JP2007053591A - Quantum encryption key distribution system and method - Google Patents

Quantum encryption key distribution system and method Download PDF

Info

Publication number
JP2007053591A
JP2007053591A JP2005237285A JP2005237285A JP2007053591A JP 2007053591 A JP2007053591 A JP 2007053591A JP 2005237285 A JP2005237285 A JP 2005237285A JP 2005237285 A JP2005237285 A JP 2005237285A JP 2007053591 A JP2007053591 A JP 2007053591A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
key
quantum
transmitter
receiver
receivers
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.)
Withdrawn
Application number
JP2005237285A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Takeuchi
剛 竹内
Akio Tajima
章雄 田島
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC 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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2005237285A priority Critical patent/JP2007053591A/en
Publication of JP2007053591A publication Critical patent/JP2007053591A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate generation and management of encryption keys shared between a transmitter and a plurality of receivers in a quantum encryption key distribution system having 1:N connection structure. <P>SOLUTION: An optical switch 5 for selecting a receiver is provided between a transmitter 1 and a plurality of receivers 7, 8, and 9. A control part 3 of the transmitter 1 sets a time assigned for distributing a quantum encryption key to the selected receiver so that the shorter this time is the higher the generation speed of a quantum encryption key between the receiver and the transmitter is and the longer this time is the lower the generation speed is, and encryption keys generated for each receiver are stored in a key memory 4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は量子暗号通信システムに係り、特に量子暗号鍵を配布する親局と受信する子局との間で暗号鍵を共有するためのシステムおよび方法に関する。   The present invention relates to a quantum cryptography communication system, and more particularly to a system and method for sharing an encryption key between a master station that distributes a quantum encryption key and a slave station that receives the quantum encryption key.

近年、インタネット等の普及に伴い、送受信されるデータの秘匿性がますます重要な事項になっており、インタネット等によって通信されるデータは盗聴を防ぐために暗号化されるのが一般的である。特に、量子暗号は、現在一般的に利用されている数列による暗号ではなく、量子力学の原理によって物理的にその安全性が保証された暗号である。したがって、これまでの暗号化技術のように時間をかければ解読できるものとは異なり、非常に高い秘匿性を有する通信システムを実現できるものと期待されている。   In recent years, with the spread of the Internet and the like, the confidentiality of data transmitted and received has become more and more important, and data communicated over the Internet and the like is generally encrypted to prevent eavesdropping. In particular, the quantum cipher is not a cipher with a number sequence that is currently generally used, but a cipher whose security is physically guaranteed by the principle of quantum mechanics. Therefore, it is expected that a communication system having a very high secrecy can be realized, unlike a conventional encryption technique that can be decrypted over time.

これまでの暗号通信では、送信データを数式によって暗号化しているので、光通信システムでは受信側にデータが確実に届くように、強い光、つまり多量の光子を送出する必要がある。これに対し、量子暗号では、量子の物理的特性を引き出すために、光通信を行う場合に1個の光子だけを使用している。つまり、量子暗号では1個の光子で1ビットのデータ“0”または“1”を伝送している。   In conventional encryption communication, transmission data is encrypted using mathematical formulas. Therefore, in an optical communication system, it is necessary to transmit strong light, that is, a large amount of photons so that the data can reliably reach the receiving side. In contrast, quantum cryptography uses only one photon when performing optical communication in order to extract the physical properties of the quantum. That is, in the quantum cryptography, 1-bit data “0” or “1” is transmitted by one photon.

図13は、一般的な量子暗号通信システムの構成例を示すブロック図である。基地局Aの量子暗号鍵送信器101と基地局Bの量子暗号鍵受信器102との間は光ファイバ105で接続され、基地局Aのデータ送受信器106と基地局Bのデータ送受信器107との間は公衆網やインタネット網等のデータ伝送路109で接続されている。   FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a general quantum cryptography communication system. The quantum encryption key transmitter 101 of the base station A and the quantum encryption key receiver 102 of the base station B are connected by an optical fiber 105, and the data transceiver 106 of the base station A and the data transceiver 107 of the base station B Are connected by a data transmission path 109 such as a public network or an Internet network.

まず、基地局Aの量子暗号鍵送信器101と基地局Bの量子暗号鍵受信器102との間で所定の量子暗号鍵配布プロトコルにしたがって暗号鍵を生成し、それぞれの鍵メモリ103および104に格納する。続いて、基地局Aのデータ送受信器106は、鍵メモリ103に格納された暗号鍵を用いて平文(=暗号化されていない文)を暗号化し(暗号文108)、その暗号文108を基地局Bにデータ伝送路109を通して送信する。基地局Bのデータ送受信器107は鍵メモリ104に格納された暗号鍵を用いて、受信した暗号文108を復号し、元の平文を得る。   First, an encryption key is generated according to a predetermined quantum encryption key distribution protocol between the quantum encryption key transmitter 101 of the base station A and the quantum encryption key receiver 102 of the base station B, and is stored in the respective key memories 103 and 104. Store. Subsequently, the data transceiver 106 of the base station A encrypts the plaintext (= the unencrypted text) using the encryption key stored in the key memory 103 (the ciphertext 108), and the ciphertext 108 is stored in the base station A. The data is transmitted to the station B through the data transmission path 109. The data transceiver 107 of the base station B uses the encryption key stored in the key memory 104 to decrypt the received ciphertext 108 to obtain the original plaintext.

量子暗号鍵を生成するプロトコルは、例えば非特許文献1に記載されている。以下、非特許文献1に記載された量子暗号鍵配送アルゴリズムについて簡単に説明する。ここでは、通常の呼称に従って、図13の量子暗号鍵送信器101をAlice、基地局Bの量子暗号鍵受信器102をBobと呼ぶ。   A protocol for generating a quantum encryption key is described in Non-Patent Document 1, for example. Hereinafter, the quantum key distribution algorithm described in Non-Patent Document 1 will be briefly described. Here, in accordance with normal names, the quantum key transmitter 101 of FIG. 13 is referred to as Alice, and the quantum key receiver 102 of the base station B is referred to as Bob.

図14は、一般的な量子暗号鍵生成の流れを示すフローチャートである。Aliceには2つの乱数源が設けられ、一方の乱数を暗号鍵の素データ、他方の乱数を基底とし、これらの組み合わせにより1つの光子に対して、0、π/2、π、−π/2の4通りの変調をランダムに施してBobへ送信する。   FIG. 14 is a flowchart showing a general flow of quantum key generation. Alice is provided with two random number sources. One random number is used as the original data of the encryption key, and the other random number is used as the base. A combination of these random numbers is used for 0, π / 2, π, −π / 2 is randomly modulated and transmitted to Bob.

一方、Bobには基底に対応する乱数源が設けられ、Aliceより送られてきた光子に対して、基底乱数の値が“0”である場合には位相0の変調を、“1”である時には位相−π/2の変調を施す。これによって、AliceとBobの両者が施した変調の基底が同一である場合、素データの値をBobは正しく検出することができ、異なる場合には素データの値に依らずBobは乱数0/1の値をランダムに得る。こうしてAliceおよびBobの間の変調位相深さの差に依存した単一光子検出出力(生鍵)が得られ、その後、通常の多光子通信により基底の一部分を照合することにより基底が一致したビット列(選別鍵)を共有する(基底処理)。   On the other hand, Bob is provided with a random number source corresponding to the base, and when the value of the base random number is “0” for the photon sent from Alice, the phase 0 modulation is “1”. Sometimes phase-π / 2 modulation is applied. As a result, when the bases of modulation performed by both Alice and Bob are the same, Bob can correctly detect the value of the raw data, and if different, Bob is a random number 0 / regardless of the value of the raw data. A value of 1 is randomly obtained. In this way, a single photon detection output (raw key) depending on the difference in modulation phase depth between Alice and Bob is obtained, and then a bit string in which the bases match by collating a part of the bases by ordinary multiphoton communication Share (selection key) (basic processing).

しかしながら、上述したようにして共有したビット列には光ファイバ105や受信器102に起因する誤りが含まれており、この誤りを訂正する誤り訂正処理(Error Correction)が必要となる。加えて伝送路途中に存在する盗聴者が光子情報を覗き見た場合にも共有ビット列に誤りが発生する。したがって、最終的に使用する暗号鍵を共有するためには、誤りを訂正する誤り訂正処理だけでなく、誤りの頻度(誤り率)に基づいて、盗聴されたと想定し得る情報量を削減する秘匿増強処理(Privacy Amplification)が必要となる。   However, the bit string shared as described above includes an error caused by the optical fiber 105 or the receiver 102, and an error correction process (Error Correction) for correcting this error is required. In addition, an error occurs in the shared bit string when an eavesdropper in the middle of the transmission path looks into the photon information. Therefore, in order to share the encryption key to be used in the end, not only error correction processing for correcting errors but also confidentiality that reduces the amount of information that can be assumed to be wiretapped based on the frequency of errors (error rate) Enhancement processing (Privacy Amplification) is required.

誤り訂正処理の一例としては、送信器101および受信器102において選別鍵のビット列を複数のブロックに分割し、各ブロックのパリティを照合することによって誤りを含むブロックを特定し、当該ブロックに関してハミング符号を適用する等して誤り訂正を行う。加えて、1つのブロック内に偶数個の誤りを含む場合を想定し、ビット列をランダムに並び替えて再度パリティ照合並びに誤り訂正を行う。このような確認作業を複数回(V回)繰り返すことによって秘密ビット列の残留エラー検知を行う。秘匿増強処理は、鍵配布中に漏洩した可能性のある情報量を除去し新たな乱数を生成する過程である。ここではGビットの鍵情報をFビット(F<G)に振るい落とす。   As an example of error correction processing, the transmitter 101 and the receiver 102 divide the bit string of the selection key into a plurality of blocks, identify blocks including errors by collating the parity of each block, and perform Hamming codes on the blocks. Is applied to correct errors. In addition, assuming that an even number of errors are included in one block, the bit string is rearranged at random, and parity check and error correction are performed again. Such a confirmation operation is repeated a plurality of times (V times) to detect a residual error in the secret bit string. The confidentiality enhancement process is a process of generating a new random number by removing the amount of information that may have been leaked during key distribution. Here, the G-bit key information is dropped to F bits (F <G).

