专利摘要

本实用新型公开了一种基于量子同态签名的量子投票装置，包含若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元、监票单元和票数汇总单元；若干个投票终端均包含第一QKD收发机、第一量子密钥服务器，投票信息拆分器和第一量子投票模块，第一QKD收发机的输出端与所述第一量子密钥服务器的输入端连接，第一量子密钥服务器的输出端与所述投票信息拆分器的输入端连接，投票信息拆分器的输出端与所述第一量子投票模块的输入端连接。本实用新型利用量子同态签名技术对投票信息聚合签名，同时通过盲化投票信息实现了电子投票的无条件安全。

权利要求

1.一种基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，包含若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元、监票单元和票数汇总单元；其中：

所述若干个投票终端均包含第一QKD收发机、第一量子密钥服务器，投票信息拆分器和第一量子投票模块，所述第一QKD收发机的输出端与所述第一量子密钥服务器的输入端连接，所述第一量子密钥服务器的输出端与所述投票信息拆分器的输入端连接，所述投票信息拆分器的输出端与所述第一量子投票模块的输入端连接；

所述第一量子投票模块包含第一量子测量装置、第一单粒子源和第一幺正变换装置，所述投票信息拆分器的输出端与所述第一幺正变换装置的输入端连接；

所述投票管理单元包含第二QKD收发机、第二量子密钥服务器、量子身份认证模块和第二量子投票模块，所述第二QKD收发机的输出端与所述第二量子密钥服务器的输入端连接，所述第二量子密钥服务器的输出端与所述量子身份认证模块的输入端连接；所述量子身份认证模块的输出端与所述第二量子投票模块的输入端连接；

所述第二量子投票模块包含第二量子测量装置、GHZ纠缠源、第二单粒子源和第二幺正变换装置，所述量子身份认证模块的输入端与所述第二量子密钥服务器的输出端连接，所述第二量子测量装置的输入端与所述第二量子密钥服务器的输出端连接，所述第二量子测量装置的输出端与所述第二幺正变换装置的输入端连接；

所述量子计票单元包含第三QKD收发机、第三量子密钥服务器和第三量子投票模块，所述第三QKD收发机的输出端与所述第三量子密钥服务器的输入端连接，所述第三量子密钥服务器的输出端与所述第三量子投票模块的输入端连接；

所述第三量子投票模块包含第三量子测量装置和第三单粒子源；

所述监票单元包含第四QKD收发机、第四量子密钥服务器、显示端口和第四量子投票模块，所述第四QKD收发机的输出端与所述第四量子密钥服务器的输入端连接，所述第四量子密钥服务器的输出端与所述第四量子投票模块的输入端连接，所述第四量子测量装置的输出端与所述显示端口的输入端连接，所述第四量子密钥服务器的输出端与所述显示端口的输入端连接；

所述票数汇总单元分别与若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元和监票单元连接。

2.如权利要求1所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述票数汇总单元包含经典量子融合信道；所述经典量子融合信道包含若干个光分插复用器；所述若干个光分插复用器以闭环的形式首尾连接；所述若干个光分插复用器分别与若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元和监票单元一一对应连接。

3.如权利要求1所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述第一量子密钥服务器、所述第二量子密钥服务器、所述第三量子密钥服务器和第四量子密钥服务器均包含密钥存储器。

4.如权利要求1所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述第一量子测量装置、第二量子测量装置、第三量子测量装置和第四量子测量装置包含单片机和偏振控制器；所述单片机控制连接所述偏振控制器。

5.如权利要求1所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述第一幺正变换装置和第二幺正变换装置分别是由单量子比特门U构成的对单个量子比特进行操作的门结构，所述单量子比特门U是2*2的幺正运算符，所述幺正运算符符合等式条件UTU＝I，其中UT是U的共轭转置。

6.如权利要求1所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述GHZ纠缠源包含若干组粒子序列；所述第一单粒子源包含若干个标记粒子；所述若干组粒子序列均包含若干个初始粒子；所述若干组粒子序列与所述若干个投票终端的数量相同；所述GHZ纠缠源与各所述投票终端的所述第一QKD收发机连接；

