CN113516462A - 一种基于区块链的量子现金结算***及方法 - Google Patents

一种基于区块链的量子现金结算***及方法 Download PDF

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黄悦华
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Abstract

一种基于区块链的量子现金结算***及方法，其***包括量子现金的结算***、量子现金密钥管理***、量子现金银行、量子现金结算区块链。一种基于区块链的量子现金结算方法，包括量子现金的提取过程，量子现金的支付过程，量子现金的存款过程。用户可以在量子现金的结算***进行注册，在验证完身份与合法性后，便可创建量子现金银行账户；用户通过量子现金密钥管理***完成量子签名，便可从量子现金银行账户中完成量子现金的提取和支付，或将量子现金存入量子现金银行账户，用户的所有相关资料以及结算记录都将保存在量子现金结算区块链中。本发明所述的方案结合了区块链技术和量子加密技术来保证量子现金结算的可靠性，理论上具备无条件安全性。

Description

一种基于区块链的量子现金结算***及方法
技术领域
本发明属于计算机技术领域，具体涉及量子技术领域，具体说是一种基于区块链的量子现金结算技术。
背景技术
现金结算指直接支付现金作为媒介的商品结算，其成交和结算可在同一时间发生。在现金结算中，其结算流程特点是“一手交钱，一手交货”，商品实体运动和商品的价值运动、所有权转移是同时进行的。因此，现金结算的本质特征是商流与物流合一的运动方式，能够保证商品流通与现金流通的相向运动。但现金结算也存在缺陷，无法用于不在同一时间、同一地点进行的交易，也容易受不同国家的现金单位和购买力约束，也不适合大宗交易。
随着互联网和金融行业的快速发展，电子现金的应用日益广泛。电子现金是一种电子形式模拟的现金，可在多方面为在线结算提供类似现金的特性，包括方便性、费用低或零费用、不记名。除了银行以外，电子现金也可以应用于其他的第三方支付服务进行电子化途径的转移或结算，从而突破了传统现金结算的交易地点约束和不同国家货币单位的约束，也适合大宗交易。
但是目前的电子现金技术仍然存在着一些缺点与问题。
一、目前的电子现金安全性不高，容易被攻击。由于量子计算的发展，Grover算法能够破解DES加密体系，Shor算法能够破解RSA加密体系，这对于破解电子现金的加密和签名技术造成重大的风险。一些攻击者也会利用银行***或第三方结算***的漏洞或者攻击技术来伪造电子卡、盗刷电子现金、混入病毒、或植入木马来盗取电子现金账号密码。这都会严重的破坏电子现金的安全性。
二、目前的电子现金结算无法保证消费者的匿名性。传统的电子现金在结算阶段，往往使用非对称加密来验证这个结算是否合法时，商家需要通过消费者的公钥进行计算得到消费者的结算信息，也就是消费者的身份需要被商家了解。因此，传统的电子现金难以做到真实现金的那种匿名和隐私保护，真实现金的使用者完全无法知晓所持有的现金之前经历过哪些持有者或使用者。
三、目前的电子现金解决结算纠纷的能力较弱。在解决结算纠纷阶段，第三方机构需要拿到商家的私钥，但是私钥暴露将存在安全隐患，加上第三方机构的可信度是否足够，也会影响此次审计。即使第三方机构是可信的，在商家与用户进行投诉时，第三方机构也只能去检验商家与用户的身份，并不能采集足够的证据进行审计，而且集中式的结算数据也容易被篡改。
四、目前的电子现金在处理信息效率上有待提升。目前的电子现金结算主要是基于集中式的架构，集中式架构的性能瓶颈受限于其核心服务器和数据库的处理性能。每年双十一的线上采购往往会导致结算量瞬间暴涨，从而导致用户响应延迟，降低了用户的体验质量和结算效率。
现金是市场里重要的结算媒介，也是我们每个人购买商品，保存财富的媒介。随着量子计算机和量子计算的不断发展和应用，目前的电子现金技术面临着巨大的挑战和风险。但是，量子计算和区块链技术也给电子现金技术提供了一种改进的方式，有可能会产生更加高效、安全、可靠的量子现金方法。然而我国基本上没有一种基于区块链的量子现金结算方法。
发明内容
本发明所提供的一种基于区块链的量子现金结算技术，通过将量子加密和区块链等技术融入现金结算***中，从而提高现金结算的安全性和效率。
一种基于区块链的量子现金结算***，包括量子现金的结算***、量子现金密钥管理***、量子现金银行、量子现金结算区块链；
量子现金的结算***，为用户提供量子现金结算的官方结算平台，用户可以进行注册，在验证完身份与合法性后，便可创建量子现金银行账户，就能在此平台进行量子现金结算，通过量子现金密钥管理***完成量子签名，便可从量子现金银行账户中完成量子现金的提取和支付，或将量子现金存入量子现金银行账户，用户的所有相关资料以及结算记录都将保存在量子现金结算区块链中；
量子现金密钥管理***，为量子现金结算提供量子密钥分配和密钥管理；当付款方和收款方用户开始结算时，由付款方用户向量子现金的结算***提交量子现金结算请求，量子现金的结算***响应付款方用户提交的量子现金结算请求，并向付款方用户和收款方用户分配量子密钥，付款方用户使用分配的量子密钥对结算信息签名，同意本次结算并进行支付授权，量子现金的结算***将对应数量的量子现金结算金额转到收款方账户，收款方用户使用分配的量子密钥完成签名，本次结算转账完成；
量子现金银行，为用户提供量子现金账户，可向付款方用户提供量子现金的提取、支付、和存款，为收款方用户提供量子现金的存款；量子现金的结算***响应用户提交的量子现金结算提取、支付、和存款请求，当用户使用量子现金密钥管理***完成量子现金的签名后，量子现金银行根据用户的请求完成相应数额量子现金的转移支付，包括从量子现金银行账户提取对应数额的量子现金给用户，或将付款方用户对应数额的量子现金从付款账户转移到收款方账户，或将用户的量子现金存款存入用户的量子现金银行账户；
量子现金结算区块链，存储用户信息、结算记录以及账户余额等相关所有信息，量子现金的结算***可将结算中的时间、付款人、收款人、结算金额自动保存到量子现金结算区块链；量子现金银行可将用户量子现金结算中提取、支付、和存款情况保存到量子现金结算区块链；当结算过程中出现纠纷时，量子现金结算区块链会进入审计阶段，量子现金结算区块链中的所有区块会根据量子现金结算区块链中的结算记录、付款人、收款人等相关记录和证据进行共识计算，并且根据共识结果进行裁决，保证用户的合法利益。
一种基于区块链的量子现金结算方法，包括三个主要步骤；
步骤1，量子现金的提取；在进行结算前，用户首先进入量子现金的结算***完成注册和登陆，用户输入相关信息后，由量子现金的结算***QECash进行身份验证，如果用户信息满足所有要求和合法性，则由量子现金密钥管理***进行量子密钥的分发和安全性检查，如果量子密钥分发正确，则注册成功；量子现金的结算***QECash为该用户在量子现金银行上创建一个账户；之后用户就可以登陆量子现金的结算***QECash进行量子现金的提取、支付和存款的操作；量子现金的结算***QECash帮助用户从量子现金银行提取相应数额的量子现金，并将提取结果保存在量子现金结算区块链中；
步骤2，量子现金的支付；在进行结算时，付款方用户和收款方用户都需要登陆量子现金的结算***，在结算结束时需要完成量子现金的支付，付款方用户使用量子现金密钥管理***进行量子签名，便可通过量子现金的结算***将其在量子现金银行账户上相应数额的量子现金支付到收款方在量子现金银行账户，收款方用户使用量子现金密钥管理***进行量子签名并确认本次支付，最后将支付结果保存在量子现金结算区块链中；
步骤3，量子现金的存款；在结算结束后，收款方用户可以将量子现金存入其在量子现金银行账户；在结算前，付款方用户也可将量子现金存入其在量子现金银行账户，以供下次结算时支付使用；量子现金的结算***可将收款方用户或付款方用户存款结果保存在量子现金结算区块链中；量子现金存款时可选择使用或不使用量子现金密钥管理***进行量子签名，优选地，正确登陆的付款方或收款方在存款时可不使用量子现金密钥管理***实施量子签名。
一种基于区块链的量子现金结算方法，所述的步骤1量子现金的提取中，首先需要用户完成身份进行认证，然后在用户与量子现金的结算***QECash之间构建的量子纠缠态，并检测用户与量子现金的结算***QECash之间的量子信道是否安全，只有持有纠缠态的量子粒子的用户才可被认为是合法的量子现金用户，通过身份认证的用户即可成为量子现金的付款方或收款方；量子现金的结算***QECash为该用户在量子现金银行上创建一个账户，授权该用户账户在量子现金银行QBank上支付量子现金；
量子现金的提取步骤1.1、单个用户Alice提取、支付或存款量子现金之前，先到量子现金的结算***QECash上进行身份认证；未取得合法身份的用户必须先进行注册，注册时在量子现金的结算***QECash填入个人的身份信息，再由量子现金的结算***QECash对其身份信息进行审核；优选地，审核成功后，量子现金的结算***QECash为用户Alice在量子现金银行QBank创建一个账户；
量子现金的提取步骤1.2、量子现金的结算***QECash创建量子信道；首先由量子现金的结算***QECash调用量子现金密钥管理***KDM制备多粒子纠缠态，并由量子现金密钥管理***KDM分发给单个用户Alice和量子现金银行QBank；量子现金密钥管理***KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|b1>B、|b2>B发送给量子现金银行QBank，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金密钥管理***KDM生成的每一组多粒子纠缠态可描述为：
Figure BDA0003102636560000041
量子现金的提取步骤1.3、量子信道安全性检测；量子现金密钥管理***KDM从M组多粒子纠缠态中随机选出M-N(M>N)个纠缠粒子进行测量；用户Alice和量子现金银行QBank也对手中对应编号的纠缠粒子在+x方向或-x方向测量，并在经典信道公开比较三方的测量结果；
量子现金的提取步骤1.4、量子现金密钥管理***KDM、量子现金银行QBank、用户Alice三方在经典信道公布出这些纠缠粒子的编号和测量结果；如果比较这些纠缠粒子的测量误差满足预先约定的关联性阈值，则认为量子信道的安全性检测合格，量子现金密钥管理***KDM将安全检测结果告知量子现金的结算***QECash，并进入下一步骤1.5；如果量子信道的测量误差超出了预先约定的关联性阈值，则身份认证不成功，终止本次身份认证，用户无法取得量子现金提取、支付、存款权限；已经注册成功的合法用户，无需再次注册，每次仅需通过量子现金的结算***QECash登陆量子现金银行QBank账户，按后续步骤完成提取步骤；
量子现金的提取步骤1.5、量子密钥的分配和共享；此时，量子现金密钥管理***KDM、用户和量子现金银行QBank三方之间建立了安全的量子信道；量子现金密钥管理***KDM将剩下的多粒子纠缠态分成纠缠粒子组，每组纠缠粒子组含有M(M>N)个多粒子纠缠态，可作为安全的量子密钥用于三方进行量子现金提取、支付和存款所需的数字签名；其中，量子现金密钥管理***KDM与用户Alice共享量子密钥KAD，用户Alice和量子现金银行QBank共享量子密钥KAB；
量子现金的提取步骤1.6、用户Alice向量子现金的结算***QECash发送提取量子现金的请求；用户Alice对量子现金持有人信息IA和量子现金SA使用量子密钥KAD进行签名，三方可以约定量子签名算法
Figure BDA0003102636560000051
结果记为
Figure BDA0003102636560000052
同时用户Alice将签名结果发送至量子现金密钥管理***KDM，请求对该量子现金SA提取；
量子现金的提取步骤1.7、量子现金密钥管理***KDM使用量子密钥KAB进行加密，三方可以约定量子加密算法
Figure BDA0003102636560000053
结果记为
Figure BDA0003102636560000054
并将结果发送到量子现金银行QBank；
量子现金的提取步骤1.8、量子现金银行QBank接收到量子现金密钥管理***KDM转发的用户Alice签名的对量子现金SA的提取请求后，即
