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JP2003317018A - Quantum cash method, apparatus therefor, and program therefor - Google Patents

Quantum cash method, apparatus therefor, and program therefor

Info

Publication number
JP2003317018A
JP2003317018A JP2002122449A JP2002122449A JP2003317018A JP 2003317018 A JP2003317018 A JP 2003317018A JP 2002122449 A JP2002122449 A JP 2002122449A JP 2002122449 A JP2002122449 A JP 2002122449A JP 2003317018 A JP2003317018 A JP 2003317018A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
quantum
cash
information
random sequence
related information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002122449A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Tokunaga
裕己 徳永
Tatsuaki Okamoto
龍明 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2002122449A priority Critical patent/JP2003317018A/en
Publication of JP2003317018A publication Critical patent/JP2003317018A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Financial Or Insurance-Related Operations Such As Payment And Settlement (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To have forgery impossibility based upon the principles of quantum mechanics, to keep anonymity, and to reduce the amount of secret information held at a bank. <P>SOLUTION: Random columns A=(a1,..., ak) are generated, relative bits ci are generated by EXORing the products of corresponding elements by A and the rows of an open matrix M of (m) rows × (n) columns, and a quantum bit column |ϕ> is generated by encoding aj with a base Z when b(v,j) (or b(v,k+i))=0 and aj with a base X when 1 by secret random columns B<SP>(v)</SP>=(b(v,1),..., b(v,k), b(v,k+1),..., b(v,k+m)) of an issued face amount and the respective bits to obtain cash (|ϕ>,v); when this is used, e1,..., em are obtained by EXORing the products of corresponding elements by the row of (n)-bit random columns D and M and the corresponding quantum bits of |ϕ> are converted in quantum state as they are with the bit column D and bits e1,..., em when dj (or ei) is 0 or by 90° rotation when 1 to |ϕ'> to perform payment with (|ϕ'>,v). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は量子力学の原理を
偽造不可能性の根拠とし量子状態を現金に用いる量子現
金方法、その装置及びそのプログラムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum cash method, a quantum cash method in which a quantum state is used as cash on the basis of a principle of quantum mechanics as a basis for impossibility of forgery, a device thereof, and a program thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種の電子現金が提案されている。これ
らの電子現金は耐タンパー性をもつ媒体またはデジタル
署名の技術を用いることによって安全性を得ていた。し
かし、耐タンパー性媒体は高度な印刷技術、デバイス技
術があれば原理的には破られるものである。また、デジ
タル署名も計算量的な仮定によっており、莫大な計算時
間をかければ破られるし、また、もし量子コンピュータ
が将来完成すれば現実的な計算時間で破られることも知
られている。量子現金はS.Wiesner:Conjugate Coding,
Manuscript written circa 1970,unpublished until i
t appeared in Sigact News, Vol.15, No.1 pp.78-88(1
983)により提案された。Wiesnerの量子現金方法は、量
子力学のクローン不可能性定理が偽造不可能性の根拠と
なっている。この、Wiesnerの方法を簡単に説明する。
現金一つ一つに秘密情報 K={ID,(a1,b1),(a2,b2),…,
(an,bn)} が銀行装置のデータベースに秘密に保管される。ここ
で、IDは現金一つ一つにつけられる通し番号であり、
(ai,bi)(i=1,…,n)は{0,1}からラ
ンダムに選ばれる。量子現金はIDとn個の量子ビット
よりなる量子状態|φ>=|Ψa1,b1>,|Ψa2,b2>,
…,|Ψan,bn>によって構成される。ここで、量子ビ
ット|Ψai,bi>は以下の4つの量子状態のいずれかで
ある。
2. Description of the Related Art Various types of electronic cash have been proposed. These electronic cash have been secured by using tamper resistant media or digital signature technology. However, the tamper-resistant medium can be broken in principle if there are advanced printing technology and device technology. It is also known that the digital signature is also based on computational complexity, and can be broken if it takes a huge amount of calculation time, or if the quantum computer is completed in the future, it will be broken in a realistic calculation time. Quantum cash is S. Wiesner: Conjugate Coding,
Manuscript written circa 1970, unpublished until i
t appeared in Sigact News, Vol.15, No.1 pp.78-88 (1
983). In Wiesner's quantum cash method, the non-clonable theorem of quantum mechanics is the basis for non-counterfeiting. This Wiesner method is briefly explained.
Confidential information K = {ID, (a1, b1), (a2, b2), ...
(An, bn)} is kept secret in the database of the bank device. Here, ID is a serial number attached to each cash,
(Ai, bi) (i = 1, ..., N) is randomly selected from {0, 1}. Quantum cash is a quantum state consisting of ID and n qubits | φ> = | Ψ a1, b1 >, | Ψ a2, b2 >,
…, | Ψ an, bn >. Here, the qubit | Ψ ai, bi > is one of the following four quantum states.

【0003】|Ψ00>=|0 > |Ψ10>=|1 > |Ψ01>=(|0 >+|1 >)/√2 |Ψ11>=(|0 >−|1 >)/√2 値biは基底を定める。biが0ならばaiは基底Z
(|0>,|1>)で符号化され、biが1ならばai
は基底X(|0 >+|1 >)/√2,(|0 >−|
>)/√2で符号される。例えば量子の偏光方向を
利用する場合は(|0>は0°、|1>は90°、(|
>+|1 >)/√2は45°、(|0 >−|1
>)/√2は135°であり、bi=0で、ai=0
なら0°、ai=1なら90°に符号化され、bi=1
でai=0なら45°に、ai=1なら135°に符号
化される。
| Ψ00> = | 0 > │ΨTen> = | 1 > │Ψ01> = (| 0 > + | 1 >) / √2 │Ψ11> = (| 0 >-| 1 >) / √2 The value bi defines the basis. If bi is 0, ai is the basis Z
Encoded with (| 0>, | 1>), and if bi is 1, ai
Is the basis X (| 0 > + | 1 >) / √2, (| 0 >-|
1 >) / √2. For example, if you
When using (| 0> is 0 °, | 1> is 90 °, (|
0 > + | 1 >) / √2 is 45 °, (| 0 >-| 1
>) / √2 is 135 °, bi = 0, ai = 0
Then 0 °, if ai = 1 then 90 ° is encoded, bi = 1
If ai = 0, sign 45 °; if ai = 1, sign 135 °
Be converted.

【0004】利用者は銀行に量子現金の発行を要求する
と、銀行は、データベースから秘密情報Kの1つを取出
し、その(ai,bi)列を量子状態|φ>に符号化し
て、量子現金(ID,|φ>)を利用者に発行する。利
用者は小売店で量子現金を支払う。小売店はその量子現
金を銀行に送信して正当性検証を依頼する。銀行は受領
した量子現金のIDよりKをデータベースから取り出
し、その(ai,bi)に応じて、量子現金の|φ>の
各量子ビット|Ψai,bi>をもし、biが0ならば基底
Zで観測し、biが1ならば基底Xで観測する。そし
て、観測結果がaiであることを検証する。(ai,b
i)(i=1,…,n)中一つでもaiと異なればその
量子現金を正当なものでないと判定する。
When the user requests the bank to issue quantum cash, the bank retrieves one of the secret information K from the database, encodes its (ai, bi) sequence into the quantum state | φ>, and the quantum cash Issue (ID, | φ>) to the user. The user pays quantum cash at the retail store. The retail store sends the quantum cash to the bank for verification. The bank extracts K from the ID of the received quantum cash from the database, and according to its (ai, bi), has each quantum bit | Ψ ai, bi > of quantum φ | φ>, and if bi is 0, the basis Observe at Z, and if bi is 1, observe at base X. Then, it verifies that the observation result is ai. (Ai, b
i) If at least one of (i = 1, ..., N) is different from ai, it is determined that the quantum cash is not valid.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】1.従来の電子現金方
法の偽造不可能性の根拠は、耐タンパ性デバイスの頑強
制という現実的な仮定、またはデジタル署名の計算量的
な仮定によっていて、原理的に安全性を保証するもので
はなかった。 2.従来の量子現金方法は、一つ一つの量子現金に対し
銀行はそれぞれ秘密情報Kを保存する必要があり、銀行
の持つデータベースが巨大になった。 3.従来の量子現金では、銀行が発行したあと、利用者
が使い、銀行に戻ってくるまでに量子現金に変化はなか
った。よって銀行がどの量子現金をどの利用者に渡した
か記録しておけば、銀行は現金を使った利用者を特定で
き、利用者が量子現金をどのように使用したかがわか
る。すなわち、利用者の匿名性は守らなかった。
[Problems to be Solved by the Invention] 1. The basis of the non-counterfeiting of the conventional electronic cash method is based on the realistic assumption that the tamper resistant device is forced to be enforced, or the computational complexity assumption of the digital signature, and does not guarantee the security in principle. It was 2. In the conventional quantum cash method, the bank needs to store the secret information K for each quantum cash, and the database of the bank becomes huge. 3. With conventional quantum cash, after the bank issued it, it was used by the user, and there was no change in the quantum cash before returning to the bank. Therefore, by recording which quantum cash the bank has passed to which user, the bank can identify the user who used the cash and know how the user used the quantum cash. That is, the anonymity of the user was not protected.