このようにして暗号鍵が生成されるが、上述したように量子暗号では1個の光子で1ビットのデータを伝送しているため、基地局AおよびB間の距離Lが大きくなると、一般に、光ファイバ105の伝播損失による光子の消失やビットエラーの発生などによって量子暗号鍵の生成速度が低下するという性質がある(非特許文献2参照)。   In this way, an encryption key is generated. However, as described above, since quantum cryptography transmits 1-bit data with one photon, when the distance L between the base stations A and B increases, There is a property that the generation speed of the quantum encryption key is lowered due to the loss of photons due to the propagation loss of the optical fiber 105 or the occurrence of a bit error (see Non-Patent Document 2).

図15は、伝送距離に依存する量子暗号鍵の生成速度の変化を概略的に示すグラフである。量子暗号鍵の生成速度は、単位時間あたりの選別鍵の鍵量、誤り訂正後の鍵量、あるいは、秘匿増強後の最終鍵の鍵量として定義可能である。これらのうちいずれかの鍵量に基づいて、暗号鍵生成速度を実際に測定する。あるいは、次のような一般式を用いて算出することも可能である。   FIG. 15 is a graph schematically showing a change in the quantum cryptography key generation rate depending on the transmission distance. The generation speed of the quantum encryption key can be defined as the key amount of the selection key per unit time, the key amount after error correction, or the key amount of the final key after enhancing the secret. The encryption key generation speed is actually measured based on one of these key amounts. Or it is also possible to calculate using the following general formula.

上述した誤り訂正後の鍵量を用いた量子暗号鍵の生成速度(生成率)は、一般に次に示す式で表すことができる。   The generation rate (generation rate) of the quantum encryption key using the above-described error-corrected key amount can be generally expressed by the following equation.

Figure 2007053591
Figure 2007053591

ここで、各記号の意味は以下の通りである。 Here, the meaning of each symbol is as follows.

R:量子暗号鍵の生成率
χ:誤り訂正効率
e:量子誤り率
Pd:光子検出器のダークカウント確率
η:光子検出器の量子効率
L:伝送距離
S:距離L伝送後に、光子検出器に1ビットスロットあたり1個以上の光子が到達する確率
N:1ビットスロットあたりに含まれる平均光子数
α:光伝送路の単位距離あたりの損失
β:量子暗号装置内部の損失。
R: Quantum cryptographic key generation rate χ: Error correction efficiency
e: Quantum error rate
Pd: Dark count probability of photon detector η: Quantum efficiency of photon detector
L: Transmission distance
S: Probability of one or more photons per bit slot reaching the photon detector after a distance L transmission
N: Average number of photons contained per bit slot α: Loss per unit distance of optical transmission path β: Loss inside quantum cryptography device

また、量子暗号システムは、量子暗号鍵配布元である親局と、量子暗号鍵配布先である複数の子局からなる1:N接続構造をとることもできる。   The quantum cryptography system can also have a 1: N connection structure including a master station that is a quantum cipher key distribution source and a plurality of slave stations that are quantum cipher key distribution destinations.

図16は1:N接続構成を有する量子暗号鍵配布システムの一例を示すブロック図である。このシステムでは、親局の量子暗号鍵送信器101と、子局A、子局Bおよび子局Cの量子暗号受信器111、112および113とが光スイッチ110を介して接続され、光スイッチ110を切り替えることにより、親局から子局A、子局B、子局Cそれぞれに量子暗号鍵を順次配布することができる。   FIG. 16 is a block diagram showing an example of a quantum key distribution system having a 1: N connection configuration. In this system, a quantum encryption key transmitter 101 of a master station and quantum cryptography receivers 111, 112, and 113 of a slave station A, a slave station B, and a slave station C are connected via an optical switch 110. , The quantum encryption key can be sequentially distributed from the master station to each of the slave station A, the slave station B, and the slave station C.

また、特表平9−502320号公報(特許文献1)には、1:N接続構造を有する量子暗号鍵配布システムの別の例が開示されている。このシステムでは、送信器Tが50/50結合器を通して複数の受信器Rへ暗号鍵を配送することができる。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-502320 (Patent Document 1) discloses another example of a quantum encryption key distribution system having a 1: N connection structure. In this system, the transmitter T can distribute the encryption key to a plurality of receivers R through a 50/50 combiner.

特表平9−502320号公報JP-T 9-502320 "An Autocompensating Fiber-Optic Quantum Cryptography System Based on Polarization Splitting of Light" Donald S.Bethune and Wikkiam P. Risk, IEEE Journal of Quantum Electronics vol. 35, No. 4, March 2000, pp.340-347"An Autocompensating Fiber-Optic Quantum Cryptography System Based on Polarization Splitting of Light" Donald S. Bethune and Wikkiam P. Risk, IEEE Journal of Quantum Electronics vol. 35, No. 4, March 2000, pp.340-347 "Security against eavesdropping in quantum cryptography" N. Lutkenhaus, Physical Review A vol. 54, 1996, pp.97-111"Security against eavesdropping in quantum cryptography" N. Lutkenhaus, Physical Review A vol. 54, 1996, pp.97-111

しかしながら、送信器(Alice)が複数の受信器(Bob)へ量子暗号鍵を配布する1:N接続構成のシステムの場合、Aliceから各Bobまでの距離が異なると鍵生成速度が相違し、そのために共有される暗号鍵の管理が複雑になるという問題が生じる。   However, in the case of a system with a 1: N connection configuration in which the transmitter (Alice) distributes the quantum encryption key to a plurality of receivers (Bob), the key generation speed is different if the distance from Alice to each Bob is different. There arises a problem that the management of the encryption key shared between the two is complicated.

たとえば、図16に示す量子暗号鍵配布システムでは、親局と子局A、子局B、子局Cとの間の距離LA、LB、LCは一般には等しくないので、上述したように、親局と子局A、子局B、子局Cとの間のそれぞれの量子暗号鍵生成速度RA,RB,RCも一般に等しくない。このために、1:N接続構造の量子暗号鍵配布システムでは、量子暗号鍵の生成および使用の管理が複雑化する。 For example, in the quantum key distribution system shown in FIG. 16, the distances LA, LB, and LC between the parent station and the child stations A, B, and C are generally not equal. The quantum key generation rates R A , R B , and R C between the station and the slave station A, the slave station B, and the slave station C are generally not equal. This complicates the management of the generation and use of quantum encryption keys in a 1: N connection structure quantum encryption key distribution system.

さらに、暗号鍵生成速度は、必ずしも光ファイバの伝送距離だけに依存するものではない。たとえば光ファイバの損失などの特性によっては必ずしも遠いほど量子暗号鍵生成速度が遅いとは限らない。いずれにしても、複数の子局の間で暗号鍵生成速度が異なることは、生成後の暗号鍵の管理を複雑にすることに変わりはない。   Furthermore, the encryption key generation speed does not necessarily depend only on the transmission distance of the optical fiber. For example, depending on characteristics such as loss of the optical fiber, the quantum key generation speed is not necessarily slower as the distance increases. In any case, the difference in encryption key generation speed among a plurality of slave stations does not change the management of the encryption key after generation.

そこで、本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、共有される暗号鍵の生成および管理を容易にする1:N接続構成の量子暗号鍵配布システムおよび量子暗号鍵配布方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a 1: N connection configuration quantum key distribution system and quantum encryption key distribution method that solve the above-described conventional problems and facilitate the generation and management of shared encryption keys. There is.

本発明によれば、1:N接続構造の量子暗号鍵配布システムの複数の受信器間の量子暗号鍵生成速度の差異を擬似的に縮小することにより、量子暗号鍵の生成と使用の管理を簡単化する。すなわち、量子暗号鍵の配布元である送信器から複数の受信器の各々に到達する光子ビット数を相対的に設定可能な伝送手段を設け、送信器と複数の受信器の各々との間で単位時間当たりに共有される鍵量(鍵生成速度あるいは鍵生成率)に基づいて制御手段が伝送手段の相対的な設定状態を決定する。   According to the present invention, the generation and use management of quantum encryption keys can be managed by artificially reducing the difference in quantum encryption key generation rates among a plurality of receivers in a 1: N connection structure quantum encryption key distribution system. Simplify. That is, a transmission means capable of relatively setting the number of photon bits reaching each of the plurality of receivers from the transmitter that is the distribution source of the quantum encryption key is provided, and between the transmitter and each of the plurality of receivers. Based on the key amount (key generation rate or key generation rate) shared per unit time, the control unit determines the relative setting state of the transmission unit.

本発明の一実施形態によれば、このような伝送手段として、送信器を複数の受信器の選択された1つに接続する経路切換手段(たとえば光スイッチ)を用いることができる。この場合、制御手段は、単位時間当たりに共有される鍵量に基づいて、経路切換手段により選択される各受信器に対する量子暗号鍵を配布するための割り当て時間を設定する。割り当て時間は、選択された受信器と送信器との間の単位時間当たりに共有される鍵量が大きいほど短く、少ないほど長く設定されることが望ましい。複数の受信器の各々が送信器と共有する鍵量の差異が縮小されるからである。特に、割当て時間は、選択された受信器と送信器との間の鍵生成速度に反比例するように設定されることが望ましい。複数の受信器の各々が送信器と共有する鍵量がほぼ均一になるからである。   According to an embodiment of the present invention, path switching means (eg, an optical switch) that connects a transmitter to a selected one of a plurality of receivers can be used as such transmission means. In this case, the control means sets an allocation time for distributing the quantum encryption key to each receiver selected by the path switching means based on the key amount shared per unit time. The allocation time is desirably set shorter as the key amount shared per unit time between the selected receiver and transmitter is larger and longer as the key amount is smaller. This is because the difference in the key amount that each of the plurality of receivers shares with the transmitter is reduced. In particular, the allocation time is desirably set to be inversely proportional to the key generation rate between the selected receiver and transmitter. This is because the amount of keys shared by each of the plurality of receivers with the transmitter is substantially uniform.

本発明の他の実施形態によれば、選択された受信器と送信器との間で共有されている暗号鍵を保持する鍵メモリを更に有し、制御手段は、鍵メモリに保持されている各受信器の暗号鍵から当該受信器との暗号通信に使用された暗号鍵を除去し、所定の鍵量を基準として量子暗号不足量を計測し、割り当て時間を選択された受信器と送信器との間の鍵生成速度と量子暗号不足量とに基づいて設定する。この時の割り当て時間は、量子暗号鍵不足量を、選択された子局と親局との間の鍵生成速度で割った値が大きいほど長く、小さいほど短く設定されることが望ましい。たとえば鍵生成速度が低いものの鍵不足量も小さい場合には、あまり多くの鍵を必要としていないと合理的な判断が可能となるからである。   According to another embodiment of the present invention, it further comprises a key memory for holding an encryption key shared between the selected receiver and transmitter, and the control means is held in the key memory. A receiver and a transmitter that removes the encryption key used for encryption communication with the receiver from the encryption key of each receiver, measures the quantum cryptography shortage with reference to a predetermined key amount, and selects the allocation time. Is set based on the key generation speed between the two and the amount of quantum cryptography deficiency. It is desirable that the allocation time at this time be set longer as the value obtained by dividing the quantum encryption key shortage amount by the key generation speed between the selected slave station and the parent station becomes longer and shorter as it becomes smaller. For example, if the key generation speed is low but the key shortage is small, it is possible to make a reasonable determination that a large number of keys are not required.

