Byzantine agreement, the underlying core of blockchain, aims to make every node in a decentralized network reach consensus. However, the classical Byzantine agreement faces two major problems. One is the $1/3$ fault-tolerance bound, which means the system to tolerate $f$ malicious nodes requires at least $3f+1$ nodes. The other problem is the security loopholes of its classical cryptography methods. Here, we propose a quantum Byzantine agreement that exploits the recursion method and quantum digital signatures to break this bound with nearly $1/2$ fault-tolerance and provides unconditional security. The consistency check between each pair of rounds ensures the unforgeability and nonrepudiation throughout the whole process. Our protocol is highly practical for its ability to transmit arbitrarily long messages and mature techniques. For the first time, we experimentally demonstrate three-party and five-party quantum consensus for a digital ledger. Our work suggests an important avenue for quantum blockchain and quantum consensus networks.


翻译:Byzantine协议是分权网络的基本核心,其目的在于使每个节点都达成共识,然而,古典Byzantine协议面临两大问题:一是1/3美元的过错容忍约束,这意味着容忍美元恶性节点的制度至少需要3f+1美元的节点;另一问题是其传统加密方法的安全漏洞;在此,我们提议一个量子Byzantine协议,利用循环方法和量子数字签名打破这一界限,使用近2.5美元的过错容忍,并提供无条件的安全;每两轮之间的一致性检查确保整个过程的不可磨灭性和不可抵赖性;我们的协议非常实用,能够任意传递长的信息和成熟的技术;我们第一次实验性地展示三方和五方对量子的共识,用于数字分类。我们的工作为量子链和量子共识网络提供了一个重要途径。

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