【0006】この発明の目的は、上記1、2の問題を同
時に解決することができる量子現金方法、その装置及び
そのプログラムを提供することにある。この発明の他の
目的は上記1、2、3の問題を同時に解決することがで
きる量子現金方法、その装置及びそのプログラムを提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a quantum cash method, an apparatus thereof and a program thereof capable of solving the above problems 1 and 2 at the same time. Another object of the present invention is to provide a quantum cash method, an apparatus and a program thereof which can solve the above problems 1, 2, and 3 at the same time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明においても、量
子力学の原理を用い、量子状態を現金に用いることによ
り原理的にコピー防止をする点はWiesnerの量子現金と
同様であるが、この発明によれば、現金の額面vごとに
固有の情報B(v) を秘密に用意し、この額面固有の情報
(v) の各要素に基づき、現金用ランダム情報を量子状
態への符号化の際の基底を決定し、これにより秘密に保
持するデータ量を小としている。更に量子現金ごとに現
金用ランダム情報Aを生成し、そのランダム情報Aと公
開行列Mとを用いて、ランダム情報Aと関連する関連情
報cを生成し、その関連情報をも額面固有情報B(v)
より量子状態に符号化し、これにより、量子現金のデー
タ量をも小としている。
In the present invention, the principle of quantum mechanics is used and the quantum state is used for cash to prevent copy in principle, like Wiesner's quantum cash. According to this, information B (v) peculiar to each cash face value v is secretly prepared, and random information for cash is encoded into a quantum state based on each element of the information B (v) peculiar to this face value. The basis of the case is determined, and the amount of data that is kept secret is small. Furthermore, random information A for cash is generated for each quantum cash, the related information c related to the random information A is generated using the random information A and the public matrix M, and the related information is also included in the face value specific information B ( By encoding to the quantum state by v), the amount of quantum cash data is also small.

【0008】この発明の第2観点によれば、利用者装置
は量子現金(|φ>,v)を利用する際に、変換用ラン
ダム情報Dを生成し、このランダム情報Dと公開行列M
を用いて、関連情報cの生成と同様にして、関連情報e
を生成し、ランダム列Bと関連情報eとにより、量子現
金の量子状態|φ>をユニタリ変換して、量子状態|
φ′>とし、量子現金(|φ′>,v)を小売店装置へ
送り、小売店装置は(|φ′>,v)を銀行装置へ送っ
て検証を依頼し、銀行装置は|φ′>を、vと対応した
固有の額面ランダム列に基づく基底により観測し、各量
子状態要素の観測結果が上記関連情報cの生成に用いた
関連性を満たしているかを検証して、関連性を所定率以
上満たせば正当なものと判定する。これにより、量子現
金の発行時と検証時で量子現金の量子状態が異なること
になり、匿名性が得られる。
According to the second aspect of the present invention, when the user device uses quantum cash (| φ>, v), it generates conversion random information D, and the random information D and the public matrix M are used.
, The related information e is generated in the same manner as the generation of the related information c.
Is generated, and the quantum state | φ> of the quantum cash is unitarily transformed by the random sequence B and the related information e to obtain the quantum state |
φ ′>, and send the quantum cash (| φ ′>, v) to the retail store device, the retail store device sends (| φ ′>, v) to the bank device to request verification, and the bank device | φ '> Is observed by a basis based on a unique random face value sequence corresponding to v, and it is verified whether the observation result of each quantum state element satisfies the relevance used to generate the above-mentioned related information c, and It is judged to be valid if the above condition is satisfied at a predetermined rate or more. As a result, the quantum state of the quantum cash is different between when the quantum cash is issued and when it is verified, and anonymity is obtained.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】この発明の方法が適用されるシス
テムは、例えば図1に示すように、量子現金を発行する
機関(以下、銀行という)が有する装置(以下、銀行装
置という)100と、量子現金を発行される者(以下、
利用者という)が有する装置(以下、利用者装置とい
う)200と、量子現金を受領する機関(以下、小売店
という)が有する装置(以下、小売店装置という)30
0とが通信路を通じて互いに通信できるようにされてい
る。銀行装置100には発行する量子現金の額面v、例
えば1円、10円、100円、1000円、10000
円ごとに、k+nビットの額面固有ランダム列、 B(v) =(b(v,1),…,b(v,k),b(v,k+1),…,b
(v,k+n))b(v,j),b(v,k+i)∈{0,1},j=1,
…,k,i=1,…,n が秘密情報記憶部101(図2参照)に秘密に保存され
る。つまり、各額面vごとにk+nビットの0,1のラ
ンダム列を生成し、これを額面vごとに秘密に保存して
おけばよい。vは各額面1円,10円,…に応じてその
種類の数が5種類であれば3ビットの額面識別子で表わ
せばよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A system to which the method of the present invention is applied is, for example, as shown in FIG. 1, a device (hereinafter, referred to as a bank device) 100 included in an institution (hereinafter, referred to as a bank) that issues quantum cash and a device (hereinafter, referred to as a bank device). , Those who are issued quantum cash (hereinafter,
A device (hereinafter referred to as a user device) 200 included in a user and a device (hereinafter referred to as a retail store device) included in an institution (hereinafter referred to as a retail store) that receives quantum cash 30
0 and 0 can communicate with each other through a communication path. The face value v of quantum cash to be issued to the bank device 100 is, for example, 1 yen, 10 yen, 100 yen, 1000 yen, 10000.
For each circle, a k + n-bit denomination-specific random sequence, B (v) = (b (v, 1), ..., b (v, k), b (v, k + 1), ..., b
(v, k + n)) b (v, j), b (v, k + i) ε {0,1}, j = 1,
, K, i = 1, ..., N are secretly stored in the secret information storage unit 101 (see FIG. 2). In other words, a k + n-bit random sequence of 0 and 1 may be generated for each face value v and secretly stored for each face value v. v may be represented by a 3-bit face value identifier if the number of types is 5 according to each face value of 1 yen, 10 yen, ....

【0010】またn行k列のランダム行列A random matrix of n rows and k columns

【数7】 が関連情報生成用情報として生成され、これが各利用者
装置が自由に利用できるように公開されると共に公開情
報記憶部102に記憶されている。
[Equation 7] Is generated as related information generating information, which is released so that each user device can freely use it and is stored in the public information storage unit 102.

【0011】量子現金の発行 利用者は量子現金を発行してもらいたい場合は、発行し
てもらいたい金額及び利用者識別情報を含む量子現金発
行要求を利用者装置200から銀行装置100に送信す
る。銀行装置100は量子現金発行要求を通信部103
で受信すると、ランダム列生成部104よりkビットの
現金固有ランダム列 A=(a1,…,ak),aj∈{0,1} を生成する。関連情報生成部105でこのランダム列A
と公開情報Mを用い、そのMの各行ごとにAとの対応要
素の積の排他的論理和 ci=a1・mi,1 (+)…(+)ak・mi,k (2) を演算して関連情報c=(c1,…,cn)を生成す
る。A(+)BはAとBの排他的論理和を表わす。つま
りランダム列Aと公開情報Mの各行との関連性を関連ビ
ットciは表わしている。
Issuance of quantum cash When a user wants to issue quantum cash, a quantum cash issuance request including the amount of money to be issued and user identification information is transmitted from the user device 200 to the bank device 100. . The bank device 100 issues a quantum cash issuance request to the communication unit 103.
When received at, the random sequence generation unit 104 generates a k-bit cash unique random sequence A = (a1, ..., Ak), ajε {0,1}. This random sequence A is generated by the related information generation unit 105.
And public information M, and for each row of M, the exclusive OR of products of corresponding elements with A ci = a1 · m i, 1 (+) ... (+) ak · m i, k (2) The calculation is performed to generate the related information c = (c1, ..., Cn). A (+) B represents the exclusive OR of A and B. That is, the relation bit ci represents the relation between the random column A and each row of the public information M.