本発明の更に別の実施形態によれば、送信器と複数の受信器との間の光伝送媒体に少なくとも一つの分岐光導波路を設け、その分岐光導波路の分岐比を等しいとした場合の送信器と各受信器との間の鍵生成速度を決定し、この鍵生成速度に基づいて分岐光導波路の各受信器への分岐比を設定する。鍵生成速度が低い分岐先受信器へ向かう分岐光導波路の分岐比を相対的に大きく、鍵生成速度が高い分岐先受信器へ向かう前記分岐光導波路の分岐比を相対的に小さく設定することが望ましい。さらに、送信器は、複数の受信器のうち少なくとも2つの受信器に同じビット列が生成された場合には、当該ビット列を廃棄し量子暗号鍵としては使用しないことが望ましい。   According to still another embodiment of the present invention, at least one branch optical waveguide is provided in an optical transmission medium between a transmitter and a plurality of receivers, and transmission when the branch optical waveguides have the same branch ratio. A key generation speed between the optical receiver and each receiver is determined, and a branching ratio of each branch optical waveguide to each receiver is set based on the key generation speed. The branching ratio of the branch optical waveguide toward the branch destination receiver having a low key generation speed may be set relatively large, and the branching ratio of the branch optical waveguide toward the branch destination receiver having a high key generation speed may be set to be relatively small. desirable. Furthermore, when the same bit string is generated in at least two of the plurality of receivers, the transmitter desirably discards the bit string and does not use it as a quantum encryption key.

上述したように、本発明によれば、量子暗号鍵の配布元(送信器)と各配布先(受信器)との間の鍵生成速度に基づいて、配布元から各配布先に到達する光子ビット数を、たとえば接続割り当て時間あるいは光分岐比を用いて相対的に設定することで、複数の配布先間の量子暗号鍵生成速度の差異を擬似的に縮小することができ、量子暗号鍵の生成と使用の管理を簡単化することができる。   As described above, according to the present invention, photons that reach each distribution destination from the distribution source based on the key generation speed between the distribution source (transmitter) of the quantum encryption key and each distribution destination (receiver). By relatively setting the number of bits using, for example, connection allocation time or optical branching ratio, the difference in quantum encryption key generation speed among a plurality of distribution destinations can be reduced in a pseudo manner. Generation and usage management can be simplified.

さらに、受信器と送信器との間の鍵生成速度だけでなく量子暗号不足量も考慮して割り当て時間を設定することにより、たとえば鍵生成速度が低いものの鍵不足量も小さい場合にはあまり多くの鍵を必要としていないと判断することができ、より合理的な鍵配布を行うことができる。   Furthermore, by setting the allocation time considering not only the key generation rate between the receiver and the transmitter but also the quantum cryptography shortage amount, for example, when the key generation rate is low but the key shortage amount is small, it is too much. It is possible to determine that the key is not required, and more rational key distribution can be performed.

1.第1実施形態
図1は本発明の第1実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。ただし、ここでは説明を煩雑にしないために、1つの親局から3つの子局へ暗号鍵を配布する場合を一例として取り上げる。また、暗号文を送受信するデータ送受信系(図13参照)は省略している。
1. First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a quantum key distribution system according to a first embodiment of the present invention. However, here, in order not to complicate the explanation, a case where an encryption key is distributed from one master station to three slave stations will be taken as an example. Also, a data transmission / reception system (see FIG. 13) for transmitting / receiving ciphertext is omitted.

本実施形態による量子暗号通信システムは、親局と子局A、子局B、子局Cとから構成され、親局と各子局はそれぞれ長さの異なる光ファイバ6によって接続されている。ここで親局と子局A、子局B、子局Cとの間の光ファイバの距離をそれぞれLA、LB、LCとし、LA<LB<LCの関係にあるものとする。   The quantum cryptography communication system according to this embodiment includes a master station, a slave station A, a slave station B, and a slave station C, and the master station and each slave station are connected by optical fibers 6 having different lengths. Here, it is assumed that the optical fiber distances between the master station and the slave stations A, B, and C are LA, LB, and LC, respectively, and that LA <LB <LC.

親局は量子暗号鍵送信器1と光スイッチ5とを有し、送信器1は鍵生成部2、制御部3および鍵メモリ4を有する。光スイッチ5は制御部3により後述するように切換制御される。子局A,BおよびCはそれぞれ量子暗号鍵受信器7,8および9を有し、それぞれ光ファイバ6を通して光スイッチ5に接続されている。以下、量子暗号鍵送信器を「送信器」、量子暗号鍵受信器を「受信器」という。   The master station includes a quantum encryption key transmitter 1 and an optical switch 5, and the transmitter 1 includes a key generation unit 2, a control unit 3, and a key memory 4. The optical switch 5 is controlled by the control unit 3 as will be described later. The slave stations A, B and C have quantum encryption key receivers 7, 8 and 9, respectively, and are connected to the optical switch 5 through the optical fiber 6. Hereinafter, the quantum encryption key transmitter is referred to as “transmitter”, and the quantum encryption key receiver is referred to as “receiver”.

光スイッチ5は、制御部3の切換制御に従って、送信器1の鍵生成部2と、子局Aの受信器7、子局Bの受信器8および子局Cの受信器9のいずれか1つの受信器と、を光学的に接続する。鍵生成部2および鍵メモリ4も制御部3により制御される。ここで、制御部3はプログラム制御プロセッサあるいはコンピュータであり、図示しないメモリに格納されたプログラムを実行することにより本発明による量子暗号鍵配布システムを制御する。鍵生成部2と光スイッチ5により選択され接続された子局の受信器とは、対応する光ファイバ6を通して、量子暗号鍵を生成するプロトコル(例えば、非特許文献1参照)に従って暗号鍵を生成する。最終的に得られた暗号鍵は、送信器1の鍵メモリ4と当該子局の受信器の鍵メモリ(図示せず)に格納される。こうして光スイッチ5により子局A、BおよびCを後述する時間関係に従って順次選択し、子局A、BおよびCの各々との間で使用される暗号鍵を送信器1の鍵メモリ4に個別に格納する。   The optical switch 5 is one of the key generation unit 2 of the transmitter 1, the receiver 7 of the slave station A, the receiver 8 of the slave station B, and the receiver 9 of the slave station C according to the switching control of the control unit 3. And two receivers are optically connected. The key generation unit 2 and the key memory 4 are also controlled by the control unit 3. Here, the control unit 3 is a program control processor or a computer, and controls the quantum key distribution system according to the present invention by executing a program stored in a memory (not shown). The key generation unit 2 and the receiver of the slave station selected and connected by the optical switch 5 generate an encryption key through a corresponding optical fiber 6 according to a protocol for generating a quantum encryption key (for example, see Non-Patent Document 1). To do. The finally obtained encryption key is stored in the key memory 4 of the transmitter 1 and the key memory (not shown) of the receiver of the slave station. In this way, the slave stations A, B and C are sequentially selected by the optical switch 5 in accordance with the time relationship described later, and the encryption key used with each of the slave stations A, B and C is individually stored in the key memory 4 of the transmitter 1. To store.

なお、親局と各子局との間でビット同期を取る方法としては、量子暗号鍵配布とは別のチャネルを用いて同期をとるか、光スイッチ5が各子局に切り替えられた直後に同期を取るためのシーケンスを挿入するか、あるいは、量子暗号鍵を配布する光ファイバと同一の光ファイバを用い量子暗号鍵配布とは別の光波長(波長多重方式)を用いて親局と各子局との間で同期をとる、などの方法がある。これらの技術は当業者によく知られた技術であるから、ここでは説明を省略する。   As a method of obtaining bit synchronization between the master station and each slave station, synchronization is performed using a channel different from quantum key distribution, or immediately after the optical switch 5 is switched to each slave station. Insert a sequence for synchronization, or use the same optical fiber as the optical fiber that distributes the quantum encryption key and use a different optical wavelength (wavelength multiplexing method) from the quantum encryption key distribution There are methods such as synchronizing with slave stations. Since these techniques are well known to those skilled in the art, description thereof is omitted here.

また、親局と子局A、子局B、子局Cとの間は、公衆網や携帯電話網あるいはインタネット網等のデータ通信路で接続されており、親局と子局A、子局B、子局Cの有するデータ送受信器によってデータの送受信が可能となっているが、この部分は図13に示した従来の量子暗号鍵配布システムと同様であり、本発明と直接関係しないので、図1では図示を省略している。   The master station and the slave station A, the slave station B, and the slave station C are connected by a data communication path such as a public network, a mobile phone network, or an internet network. B, data can be transmitted / received by the data transmitter / receiver of the slave station C, but this part is the same as the conventional quantum encryption key distribution system shown in FIG. 13 and is not directly related to the present invention. In FIG. 1, illustration is omitted.

図2(A)は光スイッチ5の切換シーケンスおよび各子局の接続時間を示すタイミングチャートであり、(B)は親局と各子局との間の距離Lと暗号鍵生成速度Rとの関係を示すグラフである。図2(A)において、TA、TB、TCは、親局から子局A、B、Cへそれぞれ量子暗号鍵を配布するために割当てられた時間の長さを示し、光スイッチ5の各子局の接続時間に対応する。すなわち、親局の鍵生成部2と各子局の受信器との間の変調位相深さの差に依存した単一光子検出出力がビット列である生鍵として得られ、基底照合によりビット列(選別鍵)を共有し、さらに誤り訂正処理および秘匿増強処理により、各子局の受信器に最終的なビット列(暗号鍵)が生成され、親局の鍵メモリ4には子局A、BおよびCごとの最終的なビット列(暗号鍵)が格納され管理される。   FIG. 2A is a timing chart showing the switching sequence of the optical switch 5 and the connection time of each slave station, and FIG. 2B shows the distance L between the master station and each slave station and the encryption key generation rate R. It is a graph which shows a relationship. In FIG. 2A, TA, TB, and TC indicate the length of time allocated to distribute the quantum encryption key from the master station to the slave stations A, B, and C, respectively. Corresponds to the station connection time. That is, a single photon detection output that depends on the difference in modulation phase depth between the key generation unit 2 of the master station and the receiver of each slave station is obtained as a raw key that is a bit string, A final bit string (encryption key) is generated in the receiver of each slave station by error correction processing and concealment enhancement processing, and the slave stations A, B, and C are stored in the key memory 4 of the master station. Each final bit string (encryption key) is stored and managed.