Figure BDA0003102636560000055
使用KAB进行解密，三方可以约定量子解密算法
Figure BDA0003102636560000056
结果记为
Figure BDA0003102636560000057
并将测量结果发送给量子现金密钥管理***KDM；
量子现金的提取步骤1.9、量子现金密钥管理***KDM收到量子现金银行QBank发送的测量结果，使用量子密钥KAD进行解密，三方可以约定量子加密算法
Figure BDA0003102636560000058
结果记为
Figure BDA0003102636560000059
量子现金密钥管理***KDM比较测量结果是否正确；如果结果正确，量子现金密钥管理***KDM确认用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并向量子现金的结算***QECash发送确认信息，转入步骤1.10；否则，量子现金密钥管理***KDM拒绝用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并发送拒绝消息到量子现金的结算***QECash，本次量子现金提取过程中止；
量子现金的提取步骤1.10、量子现金的结算***QECash接收到量子现金密钥管理***KDM发送的确认消息，则向量子现金银行QBank发送确认消息，量子现金银行QBank调整用户Alice账户的量子现金信息，用户Alice可提取到相应数额的真实量子现金；真实量子现金的实现形式由量子现金银行QBank事先约定，使用与对应量子现金一致的法定货币，或代金券，或其他合法的现金形式；优选地，可直接打印量子现金，并可打印出量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，可供结算时查询，由于该哈希值每次结算时需要创建新的区块重新记账，避免了每次结算时重复使用和反复查询；
量子现金的提取步骤1.11、量子现金银行QBank将修改的量子现金信息发送量子现金结算区块链中进行分布式存储，量子现金结算区块链使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金提取无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金提取数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金提取记账。
一种基于区块链的量子现金结算方法，所述的步骤2量子现金的支付过程中，首先必须保证量子现金付款方Alice与收款方Charlie均为量子现金的结算***QECash的合法注册用户，通过了合法的身份认证；如有一方为非法用户，则量子现金的支付无法实施；用户Alice向量子现金的结算***QECash提交支付请求，收款方Charlie向量子现金的结算***QECash提交收款账户，并通过量子现金银行QBank实现付款账户向收款账户的支付过程；量子现金的结算***QECash在提取、支付和存款的整个过程中起到监督作用，并保护用户的隐私，量子现金的结算***QECash在用户发生欺骗或***运行错误时，可介入为支付双方提供审计，假设用户Alice为付款方，其收款的对象为量子现金收款方Charlie，量子现金支付的具体过程为；
量子现金的支付步骤2.1、量子现金付款方Alice向量子现金的结算***QECash提出将量子现金SA支付给收款方Charlie的请求；量子现金的结算***QECash根据支付请求，通过量子现金密钥管理***KDM为量子现金付款方Alice和量子现金收款方Charlie制备共享量子密钥KAD和KCD；
量子现金的支付步骤2.2、量子现金密钥管理***KDM制备并分发GHZ三重态，使量子现金的结算***QECash、量子现金付款方Alice、收款方Charlie每人拥有GHZ态中的一个粒子
Figure BDA0003102636560000071
量子现金密钥管理***KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|c1>C、|c2>C发送给量子现金收款方Charlie，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金的支付步骤2.3、量子现金用户Alice制备与量子现金SA对应的量子比特串，表示为|Ψ(SA)>；所述量子现金，不同于经典现金，使用量子态描述其量子现金编码ID和量子现金信息，量子现金的量子态符合量子力学的基本原理，具有纠缠、叠加、非克隆性质；
量子现金的支付步骤2.4、量子现金用户Alice使用约定的量子加密算法和量子密钥KAD加密量子现金持有人信息IA和量子现金比特串|Ψ(SA)>，结果为
Figure BDA0003102636560000072
量子现金的支付步骤2.5、量子现金用户Alice使用Bell测量基测量量子现金比特与自己手中的三重态粒子，测量基为RA；
量子现金的支付步骤2.6、量子现金用户Alice使用量子密钥KAD对加密的量子现金比特串
Figure BDA0003102636560000073
和测量基RA进行量子签名，签名结果表示为
Figure BDA0003102636560000074
Figure BDA00031026365600000711
并将签名好的量子现金支付信息发送给量子现金收款方Charlie；
量子现金的支付步骤2.7、量子现金收款方Charlie收到量子现金付款方Alice签名好的量子现金支付信息
Figure BDA0003102636560000075
量子现金收款方Charlie使用x方向的测量基测量自己的每一个GHZ粒子，在+x方向或-x方向，所有粒子的测量结果记为RC；
量子现金的支付步骤2.8、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD加密RC和量子现金支付信息
Figure BDA0003102636560000076
结果记为
Figure BDA0003102636560000077
Figure BDA0003102636560000078
并发送给量子现金密钥管理***(102)KDM，表示愿意接受该支付的量子现金SA；
量子现金的支付步骤2.9、量子现金密钥管理***KDM收到收款方Charlie接受量子现金支付的消息后，用量子密钥KCD解密，从而获得RE和
Figure BDA0003102636560000079
进一步地，量子现金密钥管理***KDM使用量子密钥KAD解密
Figure BDA00031026365600000710
Figure BDA0003102636560000081
从而得到IA,|Ψ(SA)>}和RA，可获取本次支付的量子现金SA；量子现金的结算***QECash检索量子现金结算区块链，判断量子现金SA的合法性；如该量子现金合法，则确认本次量子现金支付，转入步骤2.10；如该量子现金为非法，或不符合量子现金结算区块链的所有区块共识，则自动认为该量子现金支付为非法，终止本次量子现金支付业务；
量子现金的支付步骤2.10、量子现金密钥管理***KDM选择测量基测量自己的GHZ粒子，测量结果记为RD，并使用量子密钥KCD加密RA，RC，RD，量子现金持有人信息IA和量子现金|Ψ(SA)>，结果记为
Figure BDA0003102636560000082
并将该结果发往量子现金收款方Charlie，表示***已经确认该量子现金支付的合法性；
量子现金的支付步骤2.11、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD解密
Figure BDA0003102636560000083
Figure BDA0003102636560000084
得到参数RA,RC,RD,IA,|Ψ(SA)>；如果测量结果符合GHZ三重态的特征，则量子现金收款方Charlie接收该量子现金，确认量子现金付款方Alice的签名，转入步骤2.12；否则，本次量子现金支付无效，支付过程中止；
量子现金的支付步骤2.12、量子现金的结算***QECash接收到量子现金密钥管理***KDM发送的确认消息，则向量子现金银行QBank发送确认消息，量子现金银行QBank根据量子现金支付信息将相应数额的量子现金从付款方Alice账户转移到收款方Charlie账户，并修改量子现金持有人信息IA；
量子现金的支付步骤2.13、量子现金银行QBank将支付完成消息发送到量子现金结算区块链中进行分布式存储，量子现金结算区块链使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金支付无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金支付数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金支付记账。
一种基于区块链的量子现金结算方法，所述的步骤3量子现金的存款过程，将本次提交的量子现金存入量子现金银行QBank，并记录本次存款结果；如要修改本次存款信息，则必须经过量子现金结算区块链上所有区块同意，并修改所有区块上的账本；进一步地，存款区块越多，修改存款信息就越难；具体步骤为：
量子现金的存款步骤3.1、量子现金存款方Alice向量子现金的结算***QECash提交存款请求；量子现金的结算***QECash将本次提取、支付和存款的量子现金|Ψ(SA)>发送给量子现金银行QBank；
量子现金的存款步骤3.2、量子现金的结算***QECash使用量子现金密钥管理***KDM检查量子现金存款方Alice和量子现金银行QBank所持有的粒子是否符合GHZ三重态；如果符合，则量子现金银行QBank修改量子现金持有人信息和存款账户信息，并转入下一步骤；否则，量子现金存款失败，不修改量子现金信息，直接将本次存款信息发送给量子现金结算区块链进行共识和审计；
量子现金的存款步骤3.3、量子现金银行QBank修改完量子现金持有人信息和存款账户信息，将修改的量子现金信息发送至量子现金结算区块链对本次存款进行记账，量子现金结算区块链使用多个地理位置分散的区块节点进行记账，所有区块上的存款账本信息一致，且记账以后均不可篡改；优选地，可直接对打印的量子现金进行存款，量子现金结算区块链核对量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，并相应修改本次存款时记账区块信息；
量子现金的存款步骤3.4、量子现金银行QBank将存款结果和记账信息发给量子现金结算区块链进行共识和审计，量子现金结算区块链检索所有区块上信息是否一致；如所有区块共识一致，则本次存款审计符合要求，确认本次量子现金存款业务合格；如果本次量子现金存款无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链自行裁决，由所有记账区块通过共识算法来确定量子现金存款是否合法，与大多数记账节点不一致的量子现金存款数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金存款请求。
采用上述技术方案，能带来以下技术效果：
1)本发明所述的方案能够在很大程度上提高现金结算***的安全性。本发明所述的量子现金方案是基于量子力学的测不准原理和不可克隆原理，使得量子现金基本上是无法伪造出来的，因此安全性可以提高许多。量子现金不仅可以防止电子现金的编码和关键技术被破解，而且也可以有效防止量子计算导致的量子攻击。
2)本发明所述的方案是通过量子加密技术来保证结算的匿名性。在结算的过程中，结算记录仅仅结算双方才能看见，商家是无法看到用户的私人信息的。在结算的过程中，生成的密钥都是通过量子加密技术来完成，量子现金的结算方能够确认两个不信任的结算方参与现金结算，但无法知晓对方的隐私和个人信息。本方案所述的区块链分布式存储技术允许用户查询公开的结算信息，但无法获知量子现金的隐私信息，例如量子现金的持有人信息是量子加密的。
