所述第二密钥与所述散列操作后的交易信息进行进行解密之后得到验证信息；
所述区块链中的其他节点将所述验证信息与所述签名后的交易信息进行比对；
所述区块链中的其他节点若确定所述验证信息与所述签名后的交易信息一致，则验证通过，否则，验证失败。
第三方面，本发明实施例还提供了一种基于量子密钥分发的区块链***的签名装置，该装置包括：区块链节点；所述区块链节点包括：
生成模块，用于生成交易信息；
签名模块，用于从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
发送模块，用于将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
第四方面，本发明实施例还提供了一种基于区块链的验证装置，该装置包括：区块链中的其他节点；所述区块链中的其他节点包括：
接收模块，用于接收签名后的交易信息；
验证模块，用于从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的基于量子密钥分发的区块链***的签名方法。
第六方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的基于量子密钥分发的区块链***的签名方法。
第七方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的基于量子密钥分发的区块链***的签名方法。
第八方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的基于量子密钥分发的区块链***的签名方法。
本发明实施例通过区块链节点生成交易信息；区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对交易信息签名，密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点，以提高区块链***的透明性、高效性、安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例一中的一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法的流程图；
图2是本发明实施例二中的一种基于量子密钥分发的区块链***的验证方法的流程图；
图3是本发明实施例三中的一种基于量子密钥分发的区块链***的签名装置的结构示意图；
图4是本发明实施例四中的一种基于量子密钥分发的区块链***的验证装置的结构示意图；
图5是本发明实施例五中的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法的流程图，本实施例可适用于基于量子密钥分发的区块链***的签名的情况，该方法可以由本发明实施例中的基于量子密钥分发的区块链***的签名的装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
S110，区块链节点生成交易信息。
其中，所述交易信息为区块链节点生成的，所述交易信息对于区块链节点来说是共享的，区块链节点生成交易信息，并将交易信息广播出去，区块链中的其他节点均知晓交易信息。
具体的，区块链节点生成交易信息的方式可以为根据输入的交易请求指令生成的交易信息，也可以为根据交易需求生成的交易信息，本发明实施例对此不进行限制。
S120，区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对交易信息签名，密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生。
其中，所述密钥池对于区块链中的节点来说是共享的，也就是说，区块链中的节点均可以获取密钥池中的密钥。
其中，所述Toeplitz矩阵指矩阵中每条自左上至右下的斜线上的元素相同。对于方阵，Toeplitz方阵可以描述为：任一条平行于主对角线的直线上的元素相同。
具体的，通过量子密钥分发技术产生密钥，并将密钥存储至密钥池中，区块链节点从密钥池中选择密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对交易信息进行签名。
S130，区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
其中，所述区块链中的其他节点为区块链中除区块链节点之外的其他节点。
具体的，区块链节点在对交易信息进行签名后，将签名后的交易信息发送至区块链中的其他节点。
可选的，在所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名之前，还包括：
区块链中的节点采用量子密钥分发技术产生密钥；
所述区块链中的节点将产生的密钥保存到本地密钥池。
其中，所述密钥池为区块链中的节点所共享，因此，区块链中的节点均可以在获取到密钥后将密钥保存至本地密钥池。
具体的，区块链中的节点采用量子密钥分发技术产生密钥，将产生的密钥保存至本地密钥池。
可选的，所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生，包括：
所述区块链节点从密钥池中随机选择出长度为Toeplitz矩阵行列之和减1的第一密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
其中，所述第一密钥为区块链节点从密钥池中随机选取的长度为Toeplitz矩阵行列之和减1的密钥，所述密钥池中与交易信息长度相同的密钥至少为一个。
其中，将第一密钥的选择方式发送至区块链中的其他节点可以为将第一密钥的位置信息进行加密，将加密后的第一密钥的位置信息发送至区块链中的其他节点，也可以为将与第一密钥有关的特征参数进行加密，将加密后的与第一密钥有关的特征参数发送至区块链中的其他节点，本发明实施例对具体的选择方式不进行限制，所述选择方式仅需区块链中的其他节点能够根据选择方式从密钥池中选出第一密钥即可。
所述区块链节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；所述区块链节点采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息进行散列操作；