こうして親局と各子局との間で生成された最終的なビット列が蓄積され、ある子局との間で暗号通信を行う場合には、鍵メモリ4に蓄積された対応する子局のビット列から量子暗号鍵を読み出して使用する。量子暗号鍵は、所定間隔であるいは適宜更新されることが望ましい。そこで、親局から子局A、B、Cへの量子暗号鍵配布が終了する単位を1シーケンスとし、その単位シーケンスを繰り返すことで暗号鍵の更新を行う。   In this way, the final bit string generated between the master station and each slave station is stored, and when performing cryptographic communication with a certain slave station, the corresponding slave station bit string stored in the key memory 4 The quantum encryption key is read from and used. It is desirable that the quantum encryption key is updated at predetermined intervals or appropriately. Therefore, the unit in which the quantum encryption key distribution from the master station to the slave stations A, B, and C is completed is one sequence, and the encryption key is updated by repeating the unit sequence.

図2(B)に示すように、親局と子局A、子局B、子局Cとの間の距離LA、LB、LCがLA<LB<LCの関係にあるものとすると、既に説明したように、子局A、子局B、子局Cにおける量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCはRA>RB>RCの関係となる。このような量子暗号鍵配布システムにおいて、本実施形態による量子暗号鍵配布方法は光スイッチ5を次のように制御する。   As shown in FIG. 2B, it is assumed that the distances LA, LB, and LC between the master station and the slave station A, the slave station B, and the slave station C are in a relationship of LA <LB <LC. As described above, the quantum encryption key generation rates RA, RB, and RC in the slave station A, the slave station B, and the slave station C have a relationship of RA> RB> RC. In such a quantum encryption key distribution system, the quantum encryption key distribution method according to the present embodiment controls the optical switch 5 as follows.

親局から子局A、B、Cへそれぞれ量子暗号鍵を配布するための割当て時間TA、TB、TCは、kを定数として、
TA=k/RA
TB=k/RB
TC=k/RC
となるように設定される。すなわち、割当て時間TA、TB、TCは量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCに反比例するよう設定される。したがって、一回の単位シーケンスで各子局に配布される鍵の量は、
TA×RA=TB×RB=TC×RC=k
であり全て等しくなる。
The allocation times TA, TB, and TC for distributing the quantum encryption keys from the master station to the slave stations A, B, and C are set with k as a constant,
TA = k / RA
TB = k / RB
TC = k / RC
Is set to be That is, the allocation times TA, TB, and TC are set to be inversely proportional to the quantum key generation rates RA, RB, and RC. Therefore, the amount of keys distributed to each slave station in one unit sequence is
TA × RA = TB × RB = TC × RC = k
And all are equal.

一方、従来技術により、割当て時間を各子局とも等しい時間Tとした場合は、一回の単位シーケンスで各子局に配布される鍵の量が子局ごとに異なってしまう。   On the other hand, when the allocation time is set to the same time T for each slave station according to the prior art, the amount of keys distributed to each slave station in one unit sequence differs for each slave station.

図3(A)は本実施形態による単位シーケンスで配布される鍵量を子局ごとに示すグラフであり、(B)は従来例による単位シーケンスで配布される鍵量を子局ごとに示すグラフである。図3(A)に示すように、この単位シーケンスの繰り返しにより親局から各子局への量子暗号鍵配布を行えば、常に各子局にほぼ等しい量の量子暗号鍵が配布される。図3(B)に示す従来例と比較すれば分かるように、本実施形態によれば量子暗号鍵の生成と使用の管理を簡単化することができる。   FIG. 3A is a graph showing the key amount distributed in the unit sequence according to the present embodiment for each slave station, and FIG. 3B is a graph showing the key amount distributed in the unit sequence according to the conventional example for each slave station. It is. As shown in FIG. 3A, if quantum key distribution is performed from the master station to each slave station by repeating this unit sequence, an almost equal amount of quantum encryption keys are always distributed to each slave station. As can be seen from the comparison with the conventional example shown in FIG. 3B, according to the present embodiment, the generation and use management of the quantum encryption key can be simplified.

なお、割当て時間TA、TB、TCを算出するに当たって必要となる子局A、子局B、子局Cにおける量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCは、単位時間あたりの選別鍵の鍵量、誤り訂正後の鍵量、あるいは、秘匿増強後の最終鍵の鍵量を実際に測定することで決定すればよい。あるいは既に述べた(式1)により算出してもよい。   The quantum key generation speeds RA, RB, RC in the slave station A, slave station B, and slave station C necessary for calculating the allocation times TA, TB, TC are the key amount of the selection key per unit time, What is necessary is just to determine by actually measuring the key amount after error correction, or the key amount of the final key after the enhancement of secrecy. Or you may calculate by (Formula 1) already stated.

また、本実施形態では、単位シーケンスの中で、量子暗号鍵生成速度が速い子局から順に量子暗号鍵を配布しているが、この順番に限らず任意の順番で量子暗号鍵を配布した場合にも同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the quantum cryptographic keys are distributed in order from the slave station with the highest quantum cryptographic key generation speed in the unit sequence. However, the quantum cryptographic keys are not limited to this order and are distributed in an arbitrary order. A similar effect can be obtained.

さらに、本実施形態では、親局との距離が遠い子局ほど量子暗号鍵生成速度が遅い例を示したが、光ファイバの損失などの特性によっては必ずしも遠いほど量子暗号鍵生成速度が遅いとは限らない。そのような場合でも量子暗号鍵を配布するための割当て時間を量子暗号鍵生成速度に反比例するよう設定すれば、同様の効果が得られる。   Furthermore, in the present embodiment, an example is shown in which the quantum cryptographic key generation rate is slower as the slave station is farther from the master station, but depending on characteristics such as loss of the optical fiber, if the quantum cryptographic key generation rate is slower as it is farther away, Is not limited. Even in such a case, the same effect can be obtained if the allocation time for distributing the quantum encryption key is set to be inversely proportional to the quantum encryption key generation rate.

また、本実施形態では、量子暗号鍵を配布するための割当て時間を量子暗号鍵生成速度に反比例するよう設定する例を示したが、必ずしも正確に反比例させなくてもよい。量子暗号鍵生成速度が高いほど割当時間を短く、量子暗号鍵生成速度が低いほど割当時間を長く設定することでも、子局ごとの鍵量のばらつきが少なくなるのであるから同様の効果が得られる。   Further, in the present embodiment, an example is shown in which the allocation time for distributing the quantum encryption key is set to be inversely proportional to the quantum encryption key generation speed, but it is not necessarily required to be exactly inversely proportional. The same effect can be obtained by setting the allocation time shorter as the quantum key generation rate is higher and setting the allocation time longer as the quantum key generation rate is lower because the variation in the key amount for each slave station is reduced. .

2.第2実施形態
図4は本発明の第2実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。ただし、図1に示すブロックと同一機能を有するブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。
2. Second Embodiment FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a quantum key distribution system according to a second embodiment of the present invention. However, the blocks having the same functions as those shown in FIG.

図4の第2実施形態が図1の第1実施形態と相違する点は、光スイッチ5が親局の内部ではなく、親局とは別の場所に設置された切換局10内に設けられた点、および、この切換局10が親局と光ファイバ11および制御経路12により接続されている点である。この制御経路12は、光ファイバ11と物理的に異なる経路を用いてもよいし、あるいは同じ光ファイバ11を用いて量子暗号鍵配布で用いる光波長とは別の波長のチャネルを用いてもよい。その他の構成は図1の第1実施形態と同様である。   The second embodiment of FIG. 4 differs from the first embodiment of FIG. 1 in that the optical switch 5 is provided not in the parent station but in the switching station 10 installed at a location different from the parent station. The switching station 10 is connected to the master station by the optical fiber 11 and the control path 12. The control path 12 may be a path physically different from the optical fiber 11, or may be a channel having a wavelength different from the optical wavelength used for quantum key distribution using the same optical fiber 11. . Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

図4において、親局とは別の場所に設置された切換局10の内部に設けられた光スイッチ5は、親局の量子暗号鍵送信器1の制御部3により制御経路12を通して制御される。このときの光スイッチ5の動作は図2(A)で説明した通りである。すなわち、親局と子局A、子局B、子局Cとの間の距離LA、LB、LCがLA<LB<LCの関係にあるものとすると、子局A、子局B、子局Cにおける量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCはRA>RB>RCの関係となる。このような量子暗号鍵配布システムにおいて、本実施形態による量子暗号鍵配布方法によれば、親局から子局A、B、Cへそれぞれ量子暗号鍵を配布するための割当て時間TA、TB、TCは、量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCに反比例するように、あるいは、量子暗号鍵生成速度が高いほど割当時間を短く量子暗号鍵生成速度が低いほど割当時間を長くなるように、設定され、一回の単位シーケンスで各子局に配布される鍵の量を全て等しく、あるいは、ばらつきが少なくなるようにする。   In FIG. 4, the optical switch 5 provided in the switching station 10 installed at a location different from the master station is controlled through the control path 12 by the control unit 3 of the quantum key transmitter 1 of the master station. . The operation of the optical switch 5 at this time is as described with reference to FIG. That is, assuming that the distances LA, LB, and LC between the master station and the slave stations A, B, and C are in a relationship of LA <LB <LC, the slave stations A, B, and The quantum key generation rates RA, RB, and RC in C have a relationship of RA> RB> RC. In such a quantum cryptography key distribution system, according to the quantum cryptography key distribution method according to the present embodiment, allocation times TA, TB, TC for distributing quantum cryptography keys from the master station to the slave stations A, B, C, respectively. Is set to be inversely proportional to the quantum key generation speeds RA, RB, RC, or so that the higher the quantum encryption key generation speed, the shorter the allocation time, and the lower the quantum encryption key generation speed, the longer the allocation time. The amount of keys distributed to each slave station in one unit sequence is all equal, or the variation is reduced.