3)本发明所述的方案可以做到自动处理结算纠纷。量子现金结算结束时会在区块链中进行分布式存储。区块链的读取可近可远，方便访问用户本地离线区块链副本。区块链***将会对整个结算过程进行监督，只有当发生争议时，区块链***才会介入审计，通过所有区块的共识算法来自行解决双方纠纷问题，与大多数区块记账不一致的现金结算将会被否决。打印出来的量子现金也能够在保护用户隐私的同时，借助区块链实现交易冲突的查询和裁决。
4)本发明所述的方案能够进行大规模地高效的处理***中所产生的各种数据。本发明使用的是量子并行算法，可以让计算速度大大提升。本技术方案的量子签名算法具有无条件安全性，且安全性与算法的性能和复杂性无关，适合快速处理大规模的现金结算数据。本技术方案是去中心化，运算性能也不受限于核心服务器或数据库，即使某个记账区块故障，也不会影响整个量子现金区块链的工作有效性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明的结构框图；
图2为本发明的工作方法流程图；
具体实施方式
如图1所示，一种基于区块链的量子现金结算***，包括量子现金的结算***、量子现金密钥管理***、量子现金银行、量子现金结算区块链；
量子现金的结算***可为用户提供量子现金结算，用户通过量子现金的结算***进行注册，在验证完成身份与合法性后，创建量子现金银行账户，即可进行量子现金结算；
量子现金密钥管理***用于量子签名，在完成量子签名后从量子现金银行账户中完成量子现金的提取及支付；或者将量子现金存入量子现金银行账户；
量子现金结算区块链用于保存用户的资料及结算记录。
量子现金秘钥管理***，为量子现金结算提供量子密钥分配和密钥管理；当付款方和收款方用户开始结算时，由付款方用户向量子现金的结算***提交量子现金结算请求，量子现金的结算***响应付款方用户提交的量子现金结算请求，并向付款方用户和收款方用户分配量子密钥，付款方用户使用分配的量子密钥对结算信息签名，同意本次结算并进行支付授权，量子现金的结算***将对应数量的量子现金结算金额转到收款方账户，收款方用户使用分配的量子密钥完成签名，本次结算转账完成。
量子现金银行，为用户提供量子现金账户，向付款方用户提供量子现金的提取、支付、和存款，为收款方用户提供量子现金的存款；量子现金的结算***响应用户提交的量子现金结算提取、支付、和存款请求，当用户使用量子现金密钥管理***完成量子现金的签名后，量子现金银行根据用户的请求完成相应数额量子现金的转移支付，包括从量子现金银行账户提取对应数额的量子现金给用户，或将付款方用户对应数额的量子现金从付款账户转移到收款方账户，或将用户的量子现金存款存入用户的量子现金银行账户。
量子现金结算区块链用于存储用户信息、结算记录以及账户余额等相关所有信息；量子现金的结算***可将结算中的时间、付款人、收款人、结算金额自动保存到量子现金结算区块链；量子现金银行可将用户量子现金结算中提取、支付、和存款情况保存到量子现金结算区块链；当结算过程中出现纠纷时，量子现金结算区块链会进入审计阶段，量子现金结算区块链中的所有区块会根据量子现金结算区块链中的结算记录、付款人、收款人等相关记录和证据进行共识计算，并且根据共识结果进行裁决，保证用户的合法利益。
一种基于区块链的量子现金结算方法，包括三个步骤；
步骤1，量子现金的提取；
步骤2，量子现金的支付；
步骤3，量子现金的存款；
在步骤1中，在进行结算前，用户首先进入量子现金的结算***完成注册和登陆，用户输入相关信息后，由量子现金的结算***QECash进行身份验证，如果用户信息满足所有要求和合法性，则由量子现金密钥管理***进行量子密钥的分发和安全性检查，如果量子密钥分发正确，则注册成功；量子现金的结算***QECash为该用户在量子现金银行上创建一个账户；之后用户就可以登陆量子现金的结算***QECash进行量子现金的提取、支付和存款的操作；量子现金的结算***QECash帮助用户从量子现金银行提取相应数额的量子现金，并将提取结果保存在量子现金结算区块链中。
在步骤1中，在进行量子现金的提取时，包括以下步骤：
量子现金的提取步骤1.1、单个用户Alice提取、支付或存款量子现金之前，先到量子现金的结算***QECash上进行身份认证；未取得合法身份的用户必须先进行注册，注册时在量子现金的结算***QECash填入个人的身份信息，再由量子现金的结算***QECash对其身份信息进行审核；优选地，审核成功后，量子现金的结算***QECash为用户Alice在量子现金银行QBank创建一个账户；
量子现金的提取步骤1.2、量子现金的结算***QECash创建量子信道；首先由量子现金的结算***QECash调用量子现金密钥管理***KDM制备多粒子纠缠态，并由量子现金密钥管理***KDM分发给单个用户Alice和量子现金银行QBank；量子现金密钥管理***KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|b1>B、|b2>B发送给量子现金银行QBank，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金密钥管理***KDM生成的每一组多粒子纠缠态可描述为：
Figure BDA0003102636560000121
量子现金的提取步骤1.3、量子信道安全性检测；量子现金密钥管理***102KDM从M组多粒子纠缠态中随机选出M-N(M>N)个纠缠粒子进行测量；用户Alice和量子现金银行103QBank也对手中对应编号的纠缠粒子在+x方向或-x方向测量，并在经典信道公开比较三方的测量结果；
量子现金的提取步骤1.4、量子现金密钥管理***102KDM、量子现金银行103QBank、用户Alice三方在经典信道公布出这些纠缠粒子的编号和测量结果；如果比较这些纠缠粒子的测量误差满足预先约定的关联性阈值，则认为量子信道的安全性检测合格，量子现金密钥管理***102KDM将安全检测结果告知量子现金的结算***101QECash，并进入下一步骤1.5；如果量子信道的测量误差超出了预先约定的关联性阈值，则身份认证不成功，终止本次身份认证，用户无法取得量子现金提取、支付、存款权限；已经注册成功的合法用户，无需再次注册，每次仅需通过量子现金的结算***101QECash登陆量子现金银行103QBank账户，按后续步骤完成提取步骤；
量子现金的提取步骤1.5、量子密钥的分配和共享；此时，量子现金密钥管理***102KDM、用户和量子现金银行103QBank三方之间建立了安全的量子信道；量子现金密钥管理***102KDM将剩下的多粒子纠缠态分成纠缠粒子组，每组纠缠粒子组含有M(M>N)个多粒子纠缠态，可作为安全的量子密钥用于三方进行量子现金提取、支付和存款所需的数字签名；其中，量子现金密钥管理***102KDM与用户Alice共享量子密钥KAD，用户Alice和量子现金银行103QBank共享量子密钥KAB；
量子现金的提取步骤1.6、用户Alice向量子现金的结算***101QECash发送提取量子现金的请求；用户Alice对量子现金持有人信息IA和量子现金SA使用量子密钥KAD进行签名，三方可以约定量子签名算法
Figure BDA0003102636560000122
结果记为
Figure BDA0003102636560000123
同时用户Alice将签名结果发送至量子现金密钥管理***102KDM，请求对该量子现金SA提取；
量子现金的提取步骤1.7、量子现金密钥管理***102KDM使用量子密钥KAB进行加密，三方可以约定量子加密算法
Figure BDA0003102636560000131
结果记为
Figure BDA0003102636560000132
并将结果发送到量子现金银行103QBank；
量子现金的提取步骤1.8、量子现金银行103QBank接收到量子现金密钥管理***102KDM转发的用户Alice签名的对量子现金SA的提取请求后，即
Figure BDA0003102636560000133
使用KAB进行解密，三方可以约定量子解密算法
Figure BDA0003102636560000134
结果记为
Figure BDA0003102636560000135
Figure BDA0003102636560000136
并将测量结果发送给量子现金密钥管理***102KDM；
量子现金的提取步骤1.9、量子现金密钥管理***102KDM收到量子现金银行103QBank发送的测量结果，使用量子密钥KAT进行解密，三方可以约定量子加密算法
Figure BDA0003102636560000137
结果记为
Figure BDA0003102636560000138
量子现金密钥管理***102KDM比较测量结果是否正确；如果结果正确，量子现金密钥管理***102KDM确认用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并向量子现金的结算***101QECash发送确认信息，转入步骤1.10；否则，量子现金密钥管理***102KDM拒绝用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并发送拒绝消息到量子现金的结算***101QECash，本次量子现金提取过程中止；
量子现金的提取步骤1.10、量子现金的结算***101QECash接收到量子现金密钥管理***102KDM发送的确认消息，则向量子现金银行103QBank发送确认消息，量子现金银行103QBank调整用户Alice账户的量子现金信息，用户Alice可提取到相应数额的真实量子现金；真实量子现金的实现形式由量子现金银行103QBank事先约定，使用与对应量子现金一致的法定货币，或代金券，或其他合法的现金形式；优选地，可直接打印量子现金，并可打印出量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，可供结算时查询，由于该哈希值每次结算时需要创建新的区块重新记账，避免了每次结算时重复使用和反复查询；
量子现金的提取步骤1.11、量子现金银行103QBank将修改的量子现金信息发送量子现金结算区块链104中进行分布式存储，量子现金结算区块链104使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金提取无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链104中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金提取数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金提取记账。
在步骤2中，在进行量子现金的支付时，采用以下步骤：
量子现金的支付步骤2.1、量子现金付款方Alice向量子现金的结算***101QECash提出将量子现金SA支付给收款方Charlie的请求；量子现金的结算***101QECash根据支付请求，通过量子现金密钥管理***102KDM为量子现金付款方Alice和量子现金收款方Charlie制备共享量子密钥KAD和KCD；
量子现金的支付步骤2.2、量子现金密钥管理***102KDM制备并分发GHZ三重态，使量子现金的结算***101QECash、量子现金付款方Alice、收款方Charlie每人拥有GHZ态中的一个粒子
Figure BDA0003102636560000141
量子现金密钥管理***102KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|c1>C、|c2>C发送给量子现金收款方Charlie，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金的支付步骤2.3、量子现金用户Alice制备与量子现金SA对应的量子比特串，表示为|Ψ(SA)>；所述量子现金，不同于经典现金，使用量子态描述其量子现金编码ID和量子现金信息，量子现金的量子态符合量子力学的基本原理，具有纠缠、叠加、非克隆性质；
量子现金的支付步骤2.4、量子现金用户Alice使用约定的量子加密算法和量子密钥KAD加密量子现金持有人信息IA和量子现金比特串|Ψ(SA)>，结果为
Figure BDA0003102636560000142
量子现金的支付步骤2.5、量子现金用户Alice使用Bell测量基测量量子现金比特与自己手中的三重态粒子，测量基为RA；