所述区块链节点从所述密钥池中随机选取出与散列操作后的交易信息长度相同的第二密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点；
其中，所述第二密钥为区块链节点从密钥池中随机选取的与散列操作后的交易信息长度相同的密钥，所述密钥池中与散列操作后交易信息长度相同的密钥至少为一个。
其中，将第二密钥的选择方式发送至区块链中的其他节点可以为将第二密钥的位置信息进行加密，将加密后的第二密钥的位置信息发送至区块链中的其他节点，也可以为将与第二密钥有关的特征参数进行加密，将加密后的与第二密钥有关的特征参数发送至区块链中的其他节点，本发明实施例对具体的选择方式不进行限制，所述选择方式仅需区块链中的其他节点能够根据选择方式从密钥池中选出第二密钥即可。
所述区块链节点采用所述第二密钥对所述散列操作后的交易信息进行一次一密操作得到签名后的交易信息。
本发明实施例采用量子密钥分发算法产生的密钥来代替区块链中由椭圆曲线或者RSA算法生成的密钥，由于是基于量子力学的不确定原理和不可克隆定理，因此该方法可以抵御量子计算机的攻击；同时使用Toeplitz矩阵来完成供应链中签名的认证过程，由于Toeplitz矩阵易于生成，存储空间小，安全性高，可以有效地节约存储资源，减少计算复杂度。本发明有效地提高了区块链***的透明性、高效性、安全性和可靠性。
本实施例的技术方案，通过区块链节点生成交易信息；区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对交易信息签名，密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点，以实现提高区块链***的透明性、高效性、安全性和可靠性。
实施例二
图2为本发明实施例二中的一种基于量子密钥分发的区块链***的验证方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，区块链中的其他节点接收签名后的交易信息；所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
如图2所示，本实施例的方法具体包括如下步骤：
S210，区块链中的其他节点接收签名后的交易信息。
具体的，区块链中的其他节点接收区块链节点发送的签名后的交易信息。
S220，区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
其中，区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥，并根据选择的密钥生成Toeplitz矩阵，根据选择的密钥生成Toeplitz矩阵并用此矩阵对区块链节点签名后的交易信息进行验证。
其中，对交易信息进行验证的方式为区块链中的其他节点根据交易信息、从密钥池中选择出的密钥,并根据选择的密钥生成Toeplitz矩阵，并用生成的Toeplitz矩阵对交易信息进行验证。
其中，区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥的方式可以为随机选取，也可以按照一定的顺序选取，本发明实施例对此不进行限制。
其中，所述Toeplitz矩阵为根据从密钥池中选择的密钥生成的Toeplitz矩阵。
具体的，区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥，根据选择出的密钥确定Toeplitz矩阵，根据从密钥池中选择的密钥和Toeplitz矩阵对区块链节点发送的签名后的交易信息进行验证。
可选的，所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证包括：
所述区块链中的其他节点根据第一密钥的选择方式和第二密钥的选择方式从所述密钥池中选择出第一密钥和第二密钥；
其中，所述第一密钥为区块链节点从密钥池中随机选取的长度为Toeplitz矩阵行列之和减1的密钥，所述密钥池中与交易信息长度相同的密钥至少为一个。
其中，将第一密钥的选择方式发送至区块链中的其他节点可以为将第一密钥的位置信息进行加密，将加密后的第一密钥的位置信息发送至区块链中的其他节点，也可以为将与第一密钥有关的特征参数进行加密，将加密后的与第一密钥有关的特征参数发送至区块链中的其他节点，本发明实施例对具体的选择方式不进行限制，所述选择方式仅需区块链中的其他节点能够根据选择方式从密钥池中选出第一密钥即可。
其中，所述第二密钥为区块链节点从密钥池中随机选取的与散列操作后的交易信息长度相同的密钥，所述密钥池中与散列操作后交易信息长度相同的密钥至少为一个。
其中，将第二密钥的选择方式发送至区块链中的其他节点可以为将第二密钥的位置信息进行加密，将加密后的第二密钥的位置信息发送至区块链中的其他节点，也可以为将与第二密钥有关的特征参数进行加密，将加密后的与第二密钥有关的特征参数发送至区块链中的其他节点，本发明实施例对具体的选择方式不进行限制，所述选择方式仅需区块链中的其他节点能够根据选择方式从密钥池中选出第二密钥即可。
所述区块链中的其他节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；
所述区块链中的其他节点采用所述Toeplitz矩阵对交易信息进行散列操作；
所述区块链中的其他节点将所述第二密钥与所述散列操作后的交易信息进行解密之后得到验证信息；
所述区块链中的其他节点将所述验证信息与所述签名后的交易信息进行比对；
所述区块链中的其他节点若确定所述验证信息与所述签名后的交易信息一致，则验证通过，否则，验证失败。
具体的，使用物联网技术和区块链技术实现供应链***中各主体之间信息的管理；商品在开发制造完成后，通过二维码技术将商品从原材料选购到开发制造到配送最后到销售等活动的信息准确、实时地记录在区块链上；供应链***中的供应商、制造商、分销商、零售商、物流方各为一个区块链节点，各节点之间共享商品的信息；采用量子密钥分发生成的密钥对记录在区块上的信息进行加密；采用Toeplitz矩阵对交易信息进行签名；采用Toeplitz矩阵对交易签名进行验证；消费者通过扫描二维码来获取商品的信息，该信息的内容由区块链节点选择部分或者全部显示给客户或者消费者。供应链***中各主体之间信息的管理包括信息流、物流、资金流、业务流和价值流的管理。供应商、制造商、分销商、零售商包括但不限于一级供应商、二级供应商，一级制造商、二级制造商、一级分销商、二级分销商，一级零售商和二级零售商，以及连接各个参与者的物流方；每一级参与者都是一个区块链上的节点，记录商品在该节点的详细活动信息并将该信息上链；节点之间共享商品的详细信息。