【0012】発行要求量子現金の金額に対応した額面
v、例えば1000円に対する額面固有ランダム列B
(v) を記憶部101から読み取り、そのk+nビット
を、kビットのランダム列Aとnビットの関連情報cと
を順次対応付け、量子状態符号化部107でバッファ1
06内の額面固有ランダム列B(v) と関連情報挿入部1
05で対応付けた各1対のビットを順次取り出し、b
(v,j)(又はb(v,k+1))により決まる基底でaj(又は
ci)を量子状態に符号化して量子ビット|Ψaj,b(v,j
)>(又は|Ψci,b(v,k+i)>)を生成する。例えば4つ
の量子状態を式(1)とし、従来技術での項で説明した
と同様に、b(v,j)が0ならばaiを基底Zで符号化
し、b(v,j)が1ならばajを基底Xで符号化する。c
iはb(v,k+i)で符号化する。この結果、符号化量子ビ
ット列よりなる量子状態 |φ>=(|Ψai,b(v,1)>,…,|Ψak,b(v,k)>,|
Ψc1,b(v,k+1)>,…,|Ψcn,b(v,k+n)>) が得られる。
A face value v corresponding to the amount of quantum cash to be issued, for example, a face value specific random sequence B for 1000 yen
(v) is read from the storage unit 101, the k + n bits thereof are sequentially associated with the k-bit random sequence A and the n-bit related information c, and the quantum state encoding unit 107 uses the buffer 1
Random face-specific random sequence B (v) in 06 and related information insertion part 1
The pair of bits associated with each other in 05 are sequentially taken out, and b
Quantum bit | Ψ aj, b (v, j ) by encoding aj (or ci) into a quantum state with a basis determined by (v, j) (or b (v, k + 1))
) > (Or | Ψ ci, b (v, k + i) >). For example, assuming that the four quantum states are equation (1), if b (v, j) is 0, then ai is encoded with the basis Z and b (v, j) is 1 as in the case of the prior art. Then, aj is encoded with the base X. c
i is encoded by b (v, k + i). As a result, the quantum state | φ> = (| Ψ ai, b (v, 1) >, ..., | Ψ ak, b (v, k) >, |
Ψ c1, b (v, k + 1) >, ..., │Ψ cn, b (v, k + n) >) is obtained.

【0013】この量子状態|φ>と額面vを量子現金と
して要求された利用者装置200へ通信部103より送
信し、利用者の口座から発行金額vを引き落す。利用者
装置200は図3に示すように通信部201で受信した
量子現金(|φ>,v)を記憶部202に格納する。銀
行装置100において、前述した量子現金発行処理のた
めに各部を順次動作させるのは制御部108により行
う。量子現金(|φ>,v)の伝送は、|φ>を量子通
信路により、vを古典通信路により行う、あるいはvも
量子状態の符号に変換して、量子通信路で伝送してもよ
い。
The quantum state | φ> and the face value v are transmitted as quantum cash to the requested user device 200 from the communication unit 103, and the issued amount v is withdrawn from the user's account. The user device 200 stores the quantum cash (| φ>, v) received by the communication unit 201 in the storage unit 202 as illustrated in FIG. 3. In the bank device 100, the control unit 108 sequentially operates each unit for the quantum cash issuing process. Quantum cash (| φ>, v) is transmitted by using a quantum communication channel for | φ> and a classical communication channel for v, or by converting v into a quantum state code and transmitting the quantum cash channel. Good.

【0014】量子現金の利用 利用者装置200は必要に応じ関連情報生成用公開情報 Quantum cash user The user device 200 uses public information for generating related information as necessary.

【数8】 公開情報記憶部203に予め記憶しておく、あるいは必
要に応じて銀行装置100又は公開掲示板装置から公開
情報Mを取り寄せてもよい。利用者は量子現金(|φ
>,v)による支払を行う際に、利用者装置200(図
3参照)はランダム列生成部204からk+nビットの
変換用ランダム列Dを、 D=(d1,…,dk,dk+1,…,dk+n) を生成する。このランダム列Dと公開情報Mとから関連
情報生成部205で、公開情報Mの各行ごとにランダム
列Dの対応要素との積の排他的論理和 ei=d1・mi,1 (+)…(+)dk・mi,k (3) を演算して関連情報e=(e1,…,en)を生成す
る。
[Equation 8] The public information M may be stored in advance in the public information storage unit 203, or the public information M may be ordered from the bank device 100 or the public bulletin board device as necessary. The user is quantum cash (| φ
>, V), the user device 200 (see FIG. 3) uses the k + n-bit conversion random sequence D from the random sequence generation unit 204 as D = (d1, ..., dk, dk + 1, ,, dk + n) is generated. In the related information generation unit 205, the exclusive OR of the product of the random sequence D and the public information M with the corresponding element of the random column D for each row of the public information M ei = d1 · m i, 1 (+) ... (+) Dk · mi , k (3) is calculated to generate related information e = (e1, ..., En).

【0015】記憶部202から量子状態|φ>を取り出
し、|φ>のk+nビットの量子ビットとkビットのラ
ンダム列D及びnビットの関連情報eとを順次対応付
け、各対応付けた両ビットをユニタリ変換部206でd
jに応じたユニタリ変換を対応量子ビット|Ψ
aj,b(v,j)>に対して行う。ユニタリ変換は
The quantum state | φ> is extracted from the storage unit 202, the k + n-bit quantum bits of | φ>, the k-bit random sequence D and the n-bit related information e are sequentially associated with each other, and both associated bits are associated with each other. In the unitary conversion unit 206
Corresponding quantum bit | Ψ according to j
aj, b (v, j) >. Unitary conversion

【数9】 であり、θに(π/2)djを代入し、|Ψaj,b(v,j)
>を変換する。つまりdj=0であれば、|Ψ
aj,b(v,j)>はそのままであり、dj=1であれば、|
Ψa j,b(v,j)>は90°回転される。つまり量子の偏光
方向の4状態(0°(180°),45°(225
°),90°(270°),135°(315°))を
4つの量子状態とすると、dj=0では量子ビットの偏
光方向はそのままであるが、dj=1では量子ビットの
偏光方向が90°回転され、djのビットが反転された
ことになる。|φ>に対するユニタリ変換は U=U((π/2)d1),…,U((π/2)dk),U
((π/2)e1),…,U((π/2)en) となる。このように変換された量子状態を|φ′>と表
わす。変換用ランダム列Dに対する関連情報eの生成法
と量子現金固有のランダム列Aに対する関連情報cの生
成法とを同一にしているため、|φ′>は、|φ>に存
在するAとcとの関連性を保持したまま量子状態が変換
されたことになる。この|φ′>とvが量子現金として
通信部201より小売店装置300へ送信される。利用
者装置200において前述した各部に対し順次動作させ
ることは制御部208により行われる。なお記憶部20
2は|φ>を|φ′>に変換して保持しておき、支払時
に|φ′>を読み出してvと共に小売店装置300へ送
信してもよい。あるいは銀行装置100から受信される
|φ>を記憶部202に格納することなくユニタリ変換
して小売店装置300へ送信してもよい。
[Equation 9] And substituting (π / 2) dj for θ, | Ψ aj, b (v, j)
> Is converted. That is, if dj = 0, then | Ψ
aj, b (v, j) > remains, and if dj = 1, then |
Ψ a j, b (v, j) > is rotated by 90 °. That is, four states of the polarization direction of quantum (0 ° (180 °), 45 ° (225
, 90 ° (270 °), 135 ° (315 °)), the polarization direction of the qubit remains unchanged when dj = 0, but the polarization direction of the qubit changes when dj = 1. It is rotated by 90 ° and the bit of dj is inverted. The unitary transformation for | φ> is U = U ((π / 2) d1), ..., U ((π / 2) dk), U
((Π / 2) e1), ..., U ((π / 2) en). The quantum state thus transformed is represented as | φ ′>. Since the method of generating the related information e for the conversion random sequence D and the method of generating the related information c for the random sequence A unique to quantum cash are the same, | φ ′> is A and c existing in | φ>. This means that the quantum state was converted while maintaining the relationship with. The | φ ′> and v are transmitted as quantum cash from the communication unit 201 to the retail store apparatus 300. The control unit 208 causes the user device 200 to sequentially operate the above-described units. The storage unit 20
2 may convert | φ> into | φ ′> and hold it, and may read | φ ′> at the time of payment and send it together with v to the retail store apparatus 300. Alternatively, | φ> received from the bank device 100 may be unitarily converted without being stored in the storage unit 202 and transmitted to the retail store device 300.