量子现金的支付步骤2.6、量子现金用户Alice使用量子密钥KAD对加密的量子现金比特串
Figure BDA0003102636560000143
和测量基RA进行量子签名，签名结果表示为
Figure BDA0003102636560000144
Figure BDA0003102636560000145
并将签名好的量子现金支付信息发送给量子现金收款方Charlie；
量子现金的支付步骤2.7、量子现金收款方Charlie收到量子现金付款方Alice签名好的量子现金支付信息
Figure BDA0003102636560000151
量子现金收款方Charlie使用x方向的测量基测量自己的每一个GHZ粒子，在+x方向或-x方向，所有粒子的测量结果记为RC；
量子现金的支付步骤2.8、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD加密RC和量子现金支付信息
Figure BDA0003102636560000152
结果记为
Figure BDA0003102636560000153
Figure BDA0003102636560000154
并发送给量子现金密钥管理***102KDM，表示愿意接受该支付的量子现金SA；
量子现金的支付步骤2.9、量子现金密钥管理***102KDM收到收款方Charlie接受量子现金支付的消息后，用量子密钥KCD解密，从而获得RE和
Figure BDA0003102636560000155
进一步地，量子现金密钥管理***102KDM使用量子密钥KAD解密
Figure BDA0003102636560000156
Figure BDA0003102636560000157
从而得到IA,|Ψ(SA)>}和RA，可获取本次支付的量子现金SA；量子现金的结算***101QECash检索量子现金结算区块链104，判断量子现金SA的合法性；如该量子现金合法，则确认本次量子现金支付，转入步骤2.10；如该量子现金为非法，或不符合量子现金结算区块链104的所有区块共识，则自动认为该量子现金支付为非法，终止本次量子现金支付业务；
量子现金的支付步骤2.10、量子现金密钥管理***102KDM选择测量基测量自己的GHZ粒子，测量结果记为RD，并使用量子密钥KCD加密RA，RC，RD，量子现金持有人信息IA和量子现金|Ψ(SA)>，结果记为
Figure BDA0003102636560000158
并将该结果发往量子现金收款方Charlie，表示***已经确认该量子现金支付的合法性；
量子现金的支付步骤2.11、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD解密
Figure BDA0003102636560000159
Figure BDA00031026365600001510
得到参数RA,RC,RD,IA,|Ψ(SA)>；如果测量结果符合GHZ三重态的特征，则量子现金收款方Charlie接收该量子现金，确认量子现金付款方Alice的签名，转入步骤2.12；否则，本次量子现金支付无效，支付过程中止；
量子现金的支付步骤2.12、量子现金的结算***101QECash接收到量子现金密钥管理***102KDM发送的确认消息，则向量子现金银行103QBank发送确认消息，量子现金银行103QBank根据量子现金支付信息将相应数额的量子现金从付款方Alice账户转移到收款方Charlie账户，并修改量子现金持有人信息IA；
量子现金的支付步骤2.13、量子现金银行103QBank将支付完成消息发送到量子现金结算区块链104中进行分布式存储，量子现金结算区块链104使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金支付无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链104中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金支付数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金支付记账。
在进行量子现金的存款时，采用以下步骤：
量子现金的存款步骤3.1、量子现金存款方Alice向量子现金的结算***101QECash提交存款请求；量子现金的结算***101QECash将本次提取、支付和存款的量子现金|Ψ(SA)>发送给量子现金银行103QBank；
量子现金的存款步骤3.2、量子现金的结算***101QECash使用量子现金密钥管理***102KDM检查量子现金存款方Alice和量子现金银行103QBank所持有的粒子是否符合GHZ三重态；如果符合，则量子现金银行103QBank修改量子现金持有人信息和存款账户信息，并转入下一步骤；否则，量子现金存款失败，不修改量子现金信息，直接将本次存款信息发送给量子现金结算区块链104进行共识和审计；
量子现金的存款步骤3.3、量子现金银行103QBank修改完量子现金持有人信息和存款账户信息，将修改的量子现金信息发送至量子现金结算区块链104对本次存款进行记账，量子现金结算区块链104使用多个地理位置分散的区块节点进行记账，所有区块上的存款账本信息一致，且记账以后均不可篡改；优选地，可直接对打印的量子现金进行存款，量子现金结算区块链104核对量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，并相应修改本次存款时记账区块信息；
量子现金的存款步骤3.4、量子现金银行103QBank将存款结果和记账信息发给量子现金结算区块链104进行共识和审计，量子现金结算区块链104检索所有区块上信息是否一致；如所有区块共识一致，则本次存款审计符合要求，确认本次量子现金存款业务合格；如果本次量子现金存款无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链104自行裁决，由所有记账区块通过共识算法来确定量子现金存款是否合法，与大多数记账节点不一致的量子现金存款数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金存款请求。
一种量子现金的提取方法，它包括以下步骤：
量子现金的提取步骤1.1、单个用户Alice提取、支付或存款量子现金之前，先到量子现金的结算***101QECash上进行身份认证；未取得合法身份的用户必须先进行注册，注册时在量子现金的结算***101QECash填入个人的身份信息，再由量子现金的结算***101QECash对其身份信息进行审核；优选地，审核成功后，量子现金的结算***101QECash为用户Alice在量子现金银行103QBank创建一个账户；
量子现金的提取步骤1.2、量子现金的结算***101QECash创建量子信道；首先由量子现金的结算***101QECash调用量子现金密钥管理***KDM102制备多粒子纠缠态，并由量子现金密钥管理***102KDM分发给单个用户Alice和量子现金银行103QBank；量子现金密钥管理***102KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|b1>B、|b2>B发送给量子现金银行103QBank，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金密钥管理***102KDM生成的每一组多粒子纠缠态可描述为：
Figure BDA0003102636560000171
量子现金的提取步骤1.3、量子信道安全性检测；量子现金密钥管理***102KDM从M组多粒子纠缠态中随机选出M-N(M>N)个纠缠粒子进行测量；用户Alice和量子现金银行103QBank也对手中对应编号的纠缠粒子在+x方向或-x方向测量，并在经典信道公开比较三方的测量结果；
量子现金的提取步骤1.4、量子现金密钥管理***102KDM、量子现金银行103QBank、用户Alice三方在经典信道公布出这些纠缠粒子的编号和测量结果；如果比较这些纠缠粒子的测量误差满足预先约定的关联性阈值，则认为量子信道的安全性检测合格，量子现金密钥管理***102KDM将安全检测结果告知量子现金的结算***101QECash，并进入下一步骤1.5；如果量子信道的测量误差超出了预先约定的关联性阈值，则身份认证不成功，终止本次身份认证，用户无法取得量子现金提取、支付、存款权限；已经注册成功的合法用户，无需再次注册，每次仅需通过量子现金的结算***101QECash登陆量子现金银行103QBank账户，按后续步骤完成提取步骤；
量子现金的提取步骤1.5、量子密钥的分配和共享；此时，量子现金密钥管理***102KDM、用户和量子现金银行103QBank三方之间建立了安全的量子信道；量子现金密钥管理***102KDM将剩下的多粒子纠缠态分成纠缠粒子组，每组纠缠粒子组含有M(M>N)个多粒子纠缠态，可作为安全的量子密钥用于三方进行量子现金提取、支付和存款所需的数字签名；其中，量子现金密钥管理***102KDM与用户Alice共享量子密钥KAD，用户Alice和量子现金银行103QBank共享量子密钥KAB；
量子现金的提取步骤1.6、用户Alice向量子现金的结算***101QECash发送提取量子现金的请求；用户Alice对量子现金持有人信息IA和量子现金SA使用量子密钥KAD进行签名，三方可以约定量子签名算法
Figure BDA0003102636560000181
结果记为
Figure BDA0003102636560000182
同时用户Alice将签名结果发送至量子现金密钥管理***102KDM，请求对该量子现金SA提取；
量子现金的提取步骤1.7、量子现金密钥管理***102KDM使用量子密钥KAB进行加密，三方可以约定量子加密算法
Figure BDA0003102636560000183
结果记为
Figure BDA0003102636560000184
并将结果发送到量子现金银行103QBank；
量子现金的提取步骤1.8、量子现金银行103QBank接收到量子现金密钥管理***102KDM转发的用户Alice签名的对量子现金SA的提取请求后，即
Figure BDA0003102636560000185
使用KAB进行解密，三方可以约定量子解密算法
Figure BDA0003102636560000186
结果记为
Figure BDA0003102636560000187
Figure BDA0003102636560000188
并将测量结果发送给量子现金密钥管理***102KDM；
量子现金的提取步骤1.9、量子现金密钥管理***102KDM收到量子现金银行103QBank发送的测量结果，使用量子密钥KAT进行解密，三方可以约定量子加密算法
Figure BDA0003102636560000189
结果记为
Figure BDA00031026365600001810
量子现金密钥管理***102KDM比较测量结果是否正确；如果结果正确，量子现金密钥管理***102KDM确认用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并向量子现金的结算***101QECash发送确认信息，转入步骤1.10；否则，量子现金密钥管理***102KDM拒绝用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并发送拒绝消息到量子现金的结算***101QECash，本次量子现金提取过程中止；
量子现金的提取步骤1.10、量子现金的结算***101QECash接收到量子现金密钥管理***102KDM发送的确认消息，则向量子现金银行103QBank发送确认消息，量子现金银行103QBank调整用户Alice账户的量子现金信息，用户Alice可提取到相应数额的真实量子现金；真实量子现金的实现形式由量子现金银行103QBank事先约定，使用与对应量子现金一致的法定货币，或代金券，或其他合法的现金形式；优选地，可直接打印量子现金，并可打印出量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，可供结算时查询，由于该哈希值每次结算时需要创建新的区块重新记账，避免了每次结算时重复使用和反复查询；
