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2022-06-01
英文标题:
《qBitcoin: A Peer-to-Peer Quantum Cash System》
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作者:
Kazuki Ikeda
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最新提交年份:
2017
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英文摘要:
  A decentralized online quantum cash system, called qBitcoin, is given. We design the system which has great benefits of quantization in the following sense. Firstly, quantum teleportation technology is used for coin transaction, which prevents from the owner of the coin keeping the original coin data even after sending the coin to another. This was a main problem in a classical circuit and a blockchain was introduced to solve this issue. In qBitcoin, the double-spending problem never happens and its security is guaranteed theoretically by virtue of quantum information theory. Making a block is time consuming and the system of qBitcoin is based on a quantum chain, instead of blocks. Therefore a payment can be completed much faster than Bitcoin. Moreover we employ quantum digital signature so that it naturally inherits properties of peer-to-peer (P2P) cash system as originally proposed in Bitcoin.
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中文摘要:
给出了一个分散的在线量子现金系统,称为qBitcoin。我们设计的系统在以下意义上具有很大的量化优势。首先,量子隐形传态技术被用于硬币交易,这防止了硬币所有者即使在将硬币发送给另一个硬币后仍保留原始硬币数据。这是经典电路中的一个主要问题,引入区块链来解决这个问题。在qBitcoin中,双重消费问题从未发生,其安全性通过量子信息理论从理论上得到保证。制作块非常耗时,qBitcoin系统基于量子链,而不是块。因此,支付可以比比特币更快地完成。此外,我们采用量子数字签名,因此它自然继承了比特币中最初提出的对等(P2P)现金系统的属性。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:General Finance        一般财务
分类描述:Development of general quantitative methodologies with applications in finance
通用定量方法的发展及其在金融中的应用
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一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Cryptography and Security        密码学与安全
分类描述:Covers all areas of cryptography and security including authentication, public key cryptosytems, proof-carrying code, etc. Roughly includes material in ACM Subject Classes D.4.6 and E.3.
涵盖密码学和安全的所有领域,包括认证、公钥密码系统、携带证明的代码等。大致包括ACM主题课程D.4.6和E.3中的材料。
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一级分类:Physics        物理学
二级分类:Quantum Physics        量子物理学
分类描述:Description coming soon
描述即将到来
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2022-6-1 06:14:03
qBitcoin:对等量子现金系统Kazuki Ikeda大阪大学物理系,Toyonaka,大阪560-0043,Japankikeda@het.phys.sci.osaka-u、 给出了一个分散的在线量子现金系统,称为qBitcoin。我们设计的系统在以下意义上具有量化的巨大好处。首先,量子隐形传态技术被用于硬币交易,这阻止了硬币的所有者即使在将硬币发送给另一个硬币后仍保留原始硬币数据。这是经典电路中的一个主要问题,为了解决这个问题,引入了区块链。在qBitcoin中,双重消费问题从未发生,其安全性在理论上得到了量子信息理论的保证。制作块非常耗时,qBitcoin系统基于量子链,而不是块。因此,支付可以比比特币更快完成。此外,我们采用了量子数字签名,因此它自然继承了比特币中最初提出的对等(P2P)现金系统的特性。比特币[1]是一种分散的在线现金系统,其开发版本已作为传统货币的替代品广泛应用于现代社会。然而,它的安全性基本上依赖于基于经典计算机计算硬度假设的密码学,量子计算机的发展对安全构成了严重威胁。据信,量子计算机可以加快挖掘过程,并可能破解比特币网络使用的SHA256哈希算法。事实上,据报道,比特币使用的经典签名方案存在风险,可能在几十年内被量子攻击彻底破坏[2]。