其中，量子密钥分发算法为一种抗量子计算的算法，该算法的安全性是基于量子力学的不确定原理和不可克隆定理，可以抵御量子计算机的攻击。使用量子密钥分发技术产生密钥，并将密钥保存在密钥池中；利用密钥池中的密钥，对传输的信息使用一次一密技术进行加密；从密钥池中选取出私钥和公钥，公钥用来对交易信息加密，每一个验证节点用对应的私钥对交易信息进行解密。Toeplitz矩阵是一种通用hash函数，具体签名过程包括如下步骤：交易双方中的发送方利用密钥池中的密钥，生成Toeplitz矩阵；发送方利用生成的Toeplitz矩阵对要加密的消息进行散列操作；发送方从密钥池中选择与散列后的值等长的密钥，将该密钥与散列后的值进行异或操作，完成签名过程，并将该值和生成Toeplitz矩阵的信息以及消息一起发送给交易双方中的接收方。使用Toeplitz矩阵进行交易签名验证的具体过程，包括如下步骤：接收方接收到发送方发送的信息后，同样利用密钥池的密钥，生成Toeplitz矩阵；接收方进行相同的散列操作以及异或操作；接收方将其操作结果和发送方发送过来的值进行比较，如果一致验证了消息确实来自发送方。
在一个具体的例子中，商品在开发制造完成后，通过二维码将商品从原材料选购到开发制造到配送最后到销售等活动的信息准确、实时地记录在区块链上；比如上述商品以食品为例，供应商、制造商、分销商、零售商、物流方都是区块链供应链***中的一个节点。供应商将制造食品所需的原材料一一记录在该区块链节点上；供应商通过物流方，如卡车货运服务，将原材料运送给制造商，同时物流公司将该物流信息，如卡车信息，卡车司机，运送时长，途径地点，运送储藏条件等记录在该物流公司节点中；制造商将食品生产出来之后，通过给每一件食品贴上一个具有唯一标识的二维码，并将食品的营养成分、配料、添加剂、加工过程、生产日期储存条件、保质期等信息记录到制造商的节点上；接下来通过物流公司将食品运送给分销商，同时物流公司将此次运送过程的物流信息记录到区块链节点上；分销商收到食品后，将食品的总量、分销地、分销数量、分销批次准确记录在分销商节点的区块链上；接着物流公司将食品从分销商运送到零售商手中，同时记录该次物流信息到区块链上；零售商将食品卖给最终的消费者，并记录售货信息到区块链上。供应链***中的供应商、制造商、分销商、零售商、物流方各为一个区块链节点，各节点之间共享商品的信息；由于食品的详细信息已经都记录在区块链上。因此，区块链上的节点之间可以共享区块链上的信息，比如供应商可以通过查询整个区块链供应链上的数据来合理地规划出对原材料的需求，科学地采购所需的原材料，减少采购成本和原材料积压，从而可以选择将更多的资金用来采购更优质量的原材料，从而提高供应链***的整体效益。使用量子密钥分发技术产生密钥，并将密钥保存在密钥池中；从密钥池中选取出私钥和公钥，公钥用来给交易信息加密，每一个验证节点用对应的私钥对交易信息进行解密。由于量子密钥分发是基于量子力学的不确定原理和不可克隆定理，从量子力学的角度保证了其安全性，因此可以抵抗量子计算机的攻击。因此将量子密钥分发技术产生的密钥运用到区块链供应链管理***中，是可以抵抗量子计算机的攻击的。利用密钥池中的密钥，对每一次节点之间传输的信息使用一次一密技术进行加密；即提取密钥池中与加密信息等长的密钥对其进行加密，且每一个密钥只能使用一次。
在另一个具体的例子中，供应商要将原材料信息记录到链上，并给此过程签名。签名的具体过程如下，首先供应商从密钥池中提取长度为lh+lM-1的密钥串S，生成大小为lh×lM的Toeplitz矩阵TS，碰撞概率为其中，lh为散列的长度，lM为交易信息的长度。Toeplitz矩阵的主对角线上的元素相等，平行于主对角线的线上的元素也相等；矩阵中的各元素关于次对角线对称。接着对交易信息进行散列操作，公式如下：h(Mi)＝TSMi，其中，Mi为交易信息，长度为lM，h(Mi)为散列后的值，长度为lh。散列完成后，供应商从密钥池中选择长度为lh的密钥ri，与h(Mi)进行异或操作，结果记为Th，该过程的公式可以表达如下：Th＝h(Mi)⊕ri，至此完成签名过程，并将Th和S以及交易信息Mi一起发送给下游节点，即制造商。制造商接收到供应商发送的Th和S以及交易信息Mi后，通过同样的步骤生成Toeplitz矩阵，并进行散列操作和异或操作，操作后的结果记为T′h，通过比较T′h和Th是否相同，即可验证签名是否来自供应商。同理，进行其他节点的验证过程。最终消费者通过扫描二维码来获取商品的信息，该信息的内容由区块链节点选择部分或者全部显示给客户或者消费者。当消费者在购买食品时，通过扫描食品的二维码，可以准确查看该食品存储在区块链节点上的信息，包括对食品从原材料采购到制造过程到运输过程最终到销售过程的信息都可以提出查询请求，待交易被区块链上的节点认证之后，消费者就可以查询到存储在链上的信息，该信息是不可篡改的、源头可追溯的。这将有助于提升消费者和整个供应链上的商家之间的信任关系，构建一个可信任的区块链供应链环境。
本发明实施例涉及到基于量子密钥分发的区块链供应链管理***，涉及供应链管理信息安全技术领域。主要利用物联网技术和区块链技术来管理供应链中多个主体之间的信息，具体包括以下内容：利用二维码技术将供应链***中涉及的商品的开发制造、配送、销售等信息快速、实时地记录到区块链上；通过区块链技术实现供应链中多个主体之间的数据共享，保证整个供应链***的透明、高效，同时通过量子密钥分发产生的密钥和Toeplitz矩阵来对区块链上的信息进行加密和验证，从而保证了该***在当前量子计算机的威胁下，信息传输的安全和可靠。
本实施例的技术方案，通过区块链中的其他节点接收签名后的交易信息；区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证，以提高区块链的透明性、高效性、安全性和可靠性。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种基于量子密钥分发的区块链***的签名装置的结构示意图。本实施例可适用于基于量子密钥分发的区块链***的签名的情况，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可集成在任何提供基于量子密钥分发的区块链***的签名的功能的设备中，如图3所示，所述基于量子密钥分发的区块链***的签名的装置具体包括：区块链节点300，所述区块链节点包括：生成模块310、签名模块320和发送模块330。