量子现金的提取步骤1.11、量子现金银行103QBank将修改的量子现金信息发送量子现金结算区块链104中进行分布式存储，量子现金结算区块链104使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金提取无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链104中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金提取数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金提取记账。
一种量子现金的支付方法，它包括以下步骤：
量子现金的支付步骤2.1、量子现金付款方Alice向量子现金的结算***101QECash提出将量子现金SA支付给收款方Charlie的请求；量子现金的结算***101QECash根据支付请求，通过量子现金密钥管理***102KDM为量子现金付款方Alice和量子现金收款方Charlie制备共享量子密钥KAD和KCD；
量子现金的支付步骤2.2、量子现金密钥管理***102KDM制备并分发GHZ三重态，使量子现金的结算***101QECash、量子现金付款方Alice、收款方Charlie每人拥有GHZ态中的一个粒子
Figure BDA0003102636560000191
量子现金密钥管理***102KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|c1>C、|c2>C发送给量子现金收款方Charlie，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金的支付步骤2.3、量子现金用户Alice制备与量子现金SA对应的量子比特串，表示为|Ψ(SA)>；所述量子现金，不同于经典现金，使用量子态描述其量子现金编码ID和量子现金信息，量子现金的量子态符合量子力学的基本原理，具有纠缠、叠加、非克隆性质；
量子现金的支付步骤2.4、量子现金用户Alice使用约定的量子加密算法和量子密钥KAD加密量子现金持有人信息IA和量子现金比特串|Ψ(SA)>，结果为
Figure BDA0003102636560000192
量子现金的支付步骤2.5、量子现金用户Alice使用Bell测量基测量量子现金比特与自己手中的三重态粒子，测量基为RA；
量子现金的支付步骤2.6、量子现金用户Alice使用量子密钥KAD对加密的量子现金比特串
Figure BDA0003102636560000201
和测量基RA进行量子签名，签名结果表示为
Figure BDA0003102636560000202
Figure BDA0003102636560000203
并将签名好的量子现金支付信息发送给量子现金收款方Charlie；
量子现金的支付步骤2.7、量子现金收款方Charlie收到量子现金付款方Alice签名好的量子现金支付信息
Figure BDA0003102636560000204
量子现金收款方Charlie使用x方向的测量基测量自己的每一个GHZ粒子，在+x方向或-x方向，所有粒子的测量结果记为RC；
量子现金的支付步骤2.8、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD加密RC和量子现金支付信息
Figure BDA0003102636560000205
结果记为
Figure BDA0003102636560000206
Figure BDA0003102636560000207
并发送给量子现金密钥管理***(102)KDM，表示愿意接受该支付的量子现金SA；
量子现金的支付步骤2.9、量子现金密钥管理***102KDM收到收款方Charlie接受量子现金支付的消息后，用量子密钥KCD解密，从而获得RE和
Figure BDA0003102636560000208
进一步地，量子现金密钥管理***102KDM使用量子密钥KAD解密
Figure BDA0003102636560000209
Figure BDA00031026365600002010
从而得到IA,|Ψ(SA)>}和RA，可获取本次支付的量子现金SA；量子现金的结算***101QECash检索量子现金结算区块链104，判断量子现金SA的合法性；如该量子现金合法，则确认本次量子现金支付，转入步骤2.10；如该量子现金为非法，或不符合量子现金结算区块链104的所有区块共识，则自动认为该量子现金支付为非法，终止本次量子现金支付业务；
量子现金的支付步骤2.10、量子现金密钥管理***102KDM选择测量基测量自己的GHZ粒子，测量结果记为RD，并使用量子密钥KCD加密RA，RC，RD，量子现金持有人信息IA和量子现金|Ψ(SA)>，结果记为
Figure BDA00031026365600002011
并将该结果发往量子现金收款方Charlie，表示***已经确认该量子现金支付的合法性；
量子现金的支付步骤2.11、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD解密
Figure BDA00031026365600002012
Figure BDA00031026365600002013
得到参数RA,RC,RD,IA,|Ψ(SA)>；如果测量结果符合GHZ三重态的特征，则量子现金收款方Charlie接收该量子现金，确认量子现金付款方Alice的签名，转入步骤2.12；否则，本次量子现金支付无效，支付过程中止；
量子现金的支付步骤2.12、量子现金的结算***101QECash接收到量子现金密钥管理***102KDM发送的确认消息，则向量子现金银行103QBank发送确认消息，量子现金银行103QBank根据量子现金支付信息将相应数额的量子现金从付款方Alice账户转移到收款方Charlie账户，并修改量子现金持有人信息IA；
量子现金的支付步骤2.13、量子现金银行103QBank将支付完成消息发送到量子现金结算区块链104中进行分布式存储，量子现金结算区块链104使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金支付无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链104中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金支付数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金支付记账。
进一步的，更具体的：
量子现金的结算***101，安装于第三方结算平台，如果用户需要结算量子现金，可以在量子现金的结算***官方量子现金的结算***101上进行注册，填入相关注册信息后。***将会对其身份信息与合法性进行验证，验证通过后就能在此平台进行量子现金结算。
所述量子现金的结算***101，客户端优先使用计算机参数为Intel酷睿i56500显卡：NVIDIA GeForce 1060内存：ddr4 3600 16GB固态硬盘512G，并安装好官方结算平台客户端软件；进一步的，也可使用具有触摸屏的智能手机进行轻量级和精简的操作，并安装好手机端官方结算平台软件。
所述量子现金的结算***101，后台服务器优先使用8×Xeon E7-8880 v3机架式服务器内存不少于128GB标准硬盘容量1.2T，主要接受客户端传来的请求；优先地，使用两台以上服务器进行冗余操作。
所述量子现金密钥管理***102，为量子现金结算建立安全的量子信道，可制备与分发多粒子纠缠粒子，并应用在结算阶段量子签名和身份验证。优选地，使用现有的量子计算机技术和现有的量子通信技术，包括超导量子计算机、光学量子计算机、BB84协议，GHZ纠缠协议；进一步地，为了防止量子攻击，所述量子现金密钥管理***102具备三个以上多端口制备三个以上多粒子量子纠缠，供三个以上多个用户对量子信道进行安全性检测。进一步地，所述量子现金密钥管理***102能够事先约定测量误差大小，以便在量子现金结算中公开比较三方的测量结果，如果这些结果满足事先约定的误差大小，则可认为这些量子态存在关联性，即量子信道是安全的。进一步地，所述量子现金密钥管理***102具备制备三个以上多粒子量子纠缠，在安全性检测结束后，还有足够的剩余多纠缠粒子供通信三方共享，用于量子现金结算所需的量子签名，并为量子现金的纠缠态提供足够的量子粒子。
所述量子现金银行103，安装于银行中，能够实现量子现金与实体现金的兑换，并为用户提供柜台操作和实体现金操作。量子现金银行103与量子现金的结算***101相连；当结算双方用户向量子现金的结算***101提交结算请求时，量子现金的结算***101会向量子现金银行103转发量子现金结算请求，用户使用量子现金密钥管理***102签名表示同意支付授权后，量子现金银行103可将相应结算金额转到对方账户，完成此次量子现金结算。
所述量子现金银行103，客户端优先使用计算机参数为Intel酷睿i56500显卡：NVIDIA GeForce 1060内存：ddr4 3600 16GB固态硬盘512G，并安装好官方结算平台客户端软件；进一步的，也可使用具有触摸屏的智能手机进行轻量级和精简的操作，并安装好手机端官方结算平台软件；优选的，一个用户可以只使用一个客户端，同时安装量子现金的结算***101的客户端软软件和量子现金银行103客户端软件。
所述量子现金银行103，后台服务器为集群架构，大部分使用8×Xeon E7-8880 v3机架式服务器内存不少于128GB标准硬盘容量1.2T，主要接受客户端传来的请求；优先地，使用两台以上服务器进行冗余操作。进一步地，后台服务器还需要使用光学量子计算机，同时发射的光子数不少于3个，单个用户可持有光子量子态数量不少于8位，支持使用现有的量子通信技术，包括BB84协议，GHZ纠缠协议；优选的，光学量子计算机能够提供与经典计算机的软件和硬件接口，以便将量子态转换为经典态供经典计算机处理，或将经典计算机的量子计算信息转换为量子态供后台服务器使用；后台服务器集群中的经典计算机与量子计算机能够互连。
所述量子现金结算区块链104，用于存储用户信息、结算记录以及账户余额等相关所有信息。优选地，使用计算机参数为Intel酷睿i56500显卡：NVIDIA GeForce 1060内存：ddr4 3600 16GB固态硬盘512G，并安装好官方结算平台客户端软件；进一步地，量子现金结算区块链104中使用多个计算机或智能手机做为区块，所有区块具备一定的计算能力和存储能力，能够记录不少于10,000,000笔结算记录和证据，并提供不少于100,000,000笔结算记录的扩展能力；所有区块间能够互相通信，并且运行共识算法，实现冲突裁决。区块链数据库优先Oracle Database 12c用来存储用户的个人信息，用户的结算记录。
如图2为本发明的购买阶段方法流程图。
所述量子现金的结算***，在实现此步骤时，量子现金的结算***101首先需要与量子现金密钥管理***102、量子现金银行103、量子现金结算区块链104相连，并与用户客户端相连，才能完成用户身份进行认证。当所有模块连接好，环境都搭建好后，量子现金的结算***101可运行用户身份认证协议和算法，认证成功后的用户就能到量子现金的结算***101申请创建账户，量子现金的结算***101向与之相连的量子现金银行103发送信息创建账户，用户可使用创建的账户进行量子现金结算，包括量子现金的提取、支付和存款。
量子现金密钥管理***102与用户客户端相连，为不同用户创建不同的量子密钥，可同时制备大量的多粒子纠缠粒子，并分成纠缠粒子组，每组纠缠粒子组含有M(M>N)对。量子现金密钥管理***102把纠缠粒子1发送给用户一，把纠缠粒子2发送给量子现金的结算***101。另外，把纠缠粒子3留给自己。
进一步，用户一与量子现金的结算***101分别随机选取他们与量子现金密钥管理***102的共享密钥，并把密钥量子态发送给量子现金密钥管理***102。
优选地，用户一与量子现金的结算***101将密钥转换为测量基序列。测量标准如下
00对应x+方向
01对应x-方向