第2実施形態では親局と全ての子局を直接光ファイバで接続する必要がなくなるため、切換局10の位置を適当に定めることにより、光ファイバの敷設コスト、あるいはレンタルコストを削減できるという効果がある。その他の動作および効果は第1実施形態で説明したとおりである。   In the second embodiment, since it is not necessary to directly connect the master station and all the slave stations with an optical fiber, it is possible to reduce the installation cost or the rental cost of the optical fiber by appropriately determining the position of the switching station 10. There is. Other operations and effects are as described in the first embodiment.

3.第3実施形態
図5は本発明の第3実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。ただし、図4に示すブロックと同一機能を有するブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。
3. Third Embodiment FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a quantum key distribution system according to a third embodiment of the present invention. However, the blocks having the same functions as those shown in FIG.

図5の第3実施形態が図4の第2実施形態と相違する点は、光スイッチ17および光スイッチ18をそれぞれ内部に設けた2つの切換局14および15がシリアルに接続されており、親局は切換局14の光スイッチ17を通して子局Aに接続可能であり、切換局14の光スイッチ17および切換局15の光スイッチ18を通して子局BあるいはCに接続可能である点である。次に具体的な動作を説明する。   The third embodiment of FIG. 5 is different from the second embodiment of FIG. 4 in that two switching stations 14 and 15 each having an optical switch 17 and an optical switch 18 provided therein are serially connected, The station can be connected to the slave station A through the optical switch 17 of the switching station 14, and can be connected to the slave station B or C through the optical switch 17 of the switching station 14 and the optical switch 18 of the switching station 15. Next, a specific operation will be described.

図6は本実施形態における光スイッチ17および18の動作を示すテーブルである。切換局14の光スイッチ17は切換位置としてAの位置およびスルーの位置を選択することができる。Aの位置を選択することで、親局の送信器1は子局Aの受信器7に接続され、量子暗号鍵の配布先が子局Aの受信器7となる。スルーの位置を選択することで後段の光スイッチ18に接続される。   FIG. 6 is a table showing the operation of the optical switches 17 and 18 in this embodiment. The optical switch 17 of the switching station 14 can select the position A and the through position as the switching position. By selecting the position of A, the transmitter 1 of the master station is connected to the receiver 7 of the slave station A, and the distribution destination of the quantum encryption key is the receiver 7 of the slave station A. By selecting the through position, it is connected to the optical switch 18 at the subsequent stage.

切換局15の光スイッチ18は切換位置としてBの位置およびCの位置を選択することができる。Bの位置を選択することで、親局の送信器1は光スイッチ17および18を通して子局Bの受信器8に接続され、量子暗号鍵の配布先が子局Bの受信器8となる。Cの位置を選択することで、親局の送信器1は光スイッチ17および18を通して子局Cの受信器8に接続され、量子暗号鍵の配布先が子局Cの受信器9となる。光スイッチ17、18は、それぞれ制御経路13を経由して親局の量子暗号送信器1の制御部3により切換制御される。   The optical switch 18 of the switching station 15 can select the position B and the position C as the switching position. By selecting the position of B, the transmitter 1 of the master station is connected to the receiver 8 of the slave station B through the optical switches 17 and 18, and the distribution destination of the quantum encryption key becomes the receiver 8 of the slave station B. By selecting the position of C, the transmitter 1 of the master station is connected to the receiver 8 of the slave station C through the optical switches 17 and 18, and the distribution destination of the quantum encryption key becomes the receiver 9 of the slave station C. The optical switches 17 and 18 are controlled to be switched by the control unit 3 of the quantum encryption transmitter 1 of the master station via the control path 13.

図7は、光スイッチ17、18の切換動作を示すタイミングチャートであり、第1実施形態における図2(A)に相当する。量子暗号鍵配布先の子局の選択が光スイッチ17、18により行われるという点を除いて、基本的な量子暗号鍵配布動作は第1実施形態と同様である。すなわち、親局と子局A、子局B、子局Cとの間の距離がこの順序で遠くなるものとすると、子局A、子局B、子局Cにおける量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCはRA>RB>RCの関係となる。このような量子暗号鍵配布システムにおいて、本実施形態による量子暗号鍵配布方法によれば、親局から子局A、B、Cへそれぞれ量子暗号鍵を配布するための割当て時間TA、TB、TCは、量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCに反比例するように、あるいは、量子暗号鍵生成速度が高いほど割当時間を短く量子暗号鍵生成速度が低いほど割当時間を長くなるように、設定され、一回の単位シーケンスで各子局に配布される鍵の量を全て等しく、あるいは、ばらつきが少なくなるようにする。ただし、子局Aが量子暗号鍵配布先であれば、制御部3は光スイッチ17をA位置に設定し、子局BあるいはCが暗号鍵配布先であれば、制御部3は光スイッチ17をスルー位置に、光スイッチ18をBあるいはC位置に設定する。   FIG. 7 is a timing chart showing the switching operation of the optical switches 17 and 18 and corresponds to FIG. 2A in the first embodiment. The basic quantum encryption key distribution operation is the same as that of the first embodiment except that the selection of the slave station to which the quantum encryption key is distributed is performed by the optical switches 17 and 18. That is, if the distances between the master station and the slave station A, the slave station B, and the slave station C are increased in this order, the quantum key generation speed RA in the slave station A, the slave station B, and the slave station C RB and RC have a relationship of RA> RB> RC. In such a quantum cryptography key distribution system, according to the quantum cryptography key distribution method according to the present embodiment, allocation times TA, TB, TC for distributing quantum cryptography keys from the master station to the slave stations A, B, C, respectively. Is set to be inversely proportional to the quantum key generation speeds RA, RB, RC, or so that the higher the quantum encryption key generation speed, the shorter the allocation time, and the lower the quantum encryption key generation speed, the longer the allocation time. The amount of keys distributed to each slave station in one unit sequence is all equal, or the variation is reduced. However, if the slave station A is the quantum encryption key distribution destination, the control unit 3 sets the optical switch 17 to the A position, and if the slave station B or C is the encryption key distribution destination, the control unit 3 sets the optical switch 17. Is set to the through position, and the optical switch 18 is set to the B or C position.

本実施形態では、複数の切換局があるために、第2実施形態と比較してさらに量子暗号鍵配布経路の設計の自由度が高くなり、光ファイバの敷設コストあるいはレンタルコストをさらに削減できるという効果がある。その他の動作、効果は第1および第2実施形態の場合と同様である。   In this embodiment, since there are a plurality of switching stations, the degree of freedom in designing the quantum encryption key distribution path is further increased compared to the second embodiment, and the optical fiber installation cost or rental cost can be further reduced. effective. Other operations and effects are the same as those in the first and second embodiments.

4.第4実施形態
図8は本発明の第4実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。ただし、図5に示すブロックと同一機能を有するブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。図8の第4実施形態が図5の第3実施形態と相違する点は、光スイッチ17および18がそれぞれ子局Aおよび子局Bの内部に設けられている点である。したがって、第4実施形態では切換局が不要となり、切換局の設置コストを削減することができる。その他の構成、動作および効果は上述した第1から第3実施形態と同様である。
4). Fourth Embodiment FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a quantum key distribution system according to a fourth embodiment of the present invention. However, blocks having the same functions as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The fourth embodiment of FIG. 8 is different from the third embodiment of FIG. 5 in that optical switches 17 and 18 are provided inside the slave stations A and B, respectively. Therefore, in the fourth embodiment, no switching station is required, and the installation cost of the switching station can be reduced. Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first to third embodiments described above.

5.第5実施形態
図1に示す第1実施形態では、量子暗号鍵配布の割当て時間TA、TB、TCは、量子暗号鍵生成速度RA、RB、RCに反比例するように、あるいは、量子暗号鍵生成速度が高いほど割当時間を短く量子暗号鍵生成速度が低いほど割当時間を長くなるように、設定されている。これに対して本発明の第5実施形態によれば、これら割当て時間TA、TB、TCの設定方法が異なる。第5実施形態によるシステムの構成自体は、図1の量子暗号鍵配布システムと同様であるから、図1の構成に基づいて説明する。
5. Fifth Embodiment In the first embodiment shown in FIG. 1, the allocation time TA, TB, TC of quantum key distribution is inversely proportional to the quantum key generation rates RA, RB, RC, or quantum key generation The higher the speed, the shorter the allocation time, and the lower the quantum cryptographic key generation speed, the longer the allocation time. On the other hand, according to the fifth embodiment of the present invention, the setting methods of these allocation times TA, TB, and TC are different. Since the configuration of the system according to the fifth embodiment is the same as that of the quantum key distribution system of FIG. 1, description will be made based on the configuration of FIG.

図9は、本発明の第5実施形態による量子暗号鍵配布方法における割当て時間TA、TB、TCの設定方法を説明するためのグラフである。まず、図1に示す送信器1の鍵メモリ4には、上述したように、親局と各子局との間で生成された最終的なビット列が蓄積されており、ある子局との間で暗号通信を行う場合には、鍵メモリ4に蓄積された対応する子局のビット列から量子暗号鍵を読み出して使用する。したがって、鍵メモリ4を調べれば、親局と各子局との間で使用可能な量子暗号鍵の残量KA、KB、KCを知ることができる。   FIG. 9 is a graph for explaining a method for setting allocation times TA, TB, and TC in the quantum key distribution method according to the fifth embodiment of the present invention. First, the key memory 4 of the transmitter 1 shown in FIG. 1 stores the final bit string generated between the master station and each slave station as described above. When performing cryptographic communication, the quantum cryptographic key is read out from the bit string of the corresponding slave station stored in the key memory 4 and used. Therefore, by checking the key memory 4, it is possible to know the remaining amounts KA, KB, and KC of the quantum encryption keys that can be used between the master station and each slave station.

そこで、第5実施形態では、割当て時間TA、TB、TCを設定するにあたって、制御部3が、まず各子局の量子暗号鍵の残量KA、KB、KCを調べる。次に、制御部3は、あらかじめ設定されたある基準値Sを用いて、次式により親局と各子局との間の鍵不足量SA、SB、SCを計算する(図9参照)。   Therefore, in the fifth embodiment, when setting the allocation times TA, TB, and TC, the control unit 3 first checks the remaining amounts KA, KB, and KC of the quantum encryption keys of each slave station. Next, the control unit 3 calculates a key shortage amount SA, SB, SC between the master station and each slave station by the following formula using a predetermined reference value S (see FIG. 9).