【0016】量子現金の検証 小売店装置300は利用者装置200から量子現金(|
φ′>,v)による支払を受信すると、この量子現金
(|φ′>,v)を銀行装置100へ送って検証を依頼
する。銀行装置100は通信部103に検証依頼が受信
されると、その額面vにより秘密情報記憶部101から
額面固有ランダム列B(v) を取り出し、観測部111で
その各ビットb(v,j),b(v,k+i)により決る基底でそ
れぞれ|φ′>の対応量子ビット|Ψ′aj,b(v,j)>,
|Ψ′ei,b(v,k+i)>の量子状態を観測する。この観測
により読み取られたビット列を a′1,…,a′k,c′1,…,c′n とする。検証部112でこの観測ビット列c中のa′
1,…,a′kと、公開情報記憶部102中の公開情報
Mの各行ごとにその対応要素との積の排他的論理和 c″i=a′1・mj,1 (+)…(+)a′k・mi,k (4) を演算し、つまり先に述べたと同様の手法で関連情報
c″iを演算部112aで生成し、この関連情報c″i
が、観測ビット列中の対応ビットc′iと一致するかを
判定部112bで調べ、全てのi=1,…,nについて
成立すれば、この|φ′>は|φ>に対応したものと
し、つまり正当な量子現金と判定し、1つでも成立しな
ければ(|φ′>,v)は不正の量子現金と判定し、そ
の判定結果を通信部103より小売店装置300へ通知
する。
Verification of Quantum Cash The retail store apparatus 300 sends the quantum cash (|
When the payment by φ ′>, v) is received, the quantum cash (| φ ′>, v) is sent to the bank device 100 to request verification. When the verification request is received by the communication unit 103, the bank device 100 takes out the face value-specific random sequence B (v) from the secret information storage unit 101 with the face value v , and the observation unit 111 uses each bit b (v, j) thereof. , B (v, k + i), the corresponding qubits | φ ′ aj, b (v, j) >,
Observe the quantum state of | Ψ ′ ei, b (v, k + i) >. The bit strings read by this observation are defined as a'1, ..., a'k, c'1, ..., c'n. In the verification unit 112, a ′ in this observed bit string c
, ..., a′k, and the exclusive OR of the product of each row of the public information M in the public information storage unit 102 and its corresponding element c ″ i = a′1 · m j, 1 (+) ... (+) A′k · m i, k (4) is calculated, that is, the related information c ″ i is generated by the calculation unit 112a by the same method as described above, and the related information c ″ i is generated.
Is determined by the determination unit 112b to match the corresponding bit c′i in the observed bit string, and if all i = 1, ..., N are satisfied, then | φ ′> corresponds to | φ>. That is, it is determined that the quantum cash is legitimate, and if even one is not satisfied (| φ ′>, v), it is determined that the quantum cash is illegal, and the communication unit 103 notifies the retail store apparatus 300 of the determination result.

【0017】先に述べたように、ユニタリ変換において
はdj,eiが0なら対応量子ビットをそのままとし、
dj,eiが1なら対応量子ビットを90°回転し、従
ってajについてみれば、djとajとの排他的論理和
を取った値がa′jになっていることになる。従ってa
1,…,akとd1,…,dkとの対応ビットごとの排
他的論理和を取った結果a′1,…,a′kに対し、式
(4)の関連情報生成演算をした結果c″iは、a1,
…,akについて式(2)による関連情報生成演算をし
た結果ciと、d1,…,djについて式(3)による
関連情報生成演算をした結果eiとの排他的論理和をと
った値と等しくなる。つまり式(2)によるa1,…,
akと各ciとの関連性が、|φ′>においても保持さ
れ、式(4)により関連情報cとランダム列Aとの関連
性が保持されているかを観測ビット列について調べてい
ることになる。
As described above, in unitary conversion, if dj and ei are 0, the corresponding quantum bit is left unchanged,
If dj and ei are 1, the corresponding qubit is rotated by 90 °. Therefore, regarding aj, the value obtained by taking the exclusive OR of dj and aj is a'j. Therefore a
, Ak and d1, ..., Dk corresponding bits a'1, ..., a'k, the result c'of the related information generating operation of equation (4) ″ I is a1,
Is equal to the value ci obtained by performing the related information generation operation by the equation (2) on ak, and the result ei by performing the related information generation operation on the d1, ..., dj by the equation (3). Become. That is, a1, ..., By the formula (2)
The relation between ak and each ci is held also in | φ ′>, and it is checked whether or not the relation between the related information c and the random string A is held by the equation (4) for the observed bit string. .

【0018】検証依頼を受信した時の各部を順次動作さ
せるのは制御部108により行う。検証部112で量子
現金(|φ′>,v)が正当なものであると判定され、
その通知を小売店装置300が受信すると、小売店装置
300は利用者装置200によるその量子現金(|φ′
>,v)での支払いを認め、またその量子現金(|φ′
>,v)を銀行のその小売店の口座に入金するか、(|
φ′>,v)を返送してもらい、自分の量子現金として
使用するかを銀行装置100に指示する。検証に不合格
の場合は、小売店装置300は利用者装置200のその
(|φ′>,v)による支払を認めない。なお銀行装置
100は口座への入金指示を受けると、その金額vを小
売店の口座に入金した後、(|φ′>,v)を廃棄し、
検証不合格の場合も廃棄し、返送要求の場合は(|φ′
>,v)を返送する。
The control unit 108 sequentially operates each unit when the verification request is received. The verification unit 112 determines that the quantum cash (| φ ′>, v) is valid,
When the retail store device 300 receives the notification, the retail store device 300 receives the quantum cash (| φ ′ by the user device 200).
>, V), and the quantum cash (| φ ′
>, V) into the bank's retail account or (|
φ ′>, v) is returned, and the bank device 100 is instructed whether or not to use it as own quantum cash. If the verification fails, the retail store device 300 does not allow payment by the (| φ ′>, v) of the user device 200. When the bank device 100 receives an instruction to deposit money into the account, it deposits the amount v into the account of the retail store, and then discards (| φ ′>, v),
If the verification fails, discard it.
>, V) is returned.

