[发明专利]基于身份密码学的抗量子计算联盟链投票系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于身份密码学的抗量子计算联盟链投票系统和方法，所述系统包括联盟链成员，即包括区块链客户端和服务端，客户端包括计票者和投票者，服务端包括若干Endorser、Orderer和Committer；所述方法具体过程包括计票者发起投票，投票者匿名取票，投票者匿名取盲签名，投票者匿名投票，计票者查询投票结果，计票者公布结果，投票者匿名查询结果。本发明取消了中心化投票注册机构，解决了投票注册机构造假的问题，每次投票结束后，随机更新投票者假身份信息，使敌方无法追踪，通过用秘密共享对投票者身份进行分布式存储，无需对原有盲签名方式增加非对称加密的计算量，在具有抗量子计算攻击的效果同时减轻盲签名技术的计算量。

技术领域

本发明涉及联盟链领域，尤其涉及一种基于身份密码学的抗量子计算联盟链投票系统和方法

背景技术

投票系统中的关键技术是投票人身份识别，数据提取、加密、存储与安全性。传统电子投票系统使用中心化服务端来实现上述需求，这存在着更多的安全隐患和信任度低等问题。在安全性方面，对于传统电子投票系统，黑客可集中针对中心服务端进行攻击，作恶成功率高，作恶成本小，极易造成系统崩溃和数据被篡改。同时，即使使用一系列高成本的安全措施保障系统安全不受黑客侵害，而中心化系统自身出现故障，则会导致系统漏记、误记投票数据，甚至系统自身和管理人员都无法分辨数据的真实性。在信任方面，传统电子投票系统由中心机构管控，中心机构的工作人员有篡改数据的能力，易造成暗箱操作。投票记录与统计结果由中心服务端处理，公示的投票结果需要依靠中心机构的背书来保证真实性，难以让公众信服。基于上述原因，为了解决上述问题，区块链因其几个特性很好地契合了电子投票系统的要求，吸引了研发人员的注意。

2015年首次出现了结合区块链和电子投票的投票方案，这个方案对投票人的合规行为进行奖励，违规行为进行处罚。但是他们的方案有一定程度的局限性，例如：候选人数目仅能是两个；投票人需要花费比特币；只要出现一个不诚实的投票人，此投票系统就会出现威胁。此外，这个方案没有设置一个投票系统所需的关键环节，即没有在正式投票前，对合法用户进行注册。2017年出现了一种基于比特币协议和盲签名方法的投票方案，并提出采用预支付比特币卡的方式来保护投票人的匿名性。但是在投票人数规模较大的环境中，怎么安全、便捷地发放预支付比特币卡是一个问题。Bistarelli等将投票组织方分为认证组织方和投票令牌分发方，利用匿名的Kerberos协议，保护投票人的匿名性。但是无人监管认证组织方和投票令牌分发方。且已经提出的基于区块链的所有电子投票方案在量子计算机技术攻击的情况下都是不安全的。

量子计算机在密码破解上具有巨大的潜力，当今主流的非对称(公钥)加密算法，如RSA加密算法，大多数都是基于大整数的因式分解或者有限域上的离散对数的计算这两个数学难题。随着量子计算机技术迅猛发展，现有的若干密码系统可能被攻破。进一步地，区块链中使用的椭圆数字签名算法ECDSA可能被破解：攻击者在已知用户公钥的情况下，可以在多项式时间里计算出用户签名私钥。所以，为了应对量子计算机可能带来的攻击，研究抵抗量子计算机攻击的区块链电子投票系统成为本技术领域人员的研究重点。

在公布号为CN110391911A的区块链匿名投票系统及方法的专利中，该专利采用了匿名投票的方式实现区块链投票系统，对用户身份进行隐藏，并在区块链技术中引入盲签名和环签名等密码学技术，但当前基于盲签名的投票系统在用户身份的保护上仍然存在缺陷，投票用户的身份信息多次出现，容易被敌方跟踪获取，同时该ID密码学系统的安全性仍然较低。

在公布号为CN109889330A的基于非对称密钥池的抗量子计算盲签名方法和系统的专利中，该专利采用了非对称密钥池对盲签名进行签名加密计算，但为使得数字签名的输入不被敌方所知，由于用一个随机数对数字签名的输入进行加密，又用盲签名方的公钥对随机数密钥进行加密，因此在盲签名请求方增加RSA加密一次，在盲签名方增加RSA解密一次，计算量较大。