一、定义
电子现金(Electronic Cash)，俗称现金卡、电子钱包，其实是一种用电子形式模拟现金的技术，即是将原本的现金改以电子的方式存在，而为了安全上的考量，通常是使用IC卡来储存电子现金，又称为电子货币( E-money )或数字货币( digital cash )，是一种非常重要的电子支付系统，它可以被看作是现实货币的电子或数字模拟，电子现金以数字信息形式存在，通过互联网流通。但比现实货币更加方便、经济。电子现金是一种比较成熟的电子支付手段，适用于那些通过网络进行支付的小额交易。
电子现金的种类
二、电子现金的特点
1、银行和商家之间应有协议和授权关系。
2、用户、商家和E-cash 银行都需要使用E-cash软件。
3、 E-cash 银行负责用户和商家之间资金的转移。
4、电子现金对使用者来说都是匿名的，使用电子现金消费可以保护使用者的信息。
三、流程
电子现金在其生命周期中要经过提取、支付和存款 3个过程，涉及用户、商家和银行等 3方。电子现金的基本流通模式：用户与银行执行提取协议从银行提取电子现金；用户与商家执行支付协议支付电子现金；商家与银行执行存款协议 ,将交易所得的电子现金存入银行。
四、分类
电子现金系统根据其交易的载体可分为基于账户的电子现金系统和基于代金券的电子现金系统;
根据电子现金在花费时商家是否需要与银行进行联机验证分为联机电子现金系统和脱机电子现金系统;
根据一个电子现金是否可以合法的支付多次将电子现金分为可分电子现金和不可分电子现金。
根据电子现金的使用功能，可以把电子现金分为专门用途型电子现金和通用型电子现金。
根据电子现金的使用形式，可以把电子现金分为基于卡的预付款式电子现金和纯电子形式电子现金。
五、性质
电子现金在经济领域起着与普通现金同样的作用，对正常的经济运行至关重要。电子现金应具备以下性质 :
1. 独立性: 电子现金的安全性不能只靠物理上的安全来保证，必须通过电子现金自身使用的各项密码技术来保证电子现金的安全;
2. 不可重复花费: 电子现金只能使用一次，重复花费能被容易地检查出来；
3. 匿名性：银行和商家相互勾结也不能跟踪电子现金的使用，就是无法将电子现金的用户的购买行为联系到一起，从而隐蔽电子现金用户的购买历史；
4. 不可伪造性：用户不能造假币，包括两种情况：一是用户不能凭空制造有效的电子现金；二是用户从银行提取N个有效的电子现金后，也不能根据提取和支付这N个电子现金的信息制造出有效的电子现金；
5. 可传递性：用户能将电子现金像普通现金一样，在用户之间任意转让，且不能被跟踪；
6. 可分性：电子现金不仅能作为整体使用，还应能被分为更小的部分多次使用，只要各部分的面额之和与原电子现金面额相等，就可以进行任意金额的支付；
六、电子现金系统中使用的密码技术
电子现金的安全性和可靠性等主要是依靠密码技术来实现的，主要有：
1. 分割选择技术: 用户在提取电子现金时，不能让银行知道电子现金中用户的身份信息，但银行需要知道提取的电子现金是正确构造的。分割选择技术是用户正确构造N个电子现金传给银行，银行随机抽取其中的N-1个让用户给出它们的构造，如果构造是正确的，银行就认为另一个的构造也是正确的，并对它进行签名。
2. 零知识证明：证明者向验证者证明并使其相信自己知道或拥有某一消息，但证明过程不能向验证者泄漏任何关于被证明消息的信息。以上两种技术用于将用户的身份信息嵌入到电子现金中。
3. 认证：认证一方面是鉴别通信中信息发送者是真实的而不是假冒的；另一方面是验证被传送信息是正确和完整的，没有被篡改、重放或延迟。
4. 盲数字签名: 签名申请者将待签名的消息经"盲变换"后发送给签名者, 签名者并不知道所签发消息的具体内容, 该技术用于实现用户的匿名性。
七、离线电子现金具体方案
一、初始化协议（只执行一次）