【0019】銀行装置100は(|φ′>,v)を利用
者装置200に発行した時と、小売店装置300から
(|φ′>,v)を検証依頼された時で、量子状態が|
φ>と|φ′>と異なっているため、(|φ′>,v)
はどの利用者装置200に対して発行されたものである
かを知ることはできない。また公開情報を利用して関連
情報を生成しているため、量子現金のデータ量を小さく
することができる。同一額面の量子現金の発行数が多く
なると、その額面固有ランダム列B(v) が知られてしま
うおそれがある、この点からk+nの値は大きい方がよ
く、例えば100とかそれより大きな値が考えられ、同
様に安全性の点からk>nとし、例えばnは100程
度、kはnの2倍程度でよい。上述では発行要求金額が
額面vの1つと一致している場合であったが、例えば要
求金額が1,300円の場合、額面が1万円の(|φ
>,v5)と額面が千円の(|φ>,v4),(|φ
>,v4),(|φ>,v4),(v5は額面1万円を
v4は額面千円を表し、各|φ>は互いに異なったもの
となる)を発行すればよい。
When the bank device 100 issues (| φ ′>, v) to the user device 200 and when the retail store device 300 requests verification of (| φ ′>, v), the quantum state becomes |
Since φ> and | φ ′> are different, (| φ ′>, v)
Cannot know to which user device 200 it was issued. Moreover, since the related information is generated by using the public information, the quantum cash data amount can be reduced. When the number of issuances of quantum cash of the same face value increases, the face value random sequence B (v) may be known. From this point, it is better that the value of k + n is large, for example 100 or a value larger than that. Similarly, from the viewpoint of safety, k> n, for example, n may be about 100 and k may be about twice as large as n. In the above description, the issuance request amount is equal to one of the face values v. However, if the request amount is 1,300 yen, the face value is 10,000 yen (| φ
>, V5) and the face value of 1,000 yen (| φ>, v4), (| φ
>, V4), (| φ>, v4), (v5 represents a face value of 10,000 yen, v4 represents a face value of 1,000 yen, and each | φ> is different from each other).

【0020】各量子ビットが取り得る量子状態は式
(1)に限らず、 |Ψ00>=|Ψx > |Ψ10>=|Ψ′x > |Ψ01>=|Ψy > |Ψ11>=|Ψ′y > の4状態でもよい。|Ψx >と|Ψx ′>は互いに直交
しており、|Ψy >と|Ψy ′>も互いに直交している
が、|Ψx >と|Ψy >は非直交である。b(v,j)(又
はb(v,k+1))が0なら基底X(|Ψx >,|Ψx
>)で、1なら基底Y(|Ψy >と|Ψy ′>)でaj
(又はci)を符号化する。
The quantum states that can be taken by each qubit are not limited to the equation (1), and │Ψ 00 > = │Ψ x > │Ψ 10 > = │Ψ ′ x > │Ψ 01 > = │Ψ y > │Ψ It may be four states of 11 > = | Ψ ′ y >. | Ψ x > and | Ψ x ′> are orthogonal to each other, and | Ψ y > and | Ψ y ′> are also orthogonal to each other, but | Ψ x > and | Ψ y > are non-orthogonal. If b (v, j) (or b (v, k + 1)) is 0, the basis X (| Ψ x >, | Ψ x
>), If 1 then aj in the basis Y (| Ψ y > and | Ψ y ′>)
(Or ci) is encoded.

【0021】上述では式(4)が1つのiについても成
立しなければ不合格としたが、例えば90%以上式
(4)が成立すれば合格とするようにしてもよい。この
ようにすることにより、誤検出、誤動作が多少許され、
それだけ高速動作させ、あるいは安価に構成することが
可能となる。更に額面固有のランダム列の要素b(v,
j),b(v,k+i)は0か1の2値の何れかの場合に限ら
ず、b(v,j),b(v,k+i)∈{0,1,…,q−1}、q
は2以上の整数、つまりqは3以上としてもよい。同様
にaj∈{0,1,…,p−1}、pは2以上の整数と
してもよい。関連情報ci,eiの生成は ci=f(a1,…,ak) のようにa1,…,akを変数とする関数fの値とす
る。
In the above description, if the equation (4) is not satisfied even for one i, it is determined to be unacceptable. However, if the equation (4) is 90% or more, it may be determined to be acceptable. By doing this, some false detections and malfunctions are allowed,
It becomes possible to operate at such a high speed or to configure at a low cost. Furthermore, the element b (v,
j) and b (v, k + i) are not limited to binary cases of 0 and 1, and b (v, j), b (v, k + i) ε {0,1, ..., q-1}, q
May be an integer of 2 or more, that is, q may be 3 or more. Similarly, ajε {0, 1, ..., P-1}, and p may be an integer of 2 or more. The related information ci, ei is generated with the value of the function f having variables a1, ..., Ak as ci = f (a1, ..., Ak).

【0022】また量子ビット|Ψaj,b(v,j)>,|Ψ
ci,b(v,k+i)>はq×p種類の量子装置の1つとなり、
ユニタリ変換はei=f(d1,…,dk)の関係を保
持させ、検証はc′i=f(a′1,…,a′k)が成
立するかを検証することになる。図4に銀行装置100
の処理手順の例を示す。利用者装置200から量子現金
発行要求を受信すると(S1)、n個の要素よりなるラ
ンダム列Aを生成し(S2)、そのランダム列Aと、公
開情報Mの各行ごとに対応要素の積の排他的論理和を演
算して関連情報c=(c1,…,cm)を生成し(S
3)、発行要求された金額と対応する額面のn+m要素
による量子額面固有ランダム列B(v)を記憶部より取り
出し(S4)、額面固有ランダム列B(v)の要素の順に
その要素に応じた基底で、ランダム列A、関連情報cの
各要素を順次量子状態の1つに符号化して量子ビットを
生成して、量子ビット列よりなる量子状態|φ>を得る
(S5)。この|φ>とvを量子現金として利用者装置
200へ送信する(S6)。
The qubit | Ψ aj, b (v, j) >, | Ψ
ci, b (v, k + i) > is one of q × p kinds of quantum devices,
The unitary transformation holds the relationship of ei = f (d1, ..., Dk), and the verification verifies whether or not c'i = f (a'1, ..., a'k) holds. FIG. 4 shows the bank device 100.
An example of the processing procedure of is shown. When the quantum cash issuance request is received from the user device 200 (S1), a random sequence A made up of n elements is generated (S2), and the random sequence A and the product of corresponding elements of each row of the public information M are calculated. The exclusive OR is calculated to generate the related information c = (c1, ..., cm) (S
3) The quantum face-specific random sequence B (v) consisting of n + m elements of the face value corresponding to the amount requested to be issued is fetched from the storage unit (S4), and the face-value-specific random sequence B (v) is arranged in the order of elements. On the basis of the above, each element of the random sequence A and the related information c is sequentially encoded into one of the quantum states to generate a quantum bit, and the quantum state | φ> consisting of the quantum bit sequence is obtained (S5). The | φ> and v are transmitted to the user device 200 as quantum cash (S6).

【0023】次に小売店装置300から検証依頼が受信
されたかを調べ(S7)、受信されていると、その受信
した量子現金(|φ′>,v)の額面vにより記憶部1
01からその額面固有ランダム列B(v)を読み出し(S
8)、その要素b(v,j)(又はb(v,k+i))を基底の基準
として、量子状態|φ′>の各量子ビットの対応するも
のの量子状態を順次観測して観測要素列を求める(S
9)。その観測要素列の最初のn個a′1,…,a′n
と公開情報Mの各行ごとに、その対応要素との積の排他
的論理和を求め、これが対応する観測値c′iと一致す
るかを検証し(S10)、一致するものが所定率以上で
あればその量子現金(|φ′>,v)を正当なものと判
定し、その結果を小売店装置300に通知してステップ
S1に戻る(S11)。
Next, it is checked whether or not the verification request is received from the retail store apparatus 300 (S7). If the verification request is received, the storage unit 1 is determined by the face value v of the received quantum cash (| φ '>, v).
The random facet-specific random sequence B (v) is read from 01 (S
8), using the element b (v, j) (or b (v, k + i)) as a basis reference, sequentially observe and observe the quantum states of the corresponding quantum bits of the quantum state | φ ′> Find element sequence (S
9). The first n a'1, ..., a'n of the observed element sequence
For each row of and the public information M, the exclusive OR of the product with the corresponding element is obtained, and it is verified whether or not this matches the corresponding observed value c′i (S10). If so, the quantum cash (| φ ′>, v) is determined to be valid, the result is notified to the retail store apparatus 300, and the process returns to step S1 (S11).