10对应y+方向
11对应y-方向
其中
Figure BDA0003102636560000231
随后用户一与量子现金的结算***101用上面的测量标准对他们各自的多粒子纠缠粒子进行测量。
进一步地，付量子现金的款方和收款方均必须通过量子现金的结算***101的身份认证，防止用户从内部攻击量子信道。量子现金密钥管理***102与用户一客户端和量子现金的结算***101相连，共同完成身份认证。由GHZ三重态中三粒子的关联性可知用户一与量子现金的结算***101对各自多粒子纠缠粒子测量后的结果，量子现金密钥管理***102手中的粒子会坍缩到一个确定状态。量子现金密钥管理***102根据用户一与量子现金的结算***101所选取的测量基可以推断出自己手中粒子的状态。若推断结果跟自己的测量结果相同的概率满足要求则可以判定用户一与量子现金的结算***101身份真实。若用户一与量子现金的结算***101身份真实，量子现金密钥管理***102则把自己测量结果通过经典信道通知用户一与量子现金的结算***101，继续执行下面操作；若认证未通过放弃通信。
优选地，反过来，用户一也可与量子现金的结算***101和量子现金密钥管理***102对量子现金银行103的身份进行认证。首先，用户一与量子现金银行103通过经典信道公布各自测量基，然后他们各自根据GHZ三重态中三粒子的关联性推断的结果跟上一步中量子现金密钥管理***102发来的状态比较，同样可以推断出量子现金银行103身份是否真实，从而避免了伪造的银行网站发起的攻击；优选地，可以在结算前，完成用户和量子现金银行103的身份认证。
在身份认证和前期准备完成后，进行以下的量子现金提取、支付、存款阶段。
优选地，在量子现金的支付过程中，付款方用户一Alice和收款方用户二Charlie也可使用共享的量子密钥KAC对量子现金SA进行加密和量子签名，把结果
Figure BDA0003102636560000241
发送给用户二。用户二使用量子密钥KAC对SA进行解密，把解密结果SA再次使用量子密钥KAC对量子现金SA进行加密和量子签名
Figure BDA0003102636560000242
送给用户一进行验证。用户一在接收到用户二量子加密或签名后的
Figure BDA0003102636560000243
后，可利用其量子密钥KAC进行解密，得到解密后的结果：如果解密结果和原先结果一致，由于量子密钥的不可克隆特性，用户一可认为用户二已经成功收到了支付的量子现金。
优选地，在提取和存款阶段，存款用户将自己的测量结果与量子现金银行103的结果，量子现金密钥管理***102的测量结果结合起来，判断这三个结果是否满足GHZ三重态中粒子的关联性，满足的话，则认为量子现金银行103不是伪造的或不是攻击者，可认为提取或存款结算成功，量子现金的结算***101使用量子现金结算区块链104保存相关结算记录；量子现金结算区块链104使用多个区块保存同一笔量子现金结算，包括提取、支付、和存款，优选地，量子现金记账的区块数量不少于50％，在减少记账负担的同时可以提高区块链的记账容量，同时也避免50％攻击；区块链上所有记账区块所记录的量子现金结算数据必须保持一致，所有区块链具有通信功能，能够自行比较量子现金记账数据的一致性；优选地，量子现金结算区块链104能够运行成熟的共识算法，包括工作量证明，权益证明，以及不同的混合共识算法，满足用户在量子现金结算方面的个性化需求；当量子现金结算出现冲突时，量子现金结算区块链104使用约定的共识算法裁决冲突，所有记账区块均可提供量子现金结算的依据；只有大多数记账节点数据一致的量子现金结算才会被认可，否则，该笔量子现金结算无效。通过量子现金结算区块链104共识机制，未在结算过程中发现争议，则结算成功结束。

Claims (10)

1.一种基于区块链的量子现金结算***，其特征在于，包括量子现金的结算***(101)、量子现金密钥管理***(102)、量子现金银行(103)、量子现金结算区块链(104)；
量子现金的结算***(101)可为用户提供量子现金结算，用户通过量子现金的结算***(101)进行注册，在验证完成身份与合法性后，创建量子现金银行(103)账户，即可进行量子现金结算；
量子现金密钥管理***(102)用于量子签名，在完成量子签名后从量子现金银行(103)账户中完成量子现金的提取及支付；或者将量子现金存入量子现金银行(103)账户；
量子现金结算区块链(104)用于保存用户的资料及结算记录。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的量子现金结算***，其特征在于：所述量子现金秘钥管理***(102)，为量子现金结算提供量子密钥分配和密钥管理；当付款方和收款方用户开始结算时，由付款方用户向量子现金的结算***(101)提交量子现金结算请求，量子现金的结算***(101)响应付款方用户提交的量子现金结算请求，并向付款方用户和收款方用户分配量子密钥，付款方用户使用分配的量子密钥对结算信息签名，同意本次结算并进行支付授权，量子现金的结算***(101)将对应数量的量子现金结算金额转到收款方账户，收款方用户使用分配的量子密钥完成签名，本次结算转账完成。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的量子现金结算***，其特征在于：所述量子现金银行(103)，为用户提供量子现金账户，向付款方用户提供量子现金的提取、支付、和存款，为收款方用户提供量子现金的存款；量子现金的结算***(101)响应用户提交的量子现金结算提取、支付、和存款请求，当用户使用量子现金密钥管理***(102)完成量子现金的签名后，量子现金银行(103)根据用户的请求完成相应数额量子现金的转移支付，包括从量子现金银行(103)账户提取对应数额的量子现金给用户，或将付款方用户对应数额的量子现金从付款账户转移到收款方账户，或将用户的量子现金存款存入用户的量子现金银行(103)账户。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的量子现金结算***，其特征在于：所述量子现金结算区块链(104)用于存储用户信息、结算记录以及账户余额等相关所有信息；量子现金的结算***(101)可将结算中的时间、付款人、收款人、结算金额自动保存到量子现金结算区块链(104)；量子现金银行(103)可将用户量子现金结算中提取、支付、和存款情况保存到量子现金结算区块链(104)；当结算过程中出现纠纷时，量子现金结算区块链(104)会进入审计阶段，量子现金结算区块链(104)中的所有区块会根据量子现金结算区块链中的结算记录、付款人、收款人等相关记录和证据进行共识计算，并且根据共识结果进行裁决，保证用户的合法利益。
5.一种基于区块链的量子现金结算方法，其特征在于，包括三个步骤；
步骤1，量子现金的提取；
步骤2，量子现金的支付；
步骤3，量子现金的存款；
在步骤1中，在进行结算前，用户首先进入量子现金的结算***(101)完成注册和登陆，用户输入相关信息后，由量子现金的结算***(101)QECash进行身份验证，如果用户信息满足所有要求和合法性，则由量子现金密钥管理***(102)进行量子密钥的分发和安全性检查，如果量子密钥分发正确，则注册成功；量子现金的结算***(101)QECash为该用户在量子现金银行(103)上创建一个账户；之后用户就可以登陆量子现金的结算***(101)QECash进行量子现金的提取、支付和存款的操作；量子现金的结算***(101)QECash帮助用户从量子现金银行(103)提取相应数额的量子现金，并将提取结果保存在量子现金结算区块链(104)中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤1中，在进行量子现金的提取时，包括以下步骤：
量子现金的提取步骤1.1、单个用户Alice提取、支付或存款量子现金之前，先到量子现金的结算***(101)QECash上进行身份认证；未取得合法身份的用户必须先进行注册，注册时在量子现金的结算***(101)QECash填入个人的身份信息，再由量子现金的结算***(101)QECash对其身份信息进行审核；
审核成功后，量子现金的结算***(101)QECash为用户Alice在量子现金银行(103)QBank创建一个账户；
量子现金的提取步骤1.2、量子现金的结算***(101)QECash创建量子信道；首先由量子现金的结算***(101)QECash调用量子现金密钥管理***KDM(102)制备多粒子纠缠态，并由量子现金密钥管理***(102)KDM分发给单个用户Alice和量子现金银行(103)QBank；量子现金密钥管理***(102)KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|b1>B、|b2>B发送给量子现金银行(103)QBank，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金密钥管理***(102)KDM生成的每一组多粒子纠缠态可描述为：
Figure FDA0003102636550000031
量子现金的提取步骤1.3、量子信道安全性检测；量子现金密钥管理***(102)KDM从M组多粒子纠缠态中随机选出M-N(M>N)个纠缠粒子进行测量；用户Alice和量子现金银行(103)QBank也对手中对应编号的纠缠粒子在+x方向或-x方向测量，并在经典信道公开比较三方的测量结果；
量子现金的提取步骤1.4、量子现金密钥管理***(102)KDM、量子现金银行(103)QBank、用户Alice三方在经典信道公布出这些纠缠粒子的编号和测量结果；如果比较这些纠缠粒子的测量误差满足预先约定的关联性阈值，则认为量子信道的安全性检测合格，量子现金密钥管理***(102)KDM将安全检测结果告知量子现金的结算***(101)QECash，并进入下一步骤1.5；如果量子信道的测量误差超出了预先约定的关联性阈值，则身份认证不成功，终止本次身份认证，用户无法取得量子现金提取、支付、存款权限；已经注册成功的合法用户，无需再次注册，每次仅需通过量子现金的结算***(101)QECash登陆量子现金银行(103)QBank账户，按后续步骤完成提取步骤；
量子现金的提取步骤1.5、量子密钥的分配和共享；此时，量子现金密钥管理***(102)KDM、用户和量子现金银行(103)QBank三方之间建立了安全的量子信道；量子现金密钥管理***(102)KDM将剩下的多粒子纠缠态分成纠缠粒子组，每组纠缠粒子组含有M(M>N)个多粒子纠缠态，可作为安全的量子密钥用于三方进行量子现金提取、支付和存款所需的数字签名；其中，量子现金密钥管理***(102)KDM与用户Alice共享量子密钥KAD，用户Alice和量子现金银行(103)QBank共享量子密钥KAB；
量子现金的提取步骤1.6、用户Alice向量子现金的结算***(101)QECash发送提取量子现金的请求；用户Alice对量子现金持有人信息IA和量子现金SA使用量子密钥KAD进行签名，三方可以约定量子签名算法
Figure FDA0003102636550000032
结果记为
Figure FDA0003102636550000033
同时用户Alice将签名结果发送至量子现金密钥管理***(102)KDM，请求对该量子现金SA提取；
量子现金的提取步骤1.7、量子现金密钥管理***(102)KDM使用量子密钥KAB进行加密，三方可以约定量子加密算法
Figure FDA0003102636550000034
结果记为
Figure FDA0003102636550000035
并将结果发送到量子现金银行(103)QBank；
量子现金的提取步骤1.8、量子现金银行(103)QBank接收到量子现金密钥管理***(102)KDM转发的用户Alice签名的对量子现金SA的提取请求后，即
Figure FDA0003102636550000041
使用KAB进行解密，三方可以约定量子解密算法
Figure FDA0003102636550000042
结果记为
Figure FDA0003102636550000043
Figure FDA0003102636550000044
并将测量结果发送给量子现金密钥管理***(102)KDM；