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2022-6-1 06:14:06
尽管这可能并不意味着比特币面临被量子计算机黑客入侵的直接危险,但没有人会怀疑存在潜在的危险。当然,世界各地的银行都存在类似的问题。为了解决这个问题,我们尝试将其移植到一个量子网络上,并使用所有保持单向运动的量子技术对整个系统进行量化。与比特币或其他量子货币方案相比,qBitcoin的新颖性可以总结如下。量子隐形传态被用来传送硬币。这可以避免在没有区块链帮助的情况下以简单的方式重复支出。2、量子数字签名用于验证交易。这需要其他参与者参与验证签名,因此它与P2P兼容。3、交易可以比比特币更快完成。每个节点不是一个块,而是一个点,因此,如果签名得到验证,事务将立即完成一次。我们将在本节的其余部分简要介绍该系统。首先,我们需要考虑如何传输由量子信息制成的硬币。目前,最好的方法是利用量子隐形传态,它成功地将量子信息传输到遥远的地方。使用量子隐形传态的最大好处是,量子信息无法到达原始位置,换句话说,如果量子信息被发送,发送器不可能一次保留原始量子数据。这一点对于硬币交易非常有用,因为任何硬币数据都不应该是可复制的,这给qBitcoin带来了强大的优势。我们使用的量子货币是不可伪造的,因此在qBitcoin上永远不会出现所谓的双重消费问题。另一方面,这个问题在比特币中至关重要,区块链系统就是为了解决这个问题而发明的。
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2022-6-1 06:14:09
然而,这会导致另一个问题:创建块非常耗时,需要等待10分钟以上才能完成事务。qBitcoin是由网络连接点而不是块组成的。因此,quantizedsystem将成功地以比比特币快得多的速度传输货币。第二,我们应该提到安全。正如最常讨论的那样,维护系统以使其能够容忍第三方的黑客攻击至关重要。在包括比特币在内的传统银行系统中,其安全系统依赖于密码,密码的安全性暂时由整数分解算法和椭圆曲线密码所代表的计算硬度假设来保证。然而,众所周知,量子计算机能够在短时间内破解此类常规代码。因此,找到一种替代方法是明智的。在qBitcoin中,我们使用量子密码技术,因为它受到物理定律的保护,所以它是安全的,因此原则上永远是安全的。此外,所有者的隐私可以得到完美的保护,这样他/她的私人信息就不会因为盲目的量子计算而泄露出去[7、8、9、10]。这使得该系统比传统的比特币更加健壮。第三,将比特币的关键属性继承给Qbitcoin也很重要;点对点(P2P)系统,因为这与传统银行系统不同,即比特币在没有授权第三方帮助的情况下成功建立了在线现金系统。我们考虑一个基于量子数字签名的novelsignature验证系统。我们将在后面的部分讨论其细节。这首曲子的编排如下。在下一节中,我们将定义qBitcoin中使用的量化硬币的概念。
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2022-6-1 06:14:12
在第3节中,我们设计了qBitcoin系统,其中更详细地描述了基于量子隐形传态的硬币交易和我们的量子签名验证系统。在下一节中,我们将介绍基于量子物理的安全性,并介绍一些相关的工作。2硬币由一对经典和量子态ci=(ri,|ψii)定义,其中i标记一个序列号,ri是由经典位构成的交易记录,交易通过将CIT传递给另一个人完成。给硬币的这些经典位ria和量子位(qubits)|ψii应该是一一对应的,这样就没有人可以复制了。也就是说,它们服从r6=rj<=> |ψii 6=|ψji表示所有序列号i,j。与通常的货币或比特币不同的是,任何人都隐藏着有关硬币的量子信息。造币厂向那些想交易的人发行量子币。硬币的主人可以拥有量子态,但无法获得伪造的全部信息。此外,禁止克隆定理[11,12]有助于系统防止所有者复制硬币。即使完整的量子信息没有向公众开放,也可以使用量子隐形传态将信息传输给其他人,如后续章节所述。这些序列号应在不与中央当局联系的情况下进行身份验证。这种量子货币方案的一个例子是[13],它具有所需的属性:1。任何人都可以验证造币厂提供的货币,但不能伪造。2、任何人都可以验证序列号。3交易3.1汇款在qBitcoin中,硬币和银行对账单的量子信息通过量子隐形传态传输【3】,这是一种通过经典信息网络将量子信息发送到远程位置的协议。实验技术已经建立[5,6]。
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2022-6-1 06:14:15
传送硬币的程序如下。让|ψi成为汇款人想要发送给收款人的硬币。汇款人和收款人共享一个EPR对【14】,汇款人对其中一个EPR对和|ψi进行Bell测量。然后汇款人通过经典信道将结果告知收款人,通过经典信道,收款人可以通过对另一个EPR对执行酉运算来恢复|ψi的信息。通过这种测量,量子状态将丢弃汇款人所拥有的货币,并将|ψi发送给收款人。这样,硬币数据就不会留在汇款人手中,从而解决了双重支出问题。为了成功地传递|ψi的信息,我们采用了量子密钥分配(QKD)协议,发送方和接收方剪切私钥。最广为人知的是BB84[15]。汇款人对钟声测量结果进行解码,并通过开放渠道告知接收人。对它进行解码,接收器就可以得到密码。图1:通过量子隐形传态汇出硬币的草图。3.2使用量子数字签名进行验证Qbitcoin是一种配备有交易系统的量子链。如果验证了硬币所有人的签名,则将交付一种量子状态的硬币,并批准一次交易。现代数字签名的安全性基于解决数学问题的难度,例如查找大数字的因素(如RSA算法中使用的)。然而,当量子计算机可用时,解决这些问题的任务就变得可行了。此外,传统比特币使用经典编码,因此找到一种替代方法很重要。
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