【0024】ステップS1で発行要求を受信していなけ
ればステップS7に移り、ステップS7で検証依頼を受
信していなければステップS1に戻る。図2に示した銀
行装置100、図3に示した利用者装置200はそれぞ
れコンピュータによりプログラムを実行させて機能させ
ることもできる。その場合は例えば図4に示す処理手順
をコンピュータに実行させるための銀行装置処理プログ
ラムを、コンピュータにCD−ROMや可撓性磁気ディ
スクなどの記録媒体からインストールし、又は通信回線
を介してダウンロードして、コンピュータにそのプログ
ラムを実行させればよい。
If the issuance request has not been received in step S1, the process proceeds to step S7, and if the verification request has not been received in step S7, the process returns to step S1. The bank device 100 shown in FIG. 2 and the user device 200 shown in FIG. 3 can be made to function by executing a program by a computer. In that case, for example, a bank device processing program for causing a computer to execute the processing procedure shown in FIG. 4 is installed in the computer from a recording medium such as a CD-ROM or a flexible magnetic disk, or is downloaded via a communication line. Then, the computer may execute the program.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、量
子力学の原理による偽造不可能性をもち、かつ銀行装置
に秘密に格納しておく情報は各額面に対するランダム列
のみでよいから、全ての量子現金と対応する各情報を格
納しておく場合と比較して、その記憶容量は著しく小さ
くすることができる。また公開情報Mを利用して関連情
報を生成しているため、一つ一つの量子現金のデータ量
を比較的小さくすることができる。また銀行装置が発行
する量子現金(|φ′>,v)と、これが支払に利用さ
れて銀行装置で検証された量子現金(|φ′>,v)と
はその量子状態が|φ>から|φ′>に変更されている
ため、(|φ′>,v)がどの利用者装置に対し発行さ
れたものであるかはわからず匿名性が保たれる。しかも
|φ>から|φ′>への変更は、関連情報の生成の手法
を同一とし、その関連性を満すか否かにより量子現金の
正当性を検証することができる。
As described above, according to the present invention, since the information which has the forgery by the principle of quantum mechanics and which is secretly stored in the bank device is only the random sequence for each face value, The storage capacity can be significantly reduced as compared with the case where each piece of information corresponding to all quantum cash is stored. Moreover, since the related information is generated using the public information M, the data amount of each quantum cash can be made relatively small. Quantum cash (| φ ′>, v) issued by a bank device and quantum cash (| φ ′>, v) that is used for payment and verified by the bank device have a quantum state of | φ> Since it is changed to | φ ′>, it is not known to which user device (| φ ′>, v) is issued and anonymity is maintained. Moreover, the change from | φ> to | φ ′> makes it possible to verify the legitimacy of quantum cash based on whether the method of generating related information is the same and whether the relationship is satisfied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明方法が適用されるシステムの最小の構
成例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a minimum configuration example of a system to which the method of the present invention is applied.

【図2】この発明の銀行装置の機能構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a functional configuration example of a bank device according to the present invention.

【図3】この発明の利用者装置の機能構成例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a functional configuration example of a user device according to the present invention.