親局と子局Aとの間の鍵不足量SA=S−KA、
親局と子局Bとの間の鍵不足量SB=S−KB、および
親局と子局Cとの間の鍵不足量SC=S−KC。
Key shortage SA between the master station and the slave station A = S−KA,
Key shortage SB = S-KB between the master station and the slave station B, and key shortage SC = S-KC between the master station and the slave station C.

次に、制御部3は、鍵不足量SA、SB、SCを用いて、各子局への量子暗号鍵配布割当て時間TA、TB、TCを次式によって設定する(mは定数)。   Next, the control unit 3 sets the quantum cipher key distribution allocation time TA, TB, TC to each slave station using the key shortage amounts SA, SB, SC (m is a constant).

TA=m×SA/RA、
TB=m×SB/RB、および
TC=m×SC/RC。
TA = m × SA / RA,
TB = m × SB / RB, and TC = m × SC / RC.

すなわち、割当時間は鍵不足量を鍵生成速度で割った値に比例するよう設定される。 That is, the allocation time is set to be proportional to a value obtained by dividing the key shortage amount by the key generation rate.

図10は、本発明の第5実施形態により設定された割当時間に基づく光スイッチ5の切換動作を示すタイミングチャートである。上述したように、本実施形態では、親局と各子局との間の鍵生成速度だけでなく、鍵不足量も考慮するので、より合理的な鍵配布を行うことができる。例えば、図9において子局Cに対する割当て時間TCは、鍵生成速度RCは小さいながら鍵不足量SCも小さい、すなわち、あまり多くの鍵を必要としていないとみなされるため、割り当て時間TCも短く設定されている。   FIG. 10 is a timing chart showing the switching operation of the optical switch 5 based on the allocated time set according to the fifth embodiment of the present invention. As described above, in this embodiment, not only the key generation speed between the master station and each slave station but also the key shortage amount is taken into account, so that more rational key distribution can be performed. For example, in FIG. 9, the allocation time TC for the slave station C is set to be short because the key generation rate RC is small but the key shortage SC is small, that is, it is considered that not many keys are required. ing.

図11(a)は、本発明の第5実施形態における量子暗号鍵配布方法の一例を示すフローチャートであり、(b)は他の例を示すフローチャートである。図11(a)に示すフローでは、鍵不足量計算および割当て時間設定シーケンスと、鍵配布の単位シーケンスとが交互に実行され、鍵配布を行うたびに鍵不足量計算および割当て時間設定シーケンスが国交される。したがって、各子局の鍵の不足量を早く正確に反映させることができる。   FIG. 11A is a flowchart showing an example of a quantum key distribution method according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a flowchart showing another example. In the flow shown in FIG. 11 (a), the key shortage calculation and allocation time setting sequence and the key distribution unit sequence are executed alternately, and each time key distribution is performed, the key shortage calculation and allocation time setting sequence is Is done. Accordingly, it is possible to quickly and accurately reflect the shortage of keys of each slave station.

図11(b)に示すフローでは、鍵配布の単位シーケンスを複数回繰り返してから鍵不足量計算および割当て時間設定シーケンスを行う。したがって、鍵配布に用いる時間が図11(a)のフローに比べて長くなり、トータルで多くの鍵を配布することができる。   In the flow shown in FIG. 11B, the key shortage calculation and allocation time setting sequence are performed after repeating the key distribution unit sequence a plurality of times. Therefore, the time used for key distribution becomes longer than that in the flow of FIG. 11A, and a large number of keys can be distributed in total.

なお、第5実施形態において、割当時間は鍵不足量を鍵生成速度で割った値に比例するように設定されたが、必ずしも正確に比例しなくても、鍵不足量を鍵生成速度で割った値が大きいほど長く、小さいほど短くなるように割当て時間を設定しても同様の効果が得られる。   In the fifth embodiment, the allocation time is set to be proportional to the value obtained by dividing the key shortage amount by the key generation rate, but the key shortage amount is divided by the key generation rate even if it is not necessarily proportional. Even if the allocation time is set so that the larger the value is, the longer the value is, and the shorter the value is, the same effect is obtained.

また、上記説明では、第1実施形態を例にとって割当時間を鍵不足量を鍵生成速度で割った値に比例するように設定したが、第2〜第4実施形態において割当時間を鍵不足量を鍵生成速度で割った値に比例するように設定してもよい。その場合も同様の効果が得られる。   In the above description, the allocation time is set to be proportional to the value obtained by dividing the key shortage amount by the key generation rate in the first embodiment as an example. However, in the second to fourth embodiments, the allocation time is set to the key shortage amount. May be set to be proportional to the value obtained by dividing by the key generation speed. In that case, the same effect can be obtained.

6.第6実施形態
図12は本発明の第6実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。ただし、図4に示すブロックと同一機能を有するブロックには同一参照番号を付して詳細な説明は省略する。
6). Sixth Embodiment FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a quantum key distribution system according to a sixth embodiment of the present invention. However, the blocks having the same functions as those shown in FIG.

図12の第6実施形態が図4の第2実施形態と相違する点は、第2実施形態における光スイッチ5の代わりに分岐光導波路19を設けた点、および、制御経路12が存在しない点である。分岐光導波路19は、その分岐比が、子局A、B、Cに対して、それぞれa:b:cとなるよう設定されている。ここで、a:b:cの比の設定方法について説明する。   The sixth embodiment of FIG. 12 differs from the second embodiment of FIG. 4 in that a branch optical waveguide 19 is provided instead of the optical switch 5 in the second embodiment, and that the control path 12 does not exist. It is. The branching optical waveguide 19 is set so that the branching ratio thereof is a: b: c with respect to the slave stations A, B, and C, respectively. Here, a method for setting the ratio of a: b: c will be described.

まず、仮に分岐光導波路19の分岐比が等しい、すなわち1:1:1であったとした場合、子局A、子局B、子局Cにおける量子暗号鍵生成速度をそれぞれR0A、R0B、R0Cとする。R0A、R0B、R0Cは、単位時間あたりの選別鍵の鍵量、誤り訂正後の鍵量、あるいは、秘匿増強後の最終鍵の鍵量を実際に測定することで決定してもよいし、あるいは既に述べた(式1)により算出してもよい。これらを用いて、本実施形態における分岐光導波路19の分岐比a:b:cは、nを定数として次式により設定される。   First, assuming that the branching ratio of the branch optical waveguide 19 is equal, that is, 1: 1: 1, the quantum key generation speeds in the slave station A, slave station B, and slave station C are R0A, R0B, and R0C, respectively. To do. R0A, R0B, and R0C may be determined by actually measuring the key amount of the selected key per unit time, the key amount after error correction, or the key amount of the final key after enhancing the secret, or You may calculate by (Formula 1) already described. Using these, the branching ratio a: b: c of the branch optical waveguide 19 in the present embodiment is set by the following equation, where n is a constant.

a=n×R0B×R0C、
b=n×R0A×R0C、および
c=n×R0A×R0B ・・・・・・・ (式2)。
a = n × R 0 B × R 0 C,
b = n * R0A * R0C, and c = n * R0A * R0B (Equation 2).

図12において、各子局における量子暗号鍵生成速度は、各子局に単位時間当たりに到達する光子ビットの数に概ね比例する。したがって、仮に、分岐光導波路19の分岐比が等しい、すなわち1:1:1であったとした場合の子局A、子局B、子局Cにおける量子暗号鍵生成速度がR0A、R0B、R0Cということは、このとき各子局に単位時間当たりに到達する光子ビットの数の比が概ねR0A:R0B:R0Cということである。   In FIG. 12, the quantum encryption key generation rate in each slave station is approximately proportional to the number of photon bits that reach each slave station per unit time. Therefore, if the branching ratio of the branch optical waveguide 19 is equal, that is, 1: 1: 1, the quantum key generation speeds in the slave station A, slave station B, and slave station C are R0A, R0B, and R0C. This means that the ratio of the number of photon bits reaching each slave station per unit time is approximately R0A: R0B: R0C.

ここで、第6実施形態では分岐光導波路19の分岐比は実際にはa:b:cであるので、子局A、B、Cに単位時間当たりに到達する光子ビット数の比は、a×R0A:b×R0B:c×R0Cである。したがって、式2より、
a×R0A=n×R0A×R0B×R0C、
b×R0B=n×R0A×R0B×R0C、および
c×R0C=n×R0A×R0B×R0C
となり、子局A、B、Cに単位時間当たりに到達する光子ビット数の比はR0A×R0B×R0C:R0A×R0B×R0C:R0A×R0B×R0C=1:1:1であることが分かる。すなわち第6実施形態では分岐光導波路19の分岐比を上記a:b:cに設定することにより子局A、B、Cに単位時間当たりに到達する光子数が等しくなり、その結果、子局A、B、Cにおける鍵生成速度がほぼ等しくなる。第6実施形態では、第2実施形態と異なり、光スイッチを制御経路により制御する必要がないのでシステムの構成、運用コストを低減することが出来るという効果がある。
Here, in the sixth embodiment, since the branching ratio of the branching optical waveguide 19 is actually a: b: c, the ratio of the number of photon bits reaching the slave stations A, B, and C per unit time is a * R0A: b * R0B: c * R0C. Therefore, from Equation 2,
a × R0A = n × R0A × R0B × R0C,
b * R0B = n * R0A * R0B * R0C, and c * R0C = n * R0A * R0B * R0C
The ratio of the number of photon bits reaching the slave stations A, B, and C per unit time is R0A × R0B × R0C: R0A × R0B × R0C: R0A × R0B × R0C = 1: 1: 1. . That is, in the sixth embodiment, by setting the branching ratio of the branching optical waveguide 19 to a: b: c, the number of photons that reach the slave stations A, B, and C per unit time becomes equal. The key generation speeds in A, B, and C are almost equal. In the sixth embodiment, unlike the second embodiment, there is no need to control the optical switch by the control path, so that there is an effect that the system configuration and the operation cost can be reduced.

なお、量子暗号では1個の光子で1ビットのデータを伝送していると説明したが、厳密には、ある低い確率で1ビットの信号中に複数の光子が含まれる場合がある。そのような場合、第6実施形態においては、1ビットの信号中の同一の情報を持った複数の光子がそれぞれ別の子局に到達することにより複数の子局に同一の情報が到達する可能性がある。言い換えれば、子局間で情報が漏えいしたことになる。   In the quantum cryptography, it has been described that 1-bit data is transmitted by one photon. Strictly speaking, there are cases where a plurality of photons are included in a 1-bit signal with a certain low probability. In such a case, in the sixth embodiment, a plurality of photons having the same information in a 1-bit signal reach different slave stations, so that the same information can reach a plurality of slave stations. There is sex. In other words, information is leaked between the slave stations.