银行B基于离散对数问题选择参数：选择两个大素数p、q 且q (p-1)。定义乘法群ZP上的阶为素数q的子群Gq以及Gq的一个生成元组(g，g 1，g 2)，银行B的签名私钥x∈Zq ，无碰撞单向散列函数H0、H1，银行B公开其公钥y =g x，以及p、q、g、g 1、g 2、H0、H1(为了简单起见，只考虑单一面额和单一有效期，不同签名私钥对应电子现金的不同面额。)用户U设置(开户协议)：选取u1∈RZq，计算I U=（g 1） u1作为用户的银行账号，并将知识证明的签名SPK{a I U=g 1 a}(m)传给银行，这里m表示用户的身份识别信息，银行验证此知识证明的签名，若验证成功，存储I U与用户的身份识别信息。
二、取款协议
（银行和用户之间的认证及盲签名协议）
1. 用户→银行：用户先通过身份识别协议(如schnorr协议)，向银行证明自己是其账号的持有者，然后将取款需求(电子现金的面值，数量等)传送给银行；
2. 银行→用户：银行先验证用户提交的身份识别信息，然后选取w∈RZq，计算a 0=gw，b0=(I Ug 2)w，z0 = (I Ug 2)x ，传送a 0，b0 ，z0给用户。
3. 用户→银行：选取x 1, x 2,s,u,v∈RZq ，计算B=g 1 x1g 2 x2，A=(I Ug 2) s ，z= (z0) s , a= (a 0)ugv , b=(b0)suAv ,c=H0(A‖B‖z‖a‖b) ,c 0=c/umod q, 传送c 0给银行。
4. 银行→用户：计算r 0= w+c 0x mod q, 传送r 0给用户，同时借记用户的账号。
5. 用户：检查gr 0 yc0a 0和 (I Ug 2)r0 (z0)c0b0 , 若验证通过, 则计算r=v+r 0u1 mod q 。取款协议实际上是一个盲签名协议，一个签名Sign(A, B)=(z,a,b,r)有效，当且仅当gr = yH0 (A‖B‖z‖a‖b)a和A r=zH0 (A‖B‖z‖a‖b)b成立。用户得到的电子现金为Coin = {A，B，Sign(A，B)}
三、支付协议
(在匿名信道上的用户U和商家S的协议)
1. 用户→商家：用户将电子现金Coin发送给商家。
2. 商家→用户：验证电子现金Coin上银行的签名，若验证通过，则计算质询串d=H1(A‖B‖Is)，然后将质询串d传送给用户U。其中Is表示商家在银行的账户。
3. 用户→商家：用户计算出应答r1 =d(u1s) +x 1mod q,r2=ds+x 2modq，将(r1,r2)发送给商家。
4. 商家：检验g 1 r1g 2 r2AdB，若检验通过，则接受用户的支付，否则拒绝。
四、存款协议
商家传送支付协议的一个副本给银行， (如商家一样地)检验电子现金上银行的盲签名Sign(A,B) = (z,a,b,r)是否有效，若检验通过，银行在此数据库中存储(A,r 1,r 2,I s),并且在商家的账户中存入电子现金相应的金额。
方案的安全性分析：该电子现金系统方案的安全性是建立在计算离散对数问题困难性的基础上的。
无法伪造合法的电子现金不法用户即使以合法用户的身份在银行提取k个合法的电子现金，他仍然不能根据已经得到的信息伪造出第k+1个合法的电子现金，因为他无法得到银行的秘密私钥x合法用户的匿名性得到保证在电子现金中嵌入有用户的识别信息(即账号IU)，商家和银行在支付协议和存款协议中，获得的数据有A，B，Sign(A,B)，r1，r2，其中B,r2 不含用户的识别信息IU，而A,r1，Sign(A,B)都是IU盲化后的结果，商家和银行若想从接收到的数据中得到用户的识别信息(即IU)，必须知道盲因子s，而s是用户随机选取并保密的，这就保证了电子现金的匿名性。
商家无法伪造有效的支付信息
在支付协议中，尽管商家知道A，B，Sign(A,B)，他可以计算d,但由于他不知道用户的秘密钥u1、s，因而他自己不能随意构造r'1，r'2，使得满足gr'1gr'2 AdB，所以在没有合法用户的参与下，商家无法伪造有效的支付信息。
电子现金的流动路径
以上是电子现金的定义、电子现金的特点、流程和分类、性质、电子现金系统中使用的密码技术以及离线电子现金具体方案内容,这些都是电子现金的基本知识，希望能对广大工程师有比较大的帮助和借鉴作用。
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