【図4】銀行装置の処理手順の例を示す流れ図。FIG. 4 is a flowchart showing an example of a processing procedure of a bank device.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 量子現金を発行する機関(以下銀行とい
う)が有する装置(以下、銀行装置という)は、額面ご
との額面固有情報を秘密に保持し、かつ関連情報生成用
情報を公開し、 量子現金を発行される者(以下、利用者という)が有す
る装置(以下、利用者装置という)から量子現金の発行
要求を受信すると、量子現金固有情報を生成し、 その量子現金固有情報と関連情報生成用情報とから関連
情報を生成し、 上記要求された量子現金の額面と対応する額面固有情報
に基づき、上記量子現金固有情報及び上記関連情報を量
子状態に符号化し、 その量子状態と要求された額面情報を量子現金として利
用者装置へ送ることを特徴とする量子現金方法。
1. A device (hereinafter, referred to as a bank device) of a quantum cash issuing institution (hereinafter, referred to as a bank) has secretly holds face value specific information for each face value and discloses related information generating information. When a quantum cash issuance request is received from a device (hereinafter, referred to as a user device) of a person who issues quantum cash (hereinafter referred to as a user), quantum cash unique information is generated and associated with the quantum cash unique information. Generating related information from the information for information generation, based on the face value specific information corresponding to the requested face value of the quantum cash, the quantum cash specific information and the related information are encoded into a quantum state, and the quantum state and the request. A quantum cash method, characterized in that the calculated face value information is sent to a user device as quantum cash.
【請求項2】 利用者が量子現金を利用する際には、利
用者装置が変換情報を生成し、その変換情報と上記関連
情報生成用情報とから、上記量子現金固有情報と上記関
連情報との関連性と同一の関連性をもつ第2関連情報を
生成し、 上記変換情報及び上記第2関連情報を用いて、量子現金
の量子状態を上記関連性を保持した状態で他の量子状態
に変換し、 その変換された量子状態及びその額面情報を、量子現金
を受領する機関(以下、小売店という)の有する装置
(以下、小売店装置という)へ送り、 小売店装置は受信した量子現金を銀行装置へ送ってその
正当性の検証を依頼し、 銀行装置は正当性検証の依頼を受けると、その額面情報
と対応する額面固有情報を用いて、受信した量子状態が
上記関連性を保持しているか否かを調べて、その量子現
金の正当性を検証し、その検証結果を小売店装置へ送信
することを特徴とする請求項1記載の量子現金方法。
2. When the user uses the quantum cash, the user device generates conversion information, and based on the conversion information and the related information generating information, the quantum cash unique information and the related information. The second related information having the same relationship as the relationship of 1 is generated, and by using the conversion information and the second related information, the quantum state of quantum cash is changed to another quantum state while maintaining the relationship. The converted quantum state and the face value information are converted and sent to a device (hereinafter, a retail store device) of an institution (hereinafter, a retail store) that receives the quantum cash, and the retail store device receives the quantum cash. When the bank device receives a request for verification of validity, the received quantum state retains the above relevance using the face value information and the corresponding face value specific information. Check whether or not Quantum cash method of claim 1, wherein the verify the validity of the quantum cash, and sends the verification result to the retail store system.
【請求項3】 量子現金を発行する機関(以下、銀行と
いう)が有する装置(以下、銀行装置という)は額面v
ごとに額面固有ランダム列 B(v) =(b(v,1),b(v,2),…,b(v,k),b(v,k+
1),…,b(v,k+n))b(v,j)∈{0,1,…,q−1,
j=1,…,k,b(v,k+i)∈{0,1,…,q−1}
i=1,…,n,k>n,qは2以上の整数 を記憶部に秘密に保持し、 n行k列の行列 【数1】 を関連情報生成用情報として公開し、 量子現金を発行される者(以下、利用者という)が有す
る装置(以下、利用者装置という)から量子現金の発行
要求を受信すると、要素数kの量子現金用ランダム列、 A=(a1,a2,…,ak),aj∈{0,1,…,
p−1}、pは2以上の整数 を生成し、 ランダム列Aの各要素と公開行列Mの各行ごとの対応要
素との積を変数とする関連付け関数値 ci=f(mi,1 ・a1,…,mi,k ・ak) を演算して関連情報c=(c1,…,cn)を生成し、 ランダム列A及び関連情報cの各要素を、発行要求され
た金額の額面と対応する額面固有ランダム列B(v) の対
応要素に基づき、q×p種類の量子状態の一つに符号化
した量子状態、 |φ>=|Ψa1,b(v,1)>,…,|Ψak,b(v,k)>,|Ψ
c1,b(k+1)>,…,|Ψcn,b(k+n)> を生成し、 量子状態|φ>と額面vを量子現金(|φ>,v)とし
て利用者装置へ送信することを特徴とする量子現金方
法。
3. A device (hereinafter, referred to as a bank device) of an institution that issues quantum cash (hereinafter, referred to as a bank) has a face value v.
A denomination-specific random sequence B (v) = (b (v, 1), b (v, 2), ..., b (v, k), b (v, k +)
1), ..., b (v, k + n)) b (v, j) ε {0,1, ..., q-1,
j = 1, ..., k, b (v, k + i) ε {0,1, ..., q-1}
i = 1, ..., N, k> n, q holds integers of 2 or more in the storage unit in secret, and a matrix of n rows and k columns When the quantum cash issuance request is received from a device (hereinafter, referred to as a user device) of a person (hereinafter, referred to as a user) who issues quantum cash as related information generation information, the quantum with the number k of elements is received. Random sequence for cash, A = (a1, a2, ..., Ak), ajε {0, 1, ...,
p-1}, p generates an integer of 2 or more, and an association function value ci = f (m i, 1 ··) in which the product of each element of the random column A and the corresponding element of each row of the public matrix M is a variable a1, ..., M i, k · ak) to generate related information c = (c1, ..., cn), and each element of the random sequence A and related information c is set as the face value of the amount requested to be issued. A quantum state encoded into one of q × p kinds of quantum states, based on the corresponding element of the corresponding denomination-specific random sequence B (v) , | φ> = | Ψ a1, b (v, 1) >, ... , | Ψ ak, b (v, k) >, | Ψ
c1, b (k + 1) >, ..., | Ψ cn, b (k + n) > is generated, and the quantum state | φ> and the face value v are transferred to the user device as quantum cash (| φ>, v). A quantum cash method characterized by transmitting.
【請求項4】 利用者が量子現金(|φ>,v)を使用
する際に、利用者装置は要素数kの変換用ランダム列 D=(d1,d2,…,dk),dj∈{0,1,…,
p−1} を生成し、そのランダム列Dの各要素と公開行列Mの各
行ごとの対応要素との積を変数として関連付け関数値 ei=f(mi,1 ・d1,…,mi,k ・dk) を演算して関連情報e=(e1,…,ek)を生成し、 上記量子現金の量子状態|φ>の各量子状態要素列の各
要素を上記ランダム列Dと関連情報eの各対応する要素
により、ユニタリ変換して、他の量子状態|φ′>に変
換し、 この他の量子状態|φ′>とvを量子現金として、利用
者より量子現金を受領する機関(以下、小売店という)
が有する装置(以下、小売店装置という)へ送り、 小売店装置は受信した量子現金(|φ′>,v)を銀行
装置へ送って検証を依頼し、 銀行装置は受信した検証依頼の(|φ′>,v)のvと
対応する額面固有ランダム列B(v) を取り出し、その各
対応要素に基づく基底により、受信した量子状態|φ′
>の各量子状態要素を観測して観測要素より a′1,…,a′k,c′1,…,c′n を生成し、その観測要素列中のa′1,…,a′kと公
開行列Mの各行の対応要素との積を求め、この積を変数
として関連付け関数値f c″i=f(mi,1 ・a′1,…,mi,k ・a′k) を演算し、この演算結果c″iが、観測要素列中の対応
要素c′iと一致するかを検証し、 この一致する数が所定率以上であれば、その量子現金を
正当なものと判定し、 この判定結果を小売店装置へ送信することを特徴とする
請求項3記載の量子現金方法。
4. When a user uses quantum cash (| φ>, v), the user device uses a conversion random sequence D = (d1, d2, ..., dk), djε {with the number of elements k. 0, 1, ...
p-1} is generated and the product of each element of the random column D and the corresponding element of each row of the public matrix M is used as a variable, and the associated function value ei = f (m i, 1 · d1, ..., m i, k · dk) to generate related information e = (e1, ..., ek), and each element of each quantum state element sequence of the quantum state | φ> of the quantum cash is associated with the random sequence D and the related information e. The unit corresponding to each of the elements is converted into another quantum state | φ ′>, and the other quantum state | φ ′> and v are used as quantum cash. Hereinafter referred to as a retail store)
To the bank device (hereinafter referred to as a retail store device), the retail store device sends the received quantum cash (| φ ′>, v) to the bank device to request verification, and the bank device requests the verification request ( | Φ ′>, v) and the face-value-specific random sequence B (v) corresponding to v, and the received quantum state | φ ′ according to the basis based on each corresponding element
, A'k, c'1, ..., C'n are generated from the observed elements, and a'1, ..., A'in the observed element sequence are observed. The product of k and the corresponding element of each row of the public matrix M is obtained, and the product is used as a variable to associate the association function value fc ″ i = f (m i, 1 · a′1, ..., m i, k · a′k ) Is verified, and it is verified whether or not the calculation result c ″ i matches the corresponding element c′i in the observation element sequence. If the number of matching is equal to or more than a predetermined rate, the quantum cash is valid. The quantum cash method according to claim 3, wherein the determination result is transmitted to the retail store device.
【請求項5】 上記q及びpをそれぞれ整数2とし、上
記関連付け関数値fの演算を ci=mi,1 ・a1(+)…(+)mi,cn ・ak とし、ここでA(+)BはAとBの排他的論理和を表
し、 上記q×p=4の量子状態を |Ψ00>=|Ψx > |Ψ10>=|Ψ′x > |Ψ01>=|Ψy > |Ψ11>=|Ψ′y > とし、ここで、|Ψx >⊥|Ψ′x >,|Ψy >⊥|
Ψ′y >であり、|Ψx >と|Ψy >は非直交であり、