其中，生成模块310，用于生成交易信息；
签名模块320，用于从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
发送模块330，用于将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
可选的，还包括：区块链中的节点；所述区块链中的节点包括：
密钥产生模块，用于采用量子密钥分发技术产生密钥；
密钥发送模块，用于将产生的密钥保存到本地密钥池。
可选的，所述签名模块具体用于：
所述区块链节点从密钥池中随机选择出长度为Toeplitz矩阵行列之和减1的第一密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
所述区块链节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；所述区块链节点采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息进行散列操作；
所述区块链节点从所述密钥池中随机选取出与散列操作后的交易信息长度相同的第二密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点；
所述区块链节点将所述第二密钥与所述散列操作后的交易信息进行一次一密操作得到签名后的交易信息。
上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
本实施例的技术方案，通过区块链节点生成交易信息；区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对交易信息签名，密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点，以实现提高区块链的透明性、高效性、安全性和可靠性。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种基于量子密钥分发的区块链***的验证装置的结构示意图。本实施例可适用于基于量子密钥分发的区块链***的验证的情况，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可集成在任何提供基于量子密钥分发的区块链***的验证的功能的设备中，如图4所示，所述基于区块链的验证装置具体包括：区块链中的其他节点400；所述区块链中的其他节点包括：接收模块410和验证模块420。
其中，接收模块410，用于接收签名后的交易信息；
验证模块420，用于从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
可选的，所述验证模块具体用于：
所述区块链中的其他节点根据第一密钥的选择方式和第二密钥的选择方式从所述密钥池中选择出第一密钥和第二密钥；
所述区块链中的其他节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；
所述区块链中的其他节点采用所述Toeplitz矩阵对交易信息进行散列操作；
所述区块链中的其他节点将所述第二密钥与所述散列操作后的交易信息进行解密之后得到验证信息；
所述区块链中的其他节点将所述验证信息与所述签名后的交易信息进行比对；
所述区块链中的其他节点若确定所述验证信息与所述签名后的交易信息一致，则验证通过，否则，验证失败。
上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
本实施例的技术方案，通过区块链中的其他节点接收签名后的交易信息；区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证，以实现提高区块链的透明性、高效性、安全性和可靠性。
实施例五
图5为本发明实施例五中的一种计算机设备的结构示意图。图5示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图5显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，***存储器28，连接不同***组件(包括***存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，***总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及***组件互连(PCI)总线。
计算机设备12典型地包括多种计算机***可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
***存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机***可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机***存储介质。仅作为举例，存储***34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图5未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图5中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括——但不限于——操作***、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。另外，本实施例中的计算机设备12，显示器24不是作为独立个体存在，而是嵌入镜面中，在显示器24的显示面不予显示时，显示器24的显示面与镜面从视觉上融为一体。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID***、磁带驱动器以及数据备份存储***等。
处理单元16通过运行存储在***存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的基于量子密钥分发的区块链***的签名方法，也即，处理单元16执行所述程序时实现：区块链节点生成交易信息；所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；所述区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