所述第二量子投票模块包含粒子分配模块和粒子插入模块；所述粒子分配模块分别与所述GHZ纠缠源及所述第一单粒子源连接；将所述若干组粒子序列的所述若干个所述初始粒子依次进行排序和赋值；所述粒子插入模块与所述粒子分配模块连接以将所述若干个标记粒子分别插入到各组所述粒子序列的所述若干个初始粒子之间的任意位置。

7.如权利要求1所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述GHZ纠缠源包含若干组粒子序列；所述第三单粒子源包含若干个标记粒子；所述若干组粒子序列均包含若干个初始粒子；所述若干组粒子序列与所述若干个投票终端的数量相同；所述GHZ纠缠源与各所述投票终端的所述第二QKD收发机连接；

所述第三量子投票模块包含粒子分配模块和粒子插入模块；所述粒子分配模块分别与所述GHZ纠缠源及所述第三单粒子源连接，以将所述若干组粒子序列的所述若干个所述初始粒子依次进行排序和赋值；所述粒子插入模块与所述粒子分配模块连接以将所述若干个标记粒子分别插入到各组所述粒子序列的所述若干个初始粒子之间的任意位置。

8.如权利要求6或7所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述第四量子投票模块包含粒子删除模块；所述粒子删除模块与所述粒子插入模块连接；所述粒子删除模块与GHZ纠缠源连接以分别删除所述若干个初始粒子。

9.如权利要求1或6或7所述的基于量子同态签名的量子投票装置，其特征在于，所述量子身份认证模块包含量子验证模块和量子签名模块；所述量子验证模块与第二量子测量装置连接；所述量子签名模块与量子验证模块连接；所述量子签名模块与所述GHZ纠缠源连接。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种量子投票装置，具体地说是一种基于量子同态签名的量子投票装置。

背景技术

随着信息处理技术的飞速发展和Internet的普及，传统投票方式已经逐步被新的投票形式—电子投票所代替。电子投票方式不仅能带动选民投票的积极性，同时最关键的优点在于减少资源消耗，诸如；人力，财力和物力等方面,大大提高效率。第一个密码学意义上的电子投票概念由Chaum首先提出，该协议是利用公钥密码体制加密信息的。然而建立在经典签名之上的电子投票协议的安全性主要是基于计算复杂度的假设，不能被证明具有无条件安全性。随着攻击者计算能力的不断提高，这些算法或协议将逐渐变得不安全。幸运的是，量子密码学因其能弥补这一缺陷而开始被关注，因为量子密码技术的安全性是基于量子态的物理特性而不是计算复杂性，例如量子密钥分配协议BB84和B92协议被严格证明是无条件安全的。

现有的量子投票方案还存在两大不足：1、常用的投票方案一次只针对一个投票人，从而影响投票系统的实用性和高效性。2、在实际情况中，投票系统的管理效率低，导致投票信息的真实性不高。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种基于量子同态签名的量子投票装置，其能够解决投票系统实用性和真实性不高的问题。

本实用新型提供了一种基于量子同态签名的量子投票装置，包含若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元、监票单元和票数汇总单元；其中：

所述若干个投票终端均包含第一QKD收发机、第一量子密钥服务器，投票信息拆分器和第一量子投票模块，所述第一QKD收发机的输出端与所述第一量子密钥服务器的输入端连接，所述第一量子密钥服务器的输出端与所述投票信息拆分器的输入端连接，所述投票信息拆分器的输出端与所述第一量子投票模块的输入端连接；

所述第一量子投票模块包含第一量子测量装置、第一单粒子源和第一幺正变换装置，所述投票信息拆分器的输出端与所述第一幺正变换装置的输入端连接；

所述投票管理单元包含第二QKD收发机、第二量子密钥服务器、量子身份认证模块和第二量子投票模块，所述第二QKD收发机的输出端与所述第二量子密钥服务器的输入端连接，所述第二量子密钥服务器的输出端与所述量子身份认证模块的输入端连接；所述量子身份认证模块的输出端与所述第二量子投票模块的输入端连接；