このような場合でも、親局の制御部3は、子局ごとに暗号鍵配布プロトコルにおいて得られるビット列をチェックすることで、同じビット列が複数の子局に配布されたことを容易に検知することができる。したがって、そのようなことが起こったビットを廃棄し量子暗号鍵として使用しないことで、子局間での情報漏えいを避けることができる。   Even in such a case, the control unit 3 of the master station can easily detect that the same bit string is distributed to a plurality of slave stations by checking the bit string obtained in the encryption key distribution protocol for each slave station. Can do. Therefore, information leakage between slave stations can be avoided by discarding bits in which such a situation has occurred and not using them as quantum encryption keys.

また、第6実施形態では第2実施形態において光スイッチ5の部分を分岐導波路19で置き換えた例を示したが、同様に他の実施形態における全ての、あるいは一部の光スイッチを分岐光導波路で置き換えた場合も同様の効果が得られる。たとえば、図5の光スイッチ18を分岐光導波路で置き換えることが可能である。   In the sixth embodiment, the optical switch 5 is replaced with the branch waveguide 19 in the second embodiment. Similarly, all or some of the optical switches in the other embodiments are branched optically. The same effect can be obtained when a waveguide is replaced. For example, the optical switch 18 of FIG. 5 can be replaced with a branched optical waveguide.

また、第6実施形態においては、分岐光導波路19の分岐比a:b:cが式2に従って設定される例を示したが、厳密に式2に従わなくてもよい。仮に分岐光導波路の分岐比が等しいとした場合の各子局における量子暗号鍵生成速度が低いときほど分岐比を大きく、高いときほど分岐比を小さく設定しても同様の効果を得ることができる。   In the sixth embodiment, the example in which the branching ratio a: b: c of the branching optical waveguide 19 is set according to Equation 2 is shown, but it is not necessary to strictly follow Equation 2. If it is assumed that the branching ratios of the branching optical waveguides are equal, the same effect can be obtained even if the branching ratio is set to be larger as the quantum encryption key generation speed at each slave station is lower and the branching ratio is set to be lower as the branching ratio is higher. .

以上、本発明の第1〜第6実施形態では、子局が3局の場合の例を示したが、3局に限らず、2局以上の複数の子局を有するシステムであれば同様の効果が得られる。   As described above, in the first to sixth embodiments of the present invention, an example in which there are three slave stations has been described. However, the present invention is not limited to three stations, and the same is applicable to a system having two or more slave stations. An effect is obtained.

本発明は、防衛、外交、金融等のデータ通信上において高度な安全性が要求される分野における暗号鍵配布技術として適用することが可能である。   The present invention can be applied as an encryption key distribution technique in a field where high security is required in data communication such as defense, diplomacy, and finance.

本発明の第1実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quantum encryption key distribution system by 1st Embodiment of this invention. (A)は光スイッチ5の切換シーケンスおよび各子局の接続時間を示すタイミングチャートであり、(B)は親局と各子局との間の距離Lと暗号鍵生成速度Rとの関係を示すグラフである。(A) is a timing chart showing the switching sequence of the optical switch 5 and the connection time of each slave station, and (B) shows the relationship between the distance L between the master station and each slave station and the encryption key generation rate R. It is a graph to show. (A)は本実施形態による単位シーケンスで配布される鍵量を子局ごとに示すグラフであり、(B)は従来例による単位シーケンスで配布される鍵量を子局ごとに示すグラフである。(A) is a graph showing the key amount distributed in the unit sequence according to the present embodiment for each slave station, and (B) is a graph showing the key amount distributed in the unit sequence according to the conventional example for each slave station. . 本発明の第2実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quantum encryption key distribution system by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quantum encryption key distribution system by 3rd Embodiment of this invention. 本実施形態における光スイッチ17および18の動作を示すテーブルである。It is a table which shows operation | movement of the optical switches 17 and 18 in this embodiment. 光スイッチ17、18の切換動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing switching operation of optical switches 17 and 18; 本発明の第4実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quantum encryption key distribution system by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による量子暗号鍵配布方法における割当て時間TA、TB、TCの設定方法を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the setting method of allocation time TA, TB, and TC in the quantum key distribution method by 5th Embodiment of this invention. 本本発明の第5実施形態により設定された割当時間に基づく光スイッチ5の切換動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the switching operation | movement of the optical switch 5 based on the allocation time set by 5th Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第5実施形態における量子暗号鍵配布方法の一例を示すフローチャートであり、(b)は他の例を示すフローチャートである。(A) is a flowchart which shows an example of the quantum encryption key distribution method in 5th Embodiment of this invention, (b) is a flowchart which shows another example. 本発明の第6実施形態による量子暗号鍵配布システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quantum encryption key distribution system by 6th Embodiment of this invention. 一般的な量子暗号通信システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a general quantum cryptography communication system. 一般的な量子暗号鍵生成の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a general quantum encryption key generation. 伝送距離に依存する量子暗号鍵の生成速度の変化を概略的に示すグラフである。It is a graph which shows roughly the change of the generation speed of the quantum encryption key depending on transmission distance. 1:N接続構成を有する量子暗号鍵配布システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the quantum key distribution system which has 1: N connection structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 量子暗号鍵送信器
2 鍵生成部
3 制御部
4 鍵メモリ
5 光スイッチ
6 光ファイバ
7〜9 量子暗号鍵受信器
10 切換局
12 制御経路
13 制御経路
14、15 切換局
16 光ファイバ
17,18 光スイッチ
19 分岐導波路

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quantum encryption key transmitter 2 Key generation part 3 Control part 4 Key memory 5 Optical switch 6 Optical fiber 7-9 Quantum encryption key receiver 10 Switching station 12 Control path 13 Control path 14, 15 Switching station 16 Optical fibers 17, 18 Optical switch 19 Branching waveguide

Claims (25)