还可以实现本发明实施例所提供的基于量子密钥分发的区块链***的验证方法，也即，处理单元16执行所述程序时实现：区块链中的其他节点接收签名后的交易信息；所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
实施例六
本发明实施例六提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的基于量子密钥分发的区块链***的签名方法，也即，执行时实现：区块链节点生成交易信息；所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；所述区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
还可以实现本发明实施例所提供的基于量子密钥分发的区块链***的验证方法，也即，执行时实现：区块链中的其他节点接收签名后的交易信息；所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于量子密钥分发的区块链***的签名方法，其特征在于，包括：
区块链节点生成交易信息；
所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
所述区块链节点将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息签名之前，还包括：
区块链中的节点采用量子密钥分发技术产生密钥；
所述区块链中的节点将产生的密钥保存到本地密钥池。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述区块链节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生，包括：
所述区块链节点从密钥池中随机选择出长度为Toeplitz矩阵行列之和减1的第一密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
所述区块链节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；所述区块链节点采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息进行散列操作；
所述区块链节点从所述密钥池中随机选取出与散列操作后的交易信息长度相同的第二密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点；
所述区块链节点采用所述第二密钥对所述散列操作后的交易信息进行一次一密操作得到签名后的交易信息。
4.一种基于量子密钥分发的区块链***的验证方法，其特征在于，包括：
区块链中的其他节点接收签名后的交易信息；
所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述区块链中的其他节点从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证，包括：
所述区块链中的其他节点根据第一密钥的选择方式和第二密钥的选择方式从所述密钥池中选择出第一密钥和第二密钥；
所述区块链中的其他节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；
所述区块链中的其他节点采用所述Toeplitz矩阵对交易信息进行散列操作；
所述区块链中的其他节点将所述第二密钥与所述散列操作后的交易信息进行解密之后得到验证信息；
所述区块链中的其他节点将所述验证信息与所述签名后的交易信息进行比对；
所述区块链中的其他节点若确定所述验证信息与所述签名后的交易信息一致，则验证通过，否则，验证失败。
6.一种基于量子密钥分发的区块链***的签名装置，其特征在于，包括：区块链节点；所述区块链节点包括：
生成模块，用于生成交易信息；
签名模块，用于从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息签名，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
发送模块，用于将签名后的交易信息发送给区块链中的其他节点。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述签名模块具体用于：
所述区块链节点从密钥池中随机选择出长度为Toeplitz矩阵行列之和减1的第一密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点，所述密钥池中的密钥通过量子密钥分发技术产生；
所述区块链节点根据所述第一密钥生成Toeplitz矩阵；所述区块链节点采用所述Toeplitz矩阵对所述交易信息进行散列操作；
所述区块链节点从所述密钥池中随机选取出与散列操作后的交易信息长度相同的第二密钥并将选择方式发送至区块链中的其他节点；
所述区块链节点采用所述第二密钥对所述散列操作后的交易信息进行一次一密操作得到签名后的交易信息。
8.一种基于量子密钥分发的区块链***的验证装置，其特征在于，包括：区块链中的其他节点；所述区块链中的其他节点包括：
接收模块，用于接收签名后的交易信息；
验证模块，用于从密钥池中选择出密钥生成Toeplitz矩阵，采用所述Toeplitz矩阵对签名后的交易信息进行验证。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-5中任一所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的方法。
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