所述第二量子投票模块包含第二量子测量装置、GHZ纠缠源、第二单粒子源和第二幺正变换装置，所述第二QKD收发机的输出端与所述第二量子密钥服务器的输入端连接，所述量子身份认证模块的输入端与所述第二量子密钥服务器的输出端连接，所述第二量子测量装置的输入端与所述第二量子密钥服务器的输出端连接，所述第二量子测量装置的输出端与所述第二幺正变换装置的输入端连接；

所述量子计票单元包含第三QKD收发机、第三量子密钥服务器和第三量子投票模块，所述第三QKD收发机的输出端与所述第三量子密钥服务器的输入端连接，所述第三量子密钥服务器的输出端与所述第三量子投票模块的输入端连接；

所述第三量子投票模块包含第三量子测量装置和第三单粒子源；

所述监票单元包含第四QKD收发机、第四量子密钥服务器、显示端口和第四量子投票模块，所述第四QKD收发机的输出端与所述第四量子密钥服务器的输入端连接，所述第四量子密钥服务器的输出端与所述第四量子投票模块的输入端连接，所述第四量子测量装置的输出端与所述显示端口的输入端连接，所述第四量子密钥服务器的输出端与所述显示端口的输入端连接；

所述票数汇总单元分别与若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元和监票单元连接。

一些实施方式中，所述票数汇总单元包含经典量子融合信道；所述经典量子融合信道包含若干个光分插复用器；所述若干个光分插复用器以闭环的形式首尾连接；所述若干个光分插复用器分别与若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元和监票单元一一对应连接。

一些实施方式中，所述第一量子测量装置、第二量子测量装置、第三量子测量装置和第四量子测量装置包含单片机和偏振控制器；所述单片机控制连接所述偏振控制器。

一些实施方式中，所述第一幺正变换装置和第二幺正变换装置分别是由单量子比特门U构成的对单个量子比特进行操作的门结构，所述单量子比特门U是2*2的幺正运算符，所述幺正运算符符合等式条件UTU＝I，其中UT是U的共轭转置。

一些实施方式中，所述GHZ纠缠源包含若干组粒子序列；所述第一单粒子源包含若干个标记粒子；所述若干组粒子序列均包含若干个初始粒子；所述若干组粒子序列与所述若干个投票终端的数量相同；所述GHZ纠缠源与各所述投票终端的所述第一QKD收发机连接；

所述第二量子投票模块包含粒子分配模块和粒子插入模块；所述粒子分配模块分别与所述GHZ纠缠源及所述第一单粒子源连接；将所述若干组粒子序列的所述若干个所述初始粒子依次进行排序和赋值；所述粒子插入模块与所述粒子分配模块连接以将所述若干个标记粒子分别插入到各组所述粒子序列的所述若干个初始粒子之间的任意位置。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

(1)利用量子同态签名技术，对多个投票终端的信息聚合和验证，打破了原有的一次只针对一个投票信息的投票协议构造模式。

(2)本投票系统中的每个环节，包括投票管理单元、量子管理单元、量子计票单元相应的量子密钥服务器，充分保证了系统在实际运作中的安全可靠性。

(3)由于每个投票终端传递的投票信息是由投票信息拆分器件拆分，同时通过量子计票单元对幺正变换后的量子态签名，确保了投票人Alice 的对外隐私性。

(4)通过身份验证模块识别若干个投票终端的投票信息的身份标识，可以防止投票人重复投票的行为。

(5)由于量子计票单元需依靠监票单元的第四密钥服务器的验证才能统计选票，监票单元可以制约量子计票单元的权利，因此保证了投票过程的公正性。

(6)投票信息的传递过程采用QKD分次加密的方式保证了整个投票过程的无条件安全性。

(7)利用对一般GHZ纠缠态的局域测量，实现信息通过票数汇总单元瞬时传递，这种传递是不受距离和时间的限制，因此具有无条件安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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为本实用新型基于量子同态签名的量子投票装置的原理示意图；