量子现金的提取步骤1.9、量子现金密钥管理***(102)KDM收到量子现金银行(103)QBank发送的测量结果，使用量子密钥KAT进行解密，三方可以约定量子加密算法
Figure FDA0003102636550000045
结果记为
Figure FDA0003102636550000046
量子现金密钥管理***(102)KDM比较测量结果是否正确；如果结果正确，量子现金密钥管理***(102)KDM确认用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并向量子现金的结算***(101)QECash发送确认信息，转入步骤1.10；否则，量子现金密钥管理***(102)KDM拒绝用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并发送拒绝消息到量子现金的结算***(101)QECash，本次量子现金提取过程中止；
量子现金的提取步骤1.10、量子现金的结算***(101)QECash接收到量子现金密钥管理***(102)KDM发送的确认消息，则向量子现金银行(103)QBank发送确认消息，量子现金银行(103)QBank调整用户Alice账户的量子现金信息，用户Alice可提取到相应数额的真实量子现金；真实量子现金的实现形式由量子现金银行(103)QBank事先约定，使用与对应量子现金一致的法定货币，或代金券，或其他合法的现金形式；优选地，可直接打印量子现金，并可打印出量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，可供结算时查询，由于该哈希值每次结算时需要创建新的区块重新记账，避免了每次结算时重复使用和反复查询；
量子现金的提取步骤1.11、量子现金银行(103)QBank将修改的量子现金信息发送量子现金结算区块链(104)中进行分布式存储，量子现金结算区块链(104)使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金提取无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链(104)中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金提取数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金提取记账。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤2中，在进行量子现金的支付时，采用以下步骤：
量子现金的支付步骤2.1、量子现金付款方Alice向量子现金的结算***(101)QECash提出将量子现金SA支付给收款方Charlie的请求；量子现金的结算***(101)QECash根据支付请求，通过量子现金密钥管理***(102)KDM为量子现金付款方Alice和量子现金收款方Charlie制备共享量子密钥KAD和KCD；
量子现金的支付步骤2.2、量子现金密钥管理***(102)KDM制备并分发GHZ三重态，使量子现金的结算***(101)QECash、量子现金付款方Alice、收款方Charlie每人拥有GHZ态中的一个粒子
Figure FDA0003102636550000051
量子现金密钥管理***(102)KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|c1>C、|c2>C发送给量子现金收款方Charlie，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金的支付步骤2.3、量子现金用户Alice制备与量子现金SA对应的量子比特串，表示为|Ψ(SA)>；所述量子现金，不同于经典现金，使用量子态描述其量子现金编码ID和量子现金信息，量子现金的量子态符合量子力学的基本原理，具有纠缠、叠加、非克隆性质；
量子现金的支付步骤2.4、量子现金用户Alice使用约定的量子加密算法和量子密钥KAD加密量子现金持有人信息IA和量子现金比特串|Ψ(SA)>，结果为
Figure FDA0003102636550000052
量子现金的支付步骤2.5、量子现金用户Alice使用Bell测量基测量量子现金比特与自己手中的三重态粒子，测量基为RA；
量子现金的支付步骤2.6、量子现金用户Alice使用量子密钥KAD对加密的量子现金比特串
Figure FDA0003102636550000053
和测量基RA进行量子签名，签名结果表示为
Figure FDA0003102636550000054
Figure FDA0003102636550000055
并将签名好的量子现金支付信息发送给量子现金收款方Charlie；
量子现金的支付步骤2.7、量子现金收款方Charlie收到量子现金付款方Alice签名好的量子现金支付信息
Figure FDA0003102636550000056
量子现金收款方Charlie使用x方向的测量基测量自己的每一个GHZ粒子，在+x方向或-x方向，所有粒子的测量结果记为RC；
量子现金的支付步骤2.8、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD加密RC和量子现金支付信息
Figure FDA0003102636550000061
结果记为
Figure FDA0003102636550000062
Figure FDA0003102636550000063
并发送给量子现金密钥管理***(102)KDM，表示愿意接受该支付的量子现金SA；
量子现金的支付步骤2.9、量子现金密钥管理***(102)KDM收到收款方Charlie接受量子现金支付的消息后，用量子密钥KCD解密，从而获得RE和
Figure FDA0003102636550000064
Figure FDA0003102636550000065
进一步地，量子现金密钥管理***(102)KDM使用量子密钥KAD解密
Figure FDA0003102636550000066
Figure FDA0003102636550000067
从而得到IA,|Ψ(SA)>}和RA，可获取本次支付的量子现金SA；量子现金的结算***(101)QECash检索量子现金结算区块链(104)，判断量子现金SA的合法性；如该量子现金合法，则确认本次量子现金支付，转入步骤2.10；如该量子现金为非法，或不符合量子现金结算区块链(104)的所有区块共识，则自动认为该量子现金支付为非法，终止本次量子现金支付业务；
量子现金的支付步骤2.10、量子现金密钥管理***(102)KDM选择测量基测量自己的GHZ粒子，测量结果记为RD，并使用量子密钥KCD加密RA，RC，RD，量子现金持有人信息IA和量子现金|Ψ(SA)>，结果记为
Figure FDA0003102636550000068
并将该结果发往量子现金收款方Charlie，表示***已经确认该量子现金支付的合法性；
量子现金的支付步骤2.11、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD解密
Figure FDA0003102636550000069
Figure FDA00031026365500000610
得到参数RA,RC,RD,IA,|Ψ(SA)>；如果测量结果符合GHZ三重态的特征，则量子现金收款方Charlie接收该量子现金，确认量子现金付款方Alice的签名，转入步骤2.12；否则，本次量子现金支付无效，支付过程中止；
量子现金的支付步骤2.12、量子现金的结算***(101)QECash接收到量子现金密钥管理***(102)KDM发送的确认消息，则向量子现金银行(103)QBank发送确认消息，量子现金银行(103)QBank根据量子现金支付信息将相应数额的量子现金从付款方Alice账户转移到收款方Charlie账户，并修改量子现金持有人信息IA；
量子现金的支付步骤2.13、量子现金银行(103)QBank将支付完成消息发送到量子现金结算区块链(104)中进行分布式存储，量子现金结算区块链(104)使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金支付无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链(104)中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金支付数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金支付记账。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在进行量子现金的存款时，采用以下步骤：
量子现金的存款步骤3.1、量子现金存款方Alice向量子现金的结算***(101)QECash提交存款请求；量子现金的结算***(101)QECash将本次提取、支付和存款的量子现金|Ψ(SA)>发送给量子现金银行(103)QBank；
量子现金的存款步骤3.2、量子现金的结算***(101)QECash使用量子现金密钥管理***(102)KDM检查量子现金存款方Alice和量子现金银行(103)QBank所持有的粒子是否符合GHZ三重态；如果符合，则量子现金银行(103)QBank修改量子现金持有人信息和存款账户信息，并转入下一步骤；否则，量子现金存款失败，不修改量子现金信息，直接将本次存款信息发送给量子现金结算区块链(104)进行共识和审计；
量子现金的存款步骤3.3、量子现金银行(103)QBank修改完量子现金持有人信息和存款账户信息，将修改的量子现金信息发送至量子现金结算区块链(104)对本次存款进行记账，量子现金结算区块链(104)使用多个地理位置分散的区块节点进行记账，所有区块上的存款账本信息一致，且记账以后均不可篡改；优选地，可直接对打印的量子现金进行存款，量子现金结算区块链(104)核对量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，并相应修改本次存款时记账区块信息；
量子现金的存款步骤3.4、量子现金银行(103)QBank将存款结果和记账信息发给量子现金结算区块链(104)进行共识和审计，量子现金结算区块链(104)检索所有区块上信息是否一致；如所有区块共识一致，则本次存款审计符合要求，确认本次量子现金存款业务合格；如果本次量子现金存款无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链(104)自行裁决，由所有记账区块通过共识算法来确定量子现金存款是否合法，与大多数记账节点不一致的量子现金存款数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金存款请求。
9.一种量子现金的提取方法，其特征在于，它包括以下步骤：
量子现金的提取步骤1.1、单个用户Alice提取、支付或存款量子现金之前，先到量子现金的结算***(101)QECash上进行身份认证；未取得合法身份的用户必须先进行注册，注册时在量子现金的结算***(101)QECash填入个人的身份信息，再由量子现金的结算***(101)QECash对其身份信息进行审核；审核成功后，量子现金的结算***(101)QECash为用户Alice在量子现金银行(103)QBank创建一个账户；
量子现金的提取步骤1.2、量子现金的结算***(101)QECash创建量子信道；首先由量子现金的结算***(101)QECash调用量子现金密钥管理***KDM(102)制备多粒子纠缠态，并由量子现金密钥管理***(102)KDM分发给单个用户Alice和量子现金银行(103)QBank；量子现金密钥管理***(102)KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|b1>B、|b2>B发送给量子现金银行(103)QBank，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金密钥管理***(102)KDM生成的每一组多粒子纠缠态可描述为：