A⊥BはAとBが直交の関係にあることを表わし、b
(v,j),b(v,k+i)が0ならばそれぞれaj,ciを基底
X(|Ψx >,|Ψ′ x >)でそれぞれ符号化し、b
(v,j),b(v,k+i)が1ならばaj,ciを基底Y(|Ψ
y >,|Ψ′y >)でそれぞれ符号化することを特徴と
する請求項3又は4記載の量子現金方法。
5. The above q and p are respectively integers 2 and
Calculation of the association function value f ci = mi, 1 ・ A1 (+) ... (+) mi, cn・ AK Where A (+) B represents the exclusive OR of A and B
Then Quantum state of q × p = 4 │Ψ00> = | Ψx> │ΨTen> = | Ψ ′x> │Ψ01> = | Ψy> │Ψ11> = | Ψ ′y> , Where | Ψx> ⊥ | Ψ ′x>, | Ψy> ⊥ |
Ψ ′y>, And | Ψx> And | Ψy> Is non-orthogonal,
A⊥B indicates that A and B are in an orthogonal relationship, and b
If (v, j) and b (v, k + i) are 0, base aj and ci respectively
X (| Ψx>, | Ψ ′ x>) Respectively, and b
If (v, j) and b (v, k + i) are 1, then aj and ci are set to the basis Y (| Ψ
y>, | Ψ ′y>) Is used to encode each
The quantum cash method according to claim 3 or 4.
【請求項6】 上記ユニタリ変換を 【数2】 とし、上記|φ>の各量子ビットに対し、それぞれ、 U=U((π/2)d1),…,U((π/2)dk),U
((π/2)e1),…,U((π/2)en) の変換を行うことを特徴とする請求項5記載の量子現金
方法。
6. The unitary conversion is expressed as follows: Then, for each qubit of | φ>, U = U ((π / 2) d1), ..., U ((π / 2) dk), U
6. The quantum cash method according to claim 5, wherein conversion of ((π / 2) e1), ..., U ((π / 2) en) is performed.
【請求項7】 上記4つの量子状態は |Ψ00>=|0 > |Ψ10>=|1 > |Ψ01>=(|0 >+|1 >)/√2 |Ψ11>=(|0 >−|1 >)/√2 であることを特徴とする請求項6記載の量子現金方法。7. The four quantum states are | Ψ 00 > = | 0 > | Ψ 10 > = | 1 > | Ψ 01 > = (| 0 > + | 1 >) / √2 | Ψ 11 > = (| 0 >-| 1 >) / √2. 7. The quantum cash method according to claim 6, wherein 【請求項8】 額面vごとに額面固有ランダム列 B(v) =(b(v,1),b(v,2),…,b(v,k),b(v,k+
1),…,b(v,k+n))b(v,j),b(v,k+i)∈{0,
1},j=1,…,k,i=1,…,n,k>n,を秘
密に記憶する記憶部と、 関連情報生成用公開情報 【数3】 を記憶する記憶部と、 要素数kの量子現金固有のランダム列 A=(a1,a2,…,ak),aj∈{0,1} を生成するランダム列生成部と、 上記ランダム列Aの各要素と公開情報Mの各行ごとの対
応要素との積の排他的論理和 ci=a1・mi,1(+)…(+)ak・mi,k を演算して関連情報c=(c1,…,cn)を生成する
関連情報生成部と、 量子状態を |Ψ00>=|0 > |Ψ10>=|1 > |Ψ01>=(|0 >+|1 >)/√2 |Ψ11>=(|0 >−|1 >)/√2 として、b(v,j),b(v,k+i)が0であればそれぞれa
j,ciを基底Z(|0 >,|1 >)で符号化し、b
(v,j),b(v,k+i)が1であればそれぞれaj,ciを基
底X((|0 >+|1 >)/√2,(|0 >−|1
>)/√2)で符号化して量子ビット列 |φ>=(|Ψa1,b(v,1)>,…,|Ψak,b(v,k)>,|
Ψc1,b(v,k+1)>,…,|Ψcn,b(v,k+n)>) を生成して、量子現金固有ランダム列A及びその関連情
報cに対する額面固有ランダム列B(v) による量子状態
を生成する量子状態符号化部と、 通信手段と、 通信手段が利用者装置から量子現金発行要求を受信する
と、ランダム列生成部及び関連情報生成部に、上記量子
現金固有ランダム列A及びその関連情報cを生成させ、
発行要求された額面vに応じた額面固有ランダム列B
(v)を取出し、量子状態符号化部により、生成したA及
びcをB(v)で符号化させて量子状態|φ>を生成さ
せ、通信手段にその量子状態|φ>と額面vを量子現金
として利用者装置に送信させる制御手段とを具備する量
子現金方法の銀行装置。
8. A denomination-specific random sequence for each denomination v B(v) = (B (v, 1), b (v, 2), ..., b (v, k), b (v, k +
1), ..., b (v, k + n)) b (v, j), b (v, k + i) ε {0,
1}, j = 1, ..., K, i = 1, ..., N, k> n
A storage unit that stores densely, Public information for generating related information [Equation 3] A storage unit for storing Quantum cash-specific random sequence with k elements A = (a1, a2, ..., ak), ajε {0, 1} A random sequence generator that generates A pair of each element of the random column A and each row of the public information M
Exclusive OR of product with response element ci = a1 · mi, 1(+) ... (+) ak ・ mi, k To generate related information c = (c1, ..., cn)
A related information generator, Quantum states │Ψ00> = | 0 > │ΨTen> = | 1 > │Ψ01> = (| 0 > + | 1 >) / √2 │Ψ11> = (| 0 >-| 1 >) / √2 If b (v, j) and b (v, k + i) are 0, then a
Let j, ci be the basis Z (| 0 >, | 1 >), And b
If (v, j) and b (v, k + i) are 1, they are based on aj and ci, respectively.
Bottom X ((| 0 > + | 1 >) / √2, (| 0 >-| 1
>) / √2) encoded and qubit string | Φ> = (| Ψa1, b (v, 1)>, ..., | Ψak, b (v, k)>, |
Ψc1, b (v, k + 1)>, ..., | Ψcn, b (v, k + n)>) To generate a quantum cash unique random sequence A and its related information.
Face value random sequence B for report c(v) Quantum state by
A quantum state encoding unit that generates Communication means, The communication means receives the quantum cash issuance request from the user device.
And the above-mentioned quantum
Generate a cash unique random sequence A and its related information c,
Face value specific random sequence B according to the face value v requested to be issued
(v)The quantum state encoding unit extracts the A and
And c to B(v)To generate the quantum state | φ>
Let the quantum state | φ> and face value v be quantum cash in the communication means.
Amount provided with control means for transmitting to the user device as
Child cash method banking equipment.
【請求項9】 量子状態|φ′>の各量子ビットを、そ
の額面vの額面固有ランダム列B(v) の対応要素に基づ
く基底により観測してビット列 A′=(a′1,…,a′k,c′1,…,c′n)を
読み出す観測部と、公開情報 【数4】 を記憶する記憶部と、 公開情報Mの各行ごとにビット列A′中のa′1,…,
a′kとの対応要素の積の排他論的論理和 a′1・mi,1 (+)…(+)a′k・mi,k =c′i を演算し、この演算結果c′iが観測ビット列A′中の
c′iと一致するかを調べ、この全てのiについての検
証結果が一致であったらその量子現金(|φ′>,v)
を正当なものと判定する検証部と、 通信手段が小売店装置から量子現金(|φ′>,v)に
対する正当性検証の依頼を受信すると、その額面vの額
面固有ランダム列B(v) を取り出し、観測部に、このB
(v) によりその量子状態|φ′>を観測させ、検証部
に、その読み取ったビット列A′に対して上記検証を行
わせ、通信手段に、その検証結果を小売店装置に送信さ
せる制御手段とを備えることを特徴とする請求項8記載
の量子現金方法の銀行装置。
9. Each quantum bit of the quantum state | φ ′> is observed by a basis based on the corresponding element of the denomination-specific random sequence B (v) of the denomination v, and the bit sequence A ′ = (a′1, ..., a'k, c'1, ..., C'n), and the observation information and public information [Formula 4] , And a ′ in the bit string A ′ for each row of the public information M, ...
An exclusive OR of a product of corresponding elements with a'k a'1.m i, 1 (+) ... (+) a'k.m i, k = c'i is calculated, and this calculation result c It is checked whether'i matches c'i in the observed bit string A ', and if the verification results for all i match, the quantum cash (| φ'>, v)
When the verification unit that determines that the value is valid and the communication unit receives a request for verification of the validity of the quantum cash (| φ ′>, v) from the retail store device, the face value-specific random sequence B (v) of the face value v Take out the B
The control means for observing the quantum state | φ ′> by (v), causing the verification unit to perform the above-mentioned verification on the read bit string A ′, and causing the communication means to transmit the verification result to the retail store device. 9. The banking device for the quantum cash method according to claim 8, further comprising:
【請求項10】 公開情報 【数5】 を記憶する記憶部と、 kビットのランダム列Dを生成するランダム列生成部
と、 公開情報Mの各行ごとにその要素とランダム列Dの対応
要素との積の排他的論理和 ei=mi,1 ・d1(+)…(+)mi,k ・dk dj∈{0,1} を演算して関連情報e=(e1,…,en)を生成する
関連情報生成部と、ユニタリ変換U(θ)を 【数6】 とし、量子状態|φ>の各量子ビットに対し、 U=U((π/2)d1),…,U((π/2)dk),U
((π/2)ei),…,U((π/2)en) の各変換要素を対応付けてユニタリ変換を行って変換さ
れた量子状態|φ′>を出力するユニタリ変換部と、 通信部と、 量子現金(|φ>,v)に対し、ランダム列生成部にラ
ンダム列Dを生成させ、関連情報生成部に関連情報eを
生成させ、ユニタリ変換部に、Dとeを用いて|φ>を
ユニタリ変換した量子状態|φ′>を生成させ、通信部
に|φ′>とvを量子現金として小売店装置に送信させ
る制御部とを備える量子現金方法の利用者装置。
10. Public information [Formula 5] , A random sequence generator that generates a k-bit random sequence D, an exclusive OR of products of the element of each row of the public information M and the corresponding element of the random sequence D ei = m i , 1 · d1 (+) ... (+) m i, k · dk dj ε {0,1} to generate related information e = (e1, ..., en), and a unitary transformation Let U (θ) be Then, for each quantum bit of the quantum state | φ>, U = U ((π / 2) d1), ..., U ((π / 2) dk), U
A unitary transformation unit that outputs the quantum state | φ ′> transformed by performing unitary transformation by associating each transformation element of ((π / 2) ei), ..., U ((π / 2) en) with each other, For the communication unit and the quantum cash (| φ>, v), the random sequence generation unit generates the random sequence D, the related information generation unit generates the related information e, and the unitary conversion unit uses D and e. And a control unit for causing the communication unit to transmit | φ '> and v as quantum cash to the retail store device.
【請求項11】 請求項8又は9に記載の銀行装置とし
て、コンピュータを機能させるための銀行装置処理プロ
グラム。
11. A bank device processing program for causing a computer to function as the bank device according to claim 8 or 9.
【請求項12】 請求項10に記載の利用者装置とし
て、コンピュータを機能させるための利用者装置処理プ
ログラム。
12. A user device processing program for causing a computer to function as the user device according to claim 10.
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WO2006011679A3 (en) * 2004-07-30 2006-03-30 Toshiba Kk Quantum cash system and quantum cash apparatus

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