图2为本实用新型基于量子同态签名的量子投票装置的流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

本实施例基于量子同态签名的量子投票装置如图1-图2所示，基于量子同态签名的量子投票装置，包含若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元、监票单元和票数汇总单元。

各投票终端均包括第一QKD收发机、第一量子密钥服务器，投票信息拆分器和第一量子投票模块。

其中，第一量子投票模块包括第一量子测量装置、第一单粒子源和第一幺正变换装置。QKD收发机输出端与第一量子密钥服务器输入端连接，量子密钥服务器的输出端与投票信息拆分器输入端连接，投票信息拆分器输出端与第一量子测量装置的输入端及第一幺正变换装置的输入端连接。

投票管理单元包括第二QKD收发机、第二量子密钥服务器、量子身份认证模块和第二量子投票模块。

其中，第二量子投票模块包括GHZ纠缠源、第二量子测量装置、第二单粒子源和第二幺正变换装置。第二QKD收发机输出端与第二量子密钥服务器输入端连接，第二量子密钥服务器的输出端分别与第二量子身份认证模块的输入端及第二量子测量装置输入端连接，第二量子测量装置输出端与第二幺正变换装置输入端连接。

其中，第一幺正变换装置和第二幺正变换装置是由单量子比特门U构成的对单个量子比特进行操作的门结构，它能对量子态的量子位做各种幺正变换。

量子计票单元包括第三QKD收发机、第三量子密钥服务器、第三量子投票模块。

其中，第三量子投票模块包括量子测量装置和单粒子源。第三QKD收发机输出端与所述第三量子密钥服务器输入端连接，第三量子密钥服务器的输出端与第三量子测量装置输入端连接。

监票单元包括第四QKD收发机、第四量子密钥服务器、显示端口和第四量子投票模块。

其中，第四量子投票模块包括第四量子测量装置。

第四QKD收发机输出端与第四量子密钥服务器输入端连接，第四量子密钥服务器的输出端以及第四量子测量装置的输出端与显示端口输入端连接。

第一QKD收发机、第二QKD收发机、第三QKD收发机和第四QKD收发机均基于BB84协议并通过经典量子融合信道进行量子密钥分发的装置，最终生成的密钥可通过密钥存储器存储在对应的第一量子密钥服务器或第二量子密钥服务器或第三量子密钥服务器或第四量子密钥服务器中，有密钥请求时可直接从量子密钥服务器中调用。

进一步的具体方案中，第一量子密钥服务器、第二量子密钥服务器、第三量子密钥服务器和第四量子密钥服务器均包括密钥存储器和密钥管理分配系统。

第一量子密钥服务器、所述第二量子密钥服务器、所述第三量子密钥服务器和第四量子密钥服务器均是通过量子密钥的节点为接入量子密钥分配网络获取安全密钥的设备，收集量子密钥实时地直接提供给上层应用，或者暂时存储在各服务器的密钥存储器中，待需要使用时，通过密钥管理分配系统从密钥存储器中调出，实现对突发应用数据的处理。

该量子投票装置中投票终端和监票单元在通过第一QKD收发机、第二 QKD收发机、第三QKD收发机和第四QKD收发机共享量子密钥时，每个QKD 收发机均基于BB84协议完成量子密钥分发、筛选密钥、误码率分析和密性放大等处理操作，最后得到多个共享密钥。同样的，可以得到监票单元和投票管理单元之间的共享密钥，并将共享密钥存储在各自的密钥存储器中。

上述具体实施方式中所用到的量子态测量装置可为计算机控制下的偏振控制器或者由偏振片组成的偏振调制结构。

票数汇总单元通过若干个光分插复用器之间通过光纤以闭环的形式首尾连接，形成环状的经典量子融合信道，投票过程中的若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元和监票单元均分别与一个光分插复用器连接并处于经典量子融合信道的节点上，从而实现节点间的经典和量子信号的传输。