Figure FDA0003102636550000081
量子现金的提取步骤1.3、量子信道安全性检测；量子现金密钥管理***(102)KDM从M组多粒子纠缠态中随机选出M-N(M>N)个纠缠粒子进行测量；用户Alice和量子现金银行(103)QBank也对手中对应编号的纠缠粒子在+x方向或-x方向测量，并在经典信道公开比较三方的测量结果；
量子现金的提取步骤1.4、量子现金密钥管理***(102)KDM、量子现金银行(103)QBank、用户Alice三方在经典信道公布出这些纠缠粒子的编号和测量结果；如果比较这些纠缠粒子的测量误差满足预先约定的关联性阈值，则认为量子信道的安全性检测合格，量子现金密钥管理***(102)KDM将安全检测结果告知量子现金的结算***(101)QECash，并进入下一步骤1.5；如果量子信道的测量误差超出了预先约定的关联性阈值，则身份认证不成功，终止本次身份认证，用户无法取得量子现金提取、支付、存款权限；已经注册成功的合法用户，无需再次注册，每次仅需通过量子现金的结算***(101)QECash登陆量子现金银行(103)QBank账户，按后续步骤完成提取步骤；
量子现金的提取步骤1.5、量子密钥的分配和共享；此时，量子现金密钥管理***(102)KDM、用户和量子现金银行(103)QBank三方之间建立了安全的量子信道；量子现金密钥管理***(102)KDM将剩下的多粒子纠缠态分成纠缠粒子组，每组纠缠粒子组含有M(M>N)个多粒子纠缠态，可作为安全的量子密钥用于三方进行量子现金提取、支付和存款所需的数字签名；其中，量子现金密钥管理***(102)KDM与用户Alice共享量子密钥KAD，用户Alice和量子现金银行(103)QBank共享量子密钥KAB；
量子现金的提取步骤1.6、用户Alice向量子现金的结算***(101)QECash发送提取量子现金的请求；用户Alice对量子现金持有人信息IA和量子现金SA使用量子密钥KAD进行签名，三方可以约定量子签名算法
Figure FDA0003102636550000091
结果记为
Figure FDA0003102636550000092
同时用户Alice将签名结果发送至量子现金密钥管理***(102)KDM，请求对该量子现金SA提取；
量子现金的提取步骤1.7、量子现金密钥管理***(102)KDM使用量子密钥KAB进行加密，三方可以约定量子加密算法
Figure FDA0003102636550000093
结果记为
Figure FDA0003102636550000094
并将结果发送到量子现金银行(103)QBank；
量子现金的提取步骤1.8、量子现金银行(103)QBank接收到量子现金密钥管理***(102)KDM转发的用户Alice签名的对量子现金SA的提取请求后，即
Figure FDA0003102636550000095
使用KAB进行解密，三方可以约定量子解密算法
Figure FDA0003102636550000096
结果记为
Figure FDA0003102636550000097
Figure FDA0003102636550000098
并将测量结果发送给量子现金密钥管理***(102)KDM；
量子现金的提取步骤1.9、量子现金密钥管理***(102)KDM收到量子现金银行(103)QBank发送的测量结果，使用量子密钥KAT进行解密，三方可以约定量子加密算法
Figure FDA0003102636550000099
结果记为
Figure FDA00031026365500000910
量子现金密钥管理***(102)KDM比较测量结果是否正确；如果结果正确，量子现金密钥管理***(102)KDM确认用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并向量子现金的结算***(101)QECash发送确认信息，转入步骤1.10；否则，量子现金密钥管理***(102)KDM拒绝用户Alice提取量子现金SA的请求和量子签名，并发送拒绝消息到量子现金的结算***(101)QECash，本次量子现金提取过程中止；
量子现金的提取步骤1.10、量子现金的结算***(101)QECash接收到量子现金密钥管理***(102)KDM发送的确认消息，则向量子现金银行(103)QBank发送确认消息，量子现金银行(103)QBank调整用户Alice账户的量子现金信息，用户Alice可提取到相应数额的真实量子现金；真实量子现金的实现形式由量子现金银行(103)QBank事先约定，使用与对应量子现金一致的法定货币，或代金券，或其他合法的现金形式；优选地，可直接打印量子现金，并可打印出量子现金的编码ID和该量子现金最近结算时记账区块的哈希值，可供结算时查询，由于该哈希值每次结算时需要创建新的区块重新记账，避免了每次结算时重复使用和反复查询；
量子现金的提取步骤1.11、量子现金银行(103)QBank将修改的量子现金信息发送量子现金结算区块链(104)中进行分布式存储，量子现金结算区块链(104)使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金提取无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链(104)中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金提取数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金提取记账。
10.一种量子现金的支付方法，其特征在于，它包括以下步骤：
量子现金的支付步骤2.1、量子现金付款方Alice向量子现金的结算***(101)QECash提出将量子现金SA支付给收款方Charlie的请求；量子现金的结算***(101)QECash根据支付请求，通过量子现金密钥管理***(102)KDM为量子现金付款方Alice和量子现金收款方Charlie制备共享量子密钥KAD和KCD；
量子现金的支付步骤2.2、量子现金密钥管理***(102)KDM制备并分发GHZ三重态，使量子现金的结算***(101)QECash、量子现金付款方Alice、收款方Charlie每人拥有GHZ态中的一个粒子
Figure FDA0003102636550000101
量子现金密钥管理***(102)KDM把多粒子纠缠态|a1>A、|a2>A发送给量子现金用户Alice，把多粒子纠缠态|c1>C、|c2>C发送给量子现金收款方Charlie，把多粒子纠缠态|d1>D、|d2>D留给自己；
量子现金的支付步骤2.3、量子现金用户Alice制备与量子现金SA对应的量子比特串，表示为|Ψ(SA)>；所述量子现金，不同于经典现金，使用量子态描述其量子现金编码ID和量子现金信息，量子现金的量子态符合量子力学的基本原理，具有纠缠、叠加、非克隆性质；
量子现金的支付步骤2.4、量子现金用户Alice使用约定的量子加密算法和量子密钥KAD加密量子现金持有人信息IA和量子现金比特串|Ψ(SA)>，结果为
Figure FDA0003102636550000102
量子现金的支付步骤2.5、量子现金用户Alice使用Bell测量基测量量子现金比特与自己手中的三重态粒子，测量基为RA；
量子现金的支付步骤2.6、量子现金用户Alice使用量子密钥KAD对加密的量子现金比特串
Figure FDA0003102636550000111
和测量基RA进行量子签名，签名结果表示为
Figure FDA0003102636550000112
RA}，并将签名好的量子现金支付信息发送给量子现金收款方Charlie；
量子现金的支付步骤2.7、量子现金收款方Charlie收到量子现金付款方Alice签名好的量子现金支付信息
Figure FDA0003102636550000113
量子现金收款方Charlie使用x方向的测量基测量自己的每一个GHZ粒子，在+x方向或-x方向，所有粒子的测量结果记为RC；
量子现金的支付步骤2.8、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD加密RC和量子现金支付信息
Figure FDA0003102636550000114
结果记为
Figure FDA0003102636550000115
Figure FDA0003102636550000116
并发送给量子现金密钥管理***(102)KDM，表示愿意接受该支付的量子现金SA；
量子现金的支付步骤2.9、量子现金密钥管理***(102)KDM收到收款方Charlie接受量子现金支付的消息后，用量子密钥KCD解密，从而获得RE和
Figure FDA0003102636550000117
Figure FDA0003102636550000118
进一步地，量子现金密钥管理***(102)KDM使用量子密钥KAD解密
Figure FDA0003102636550000119
Figure FDA00031026365500001110
从而得到IA,|Ψ(SA)>}和RA，可获取本次支付的量子现金SA；量子现金的结算***(101)QECash检索量子现金结算区块链(104)，判断量子现金SA的合法性；如该量子现金合法，则确认本次量子现金支付，转入步骤2.10；如该量子现金为非法，或不符合量子现金结算区块链(104)的所有区块共识，则自动认为该量子现金支付为非法，终止本次量子现金支付业务；
量子现金的支付步骤2.10、量子现金密钥管理***(102)KDM选择测量基测量自己的GHZ粒子，测量结果记为RD，并使用量子密钥KCD加密RA，RC，RD，量子现金持有人信息IA和量子现金|Ψ(SA)>，结果记为
Figure FDA00031026365500001111
并将该结果发往量子现金收款方Charlie，表示***已经确认该量子现金支付的合法性；
量子现金的支付步骤2.11、量子现金收款方Charlie使用量子密钥KCD解密
Figure FDA00031026365500001112
Figure FDA00031026365500001113
得到参数RA,RC,RD,IA,|Ψ(SA)>；如果测量结果符合GHZ三重态的特征，则量子现金收款方Charlie接收该量子现金，确认量子现金付款方Alice的签名，转入步骤2.12；否则，本次量子现金支付无效，支付过程中止；
量子现金的支付步骤2.12、量子现金的结算***(101)QECash接收到量子现金密钥管理***(102)KDM发送的确认消息，则向量子现金银行(103)QBank发送确认消息，量子现金银行(103)QBank根据量子现金支付信息将相应数额的量子现金从付款方Alice账户转移到收款方Charlie账户，并修改量子现金持有人信息IA；
量子现金的支付步骤2.13、量子现金银行(103)QBank将支付完成消息发送到量子现金结算区块链(104)中进行分布式存储，量子现金结算区块链(104)使用多个地理位置分散的区块进行记账，所有区块上的账本信息一致，且记账以后均不可篡改；如果本次量子现金支付无法成功记账，或出现多个账本不一致，则由量子现金结算区块链(104)中所有记账节点通过共识算法来确定量子现金提取的合法性，与大多数记账节点不一致的量子现金支付数据会被大多数记账节点自动否决，并自动否决不合法的量子现金支付记账。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2616406A (en) * 2022-01-27 2023-09-13 Arqit Ltd Quantum-secure digital currency
TWI822441B (zh) * 2022-11-04 2023-11-11 第一商業銀行股份有限公司 基於區塊鏈的帳務清算方法及系統
US12020692B1 (en) 2023-05-17 2024-06-25 Bank Of America Corporation Secure interactions in a virtual environment using electronic voice

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