可选的，光分插复用器可以动态选择波长信道，使其他波长信道不受影响的通过，并利用光纤连接成的环状链路动态的发送和接收各个投票终端的投票信息。若干个投票终端、投票管理单元、量子计票单元和监票单元的经典和量子信号并将其耦合到光纤中相互传输数据信息。

该实施例装置在工作中，若干个投票终端各自的投票信息由投票信息拆分器得出。

投票管理单元通过量子身份认证模块中分别向若干个投票终端、计票单元和监票单元发送第二量子密钥服务器中的量子密钥串作为量子身份 ID，存储在各自的密钥存储器中，用于若干个投票终端、计票单元和监票单元分别进行投票信息的身份核对以证明是否具备投票资格。

可选的，投票管理单元通过粒子产生设备分别制备若干组初始粒子和三组若干个标记粒子。其中，若干组初始粒子作为GHZ纠缠源，两组若干个标记粒子分别作为第一单粒子源、第二单粒子源和第三单粒子源。投票管理单元通过粒子分配模块将各组标记粒子依次排序并赋值，以生成若干组粒子序列。第一单粒子源、第一单粒子源和第三单粒子源中的标记粒子为非正交态粒子。投票管理单元通过粒子插入模块对每个粒子随机地赋值以标记量子状态，并分别将第一单粒子源、第二单粒子源和第三单粒子源的一个标记粒子插入到各组粒子序列的若干个初始粒子之间。第四量子投票模块通过粒子删除模块将插入标记粒子之前的各组初始粒子分发给各投票终端，从而盲化了各投票终端通过各自QKD收发机所记录的投票信息。通过标记粒子穿插进初始的粒子序列任一随机位置，使得投票管理单元与任一投票终端的QKD收发机监测粒子序列以防止他人擅自修改投票信息记录，共同实现了对投票信息的窃听。

如果投票管理单元和若干个投票终端监测出粒子序列发生改变，即认定存在投票虚假的情况，则粒子删除模块丢弃删除已得到的粒子序列，由GHZ纠缠源向对应的投票终端重新分发粒子序列。反之，当投票管理单元与若干个投票终端均认定经典量子融合信道中各个节点均不存在窃听后，各投票终端与监票单元通过对应的量子密钥服务器启动各自的QKD收发机以配发并共享量子密钥。

若干个投票终端、量子计票单元和监票单元将认证身份信息的量子ID 发送给投票管理单元，然后投票管理机构单元通过其密钥存储器中存储的量子ID来判断各终端的量子ID是否合格，判断各终端发出的投票信息是否具有投票资格。各投票终端的投票信息与共享密钥经拆分、聚合后完成投票信息的盲化和聚合操作。并且，第一投票模块和第二投票模块分别通过第一幺正变换装置和第二幺正变换装置将盲化后的投票信息编码在对应的GHZ纠缠源上。从第一幺正变换装置和第二幺正变换装置输出的新的粒子序是粒子序列中的粒子经过各投票终端各自幺正操作后形成，上述新的粒子序便是各投票终端对自己投票信息的量子签名。各投票终端将盲化的投票信息和量子签名通过经典量子融合信道传送到量子计票单元。

投票管理单元在其量子投票模块上对投票过程予以签名，即用其幺正变换装置对自己的粒子序列进行幺正操作，其幺正变换装置输出的粒子序列是由投票按照共享密钥对序列粒子中每个粒子进行幺正操作而得。由于投票管理机构并不知道各投票终端的投票信息，因此，上述粒子序便是投票管理机构对量子投票过程认可而得到的量子盲签名。

量子计票单元收到各投票终端的量子签名和投票管理单元的量子盲签名的所有粒子序后，量子计票单元利用其投票模块中的量子测量装置及聚合签名算法对投票信息的聚合并进行签名，并将签名和聚合后加密的投票信息通过经典量子融合信道传递给监票单元。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

一种基于量子同态签名的量子投票装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。