送信器と複数の受信器とがそれぞれ光伝送媒体を通して接続された量子暗号鍵配布システムにおいて、
前記送信器から前記複数の受信器の各々に到達する光子ビット数を相対的に設定可能な伝送手段と、
前記送信器と前記複数の受信器の各々との間で単位時間当たりに共有される鍵量に基づいて前記伝送手段の相対的な設定状態を決定する制御手段と、
を有することを特徴とする量子暗号鍵配布システム。
In a quantum key distribution system in which a transmitter and a plurality of receivers are connected through optical transmission media,
Transmission means capable of relatively setting the number of photon bits reaching each of the plurality of receivers from the transmitter;
Control means for determining a relative setting state of the transmission means based on a key amount shared per unit time between the transmitter and each of the plurality of receivers;
A quantum cryptography key distribution system comprising:
前記伝送手段は前記送信器を前記複数の受信器の選択された1つに接続する経路切換手段からなり、前記制御手段は、前記単位時間当たりに共有される鍵量に基づいて、前記経路切換手段により選択される各受信器に対する量子暗号鍵を配布するための割り当て時間を設定することを特徴とする請求項1に記載の量子暗号鍵配布システム。   The transmission means includes path switching means for connecting the transmitter to a selected one of the plurality of receivers, and the control means is configured to switch the path based on a key amount shared per unit time. 2. The quantum key distribution system according to claim 1, wherein an allocation time for distributing a quantum key to each receiver selected by the means is set. 前記割り当て時間は、前記選択された受信器と前記送信器との間の前記単位時間当たりに共有される鍵量が大きいほど短く、少ないほど長く設定されることを特徴とする請求項2に記載の量子暗号鍵配布システム。   The allocation time is set to be shorter as the key amount shared per unit time between the selected receiver and the transmitter is larger and longer as the key amount is smaller. Quantum key distribution system. 前記選択された受信器と前記送信器との間で共有されている暗号鍵を保持する暗号鍵保持手段を更に有し、
前記制御手段は、前記暗号鍵保持手段に保持されている各受信器の暗号鍵から当該受信器との暗号通信に使用された暗号鍵を除去し、所定の鍵量を基準として量子暗号不足量を計測し、
前記割り当て時間は、前記選択された受信器と前記送信器との間の前記単位時間当たりに共有される鍵量と前記量子暗号不足量とに基づいて設定されることを特徴とする請求項2に記載の量子暗号鍵配布システム。
Further comprising encryption key holding means for holding an encryption key shared between the selected receiver and the transmitter;
The control means removes the encryption key used for the encryption communication with the receiver from the encryption key of each receiver held in the encryption key holding means, and the quantum cryptography deficit amount based on a predetermined key amount Measure
3. The allocation time is set based on a key amount shared per unit time between the selected receiver and the transmitter and the quantum cryptography deficiency amount. Quantum key distribution system described in 1.
前記割り当て時間は、前記量子暗号鍵不足量を、前記選択された受信器と前記送信器との間の前記単位時間当たりに共有される鍵量で割った値が大きいほど長く、小さいほど短く設定されることを特徴とする請求項4に記載の量子暗号鍵配布システム。   The allocation time is set longer as the value obtained by dividing the quantum encryption key shortage amount by the key amount shared per unit time between the selected receiver and the transmitter is longer, and is set shorter as the time is smaller. The quantum cryptography key distribution system according to claim 4, wherein 前記伝送手段は前記送信器を有する親局に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の量子暗号鍵配布システム。   2. The quantum key distribution system according to claim 1, wherein the transmission unit is provided in a master station having the transmitter. 前記伝送手段は、前記送信器および前記複数の受信器とは別の位置に設置された少なくとも1つの切換局に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の量子暗号鍵配布システム。   2. The quantum cryptography key distribution system according to claim 1, wherein the transmission means is provided in at least one switching station installed at a position different from the transmitter and the plurality of receivers. 前記伝送手段は、前記複数の受信器をそれぞれ有する複数の子局の少なくとも1つに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の量子暗号鍵配布システム。   The quantum key distribution system according to claim 1, wherein the transmission unit is provided in at least one of a plurality of slave stations each having the plurality of receivers. 送信器と複数の受信器とがそれぞれ光伝送媒体を通して接続された量子暗号鍵配布システムにおいて、
前記送信器と前記複数の受信器との間の前記光伝送媒体に設けられた少なくとも一つの分岐光導波路と、
前記分岐光導波路の分岐比を等しいとした場合の前記送信器と各受信器との間の単位時間当たりに共有される鍵量を決定する制御手段と、
前記送信器と各受信器との間の前記単位時間当たりに共有される鍵量に基づいて前記分岐光導波路の各受信器への分岐比が設定されていることを特徴とする量子暗号鍵配布システム。
In a quantum key distribution system in which a transmitter and a plurality of receivers are connected through optical transmission media,
At least one branch optical waveguide provided in the optical transmission medium between the transmitter and the plurality of receivers;
Control means for determining a key amount shared per unit time between the transmitter and each receiver when the branching ratios of the branching optical waveguides are equal.
Quantum encryption key distribution characterized in that a branching ratio of each branch optical waveguide to each receiver is set based on a key amount shared per unit time between the transmitter and each receiver. system.
前記送信器と各受信器との間の前記単位時間当たりに共有される鍵量が低い分岐先受信器へ向かう前記分岐光導波路の分岐比を相対的に大きく、高い分岐先受信器へ向かう前記分岐光導波路の分岐比を相対的に小さく設定されていることを特徴とする請求項9に記載の量子暗号鍵配布システム。   The branching ratio of the branch optical waveguide toward the branch destination receiver having a low key amount shared per unit time between the transmitter and each receiver is relatively large, and the head toward the high branch destination receiver. The quantum cryptography key distribution system according to claim 9, wherein a branching ratio of the branching optical waveguide is set to be relatively small. 前記送信器は、前記複数の受信器のうち少なくとも2つの受信器に同じビット列が生成された場合には、当該ビット列を廃棄し量子暗号鍵としては使用しないことを特徴とする請求項10に記載の量子暗号鍵配布システム。   11. The transmitter according to claim 10, wherein when the same bit string is generated in at least two receivers among the plurality of receivers, the transmitter discards the bit string and does not use it as a quantum encryption key. Quantum key distribution system. 送信器と複数の受信器とがそれぞれ光伝送媒体を通して接続されたシステムにおける量子暗号鍵配布方法において、
a)前記送信器と前記複数の受信器の各々との間で単位時間当たりに共有される鍵量(以下、鍵生成速度という。)を求め、
b)前記鍵生成速度の差異を減少させるように、前記送信器から前記複数の受信器の各々に到達する光子ビット数を相対的に設定する、
ことを特徴とする量子暗号鍵配布方法。
In a quantum key distribution method in a system in which a transmitter and a plurality of receivers are each connected through an optical transmission medium,
a) A key amount (hereinafter referred to as a key generation speed) shared per unit time between the transmitter and each of the plurality of receivers is obtained.
b) relatively setting the number of photon bits arriving from the transmitter to each of the plurality of receivers so as to reduce the difference in the key generation rate;
Quantum encryption key distribution method characterized by the above.
前記b)は、
前記送信器と前記複数の受信器の各々との間の鍵生成速度に基づいて、前記送信器が各受信器に対する量子暗号鍵を配布するための割り当て時間を設定し、
前記割り当て時間に従って前記送信器と前記複数の受信器とを選択的に接続する、
ことを特徴とする請求項12に記載の量子暗号鍵配布方法。
Said b)
Based on a key generation rate between the transmitter and each of the plurality of receivers, the transmitter sets an allocation time for distributing a quantum encryption key to each receiver,
Selectively connecting the transmitter and the plurality of receivers according to the allocated time;
The quantum cryptography key distribution method according to claim 12, wherein:
前記割り当て時間は、前記選択された受信器と前記送信器との間の前記鍵生成速度が大きいほど短く、少ないほど長く設定されることを特徴とする請求項13に記載の量子暗号鍵配布方法。   The quantum key distribution method according to claim 13, wherein the allocation time is set to be shorter as the key generation speed between the selected receiver and the transmitter is larger and longer as the key generation speed is smaller. . 前記割当て時間は、前記選択された受信器と前記送信器との間の鍵生成速度に反比例するように設定されることを特徴とする請求項14に記載の量子暗号鍵配布方法。   The quantum key distribution method according to claim 14, wherein the allocation time is set to be inversely proportional to a key generation rate between the selected receiver and the transmitter. 前記b)は、
前記選択された受信器と前記送信器との間で共有されている暗号鍵を保持し、
前記保持されている各受信器の暗号鍵から当該受信器との暗号通信に使用された暗号鍵を除去し、
所定の鍵量を基準として各受信器に対する量子暗号不足量を計測し、
前記割り当て時間は、前記選択された受信器と前記送信器との間の前記鍵生成速度と前記量子暗号不足量とに基づいて設定されることを特徴とする請求項12に記載の量子暗号鍵配布方法。
Said b)
Holding an encryption key shared between the selected receiver and the transmitter;
Removing the encryption key used for encryption communication with the receiver from the held encryption key of each receiver;
Measure the amount of quantum cryptography shortage for each receiver based on a predetermined key amount,
The quantum cryptography key according to claim 12, wherein the allocation time is set based on the key generation rate between the selected receiver and the transmitter and the quantum cryptography deficiency. Distribution method.
前記割り当て時間は、前記量子暗号鍵不足量を前記鍵生成速度で割った値が大きいほど長く、小さいほど短く設定されることを特徴とする請求項16に記載の量子暗号鍵配布方法。   The quantum key distribution method according to claim 16, wherein the allocation time is set to be longer as the value obtained by dividing the quantum key shortage amount by the key generation rate is larger and shorter as the allocation time is smaller. 前記割当て時間は、前記量子暗号鍵不足量を前記鍵生成速度で割った値に比例して設定されることを特徴とする請求項17に記載の量子暗号鍵配布方法。   18. The quantum key distribution method according to claim 17, wherein the allocation time is set in proportion to a value obtained by dividing the quantum encryption key shortage amount by the key generation rate. 前記a)において、前記送信器から前記複数の受信器の各々への光分岐比を等しいとした場合の前記送信器と各受信器との間の鍵生成速度を求め、
前記b)において、前記送信器と各受信器との間の前記鍵生成速度に基づいて前記分岐比を設定する、
ことを特徴とする請求項12に記載の量子暗号鍵配布方法。
In the a), the key generation speed between the transmitter and each receiver when the optical branching ratio from the transmitter to each of the plurality of receivers is equal is obtained,
In b), the branching ratio is set based on the key generation speed between the transmitter and each receiver.
The quantum cryptography key distribution method according to claim 12, wherein:
前記送信器と各受信器との間の鍵生成速度が等しくなるように前記分岐比が設定されることを特徴とする請求項19に記載の量子暗号鍵配布方法。   20. The quantum key distribution method according to claim 19, wherein the branching ratio is set so that a key generation rate between the transmitter and each receiver is equal. 前記複数の受信器のうち少なくとも2つの受信器に同じビット列が生成されたか否かを判定し、
少なくとも2つの受信器に同じビット列が生成された場合には、当該ビット列を量子暗号鍵としては使用しない、
ことを特徴とする請求項19に記載の量子暗号鍵配布方法。
Determining whether the same bit string is generated in at least two of the plurality of receivers;
When the same bit string is generated in at least two receivers, the bit string is not used as a quantum encryption key.
The quantum cryptography key distribution method according to claim 19.
送信器と複数の受信器とがそれぞれ光伝送媒体を通して接続されたシステムにおける前記送信器での量子暗号鍵配布方法をコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
a)前記送信器と前記複数の受信器の各々との間で単位時間当たりに共有される鍵量(以下、鍵生成速度という。)を求めるステップと、
b)前記鍵生成速度の差異を減少させるように、前記送信器から前記複数の受信器の各々に到達する光子ビット数を相対的に設定するステップと、
を有することを特徴とするプログラム。
In a program for causing a computer to execute a quantum cryptography key distribution method at the transmitter in a system in which a transmitter and a plurality of receivers are respectively connected through an optical transmission medium,
a) obtaining a key amount (hereinafter referred to as a key generation rate) shared per unit time between the transmitter and each of the plurality of receivers;
b) relatively setting the number of photon bits reaching each of the plurality of receivers from the transmitter so as to reduce the difference in the key generation rate;
The program characterized by having.
前記b)は、
前記送信器と前記複数の受信器の各々との間の鍵生成速度に基づいて、前記送信器が各受信器に対する量子暗号鍵を配布するための割り当て時間を設定するステップと、
前記割り当て時間に従って前記送信器と前記複数の受信器とを選択的に接続するステップと、
を有することを特徴とする請求項22に記載のプログラム。
Said b)
Setting an allocation time for the transmitter to distribute a quantum encryption key to each receiver based on a key generation rate between the transmitter and each of the plurality of receivers;
Selectively connecting the transmitter and the plurality of receivers according to the allocated time;
The program according to claim 22, comprising:
前記b)は、
前記選択された受信器と前記送信器との間で共有されている暗号鍵を保持するステップと、
前記保持されている各受信器の暗号鍵から当該受信器との暗号通信に使用された暗号鍵を除去するステップと、
所定の鍵量を基準として各受信器に対する量子暗号不足量を計測するステップと、
前記割り当て時間を、前記選択された受信器と前記送信器との間の前記鍵生成速度と前記量子暗号不足量とに基づいて設定するステップと、
を有することを特徴とする請求項22に記載のプログラム。
Said b)
Maintaining an encryption key shared between the selected receiver and the transmitter;
Removing the encryption key used for encrypted communication with the receiver from the held encryption key of each receiver;
Measuring a quantum cryptography deficiency for each receiver based on a predetermined key quantity;
Setting the allocation time based on the key generation rate between the selected receiver and the transmitter and the quantum cryptography deficiency;
The program according to claim 22, comprising:
前記割り当て時間は、前記量子暗号鍵不足量を前記鍵生成速度で割った値が大きいほど長く、小さいほど短く設定されることを特徴とする請求項24に記載のプログラム。

25. The program according to claim 24, wherein the allocation time is set to be longer as the value obtained by dividing the quantum encryption key shortage amount by the key generation rate is larger and shorter as the value is smaller.

JP2005237285A 2005-08-18 2005-08-18 Quantum encryption key distribution system and method Withdrawn JP2007053591A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005237285A JP2007053591A (en) 2005-08-18 2005-08-18 Quantum encryption key distribution system and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005237285A JP2007053591A (en) 2005-08-18 2005-08-18 Quantum encryption key distribution system and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007053591A true JP2007053591A (en) 2007-03-01

Family

ID=37917732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005237285A Withdrawn JP2007053591A (en) 2005-08-18 2005-08-18 Quantum encryption key distribution system and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007053591A (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008306633A (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Nec Corp Method and apparatus for managing encryption key in private communication network
JP2009225019A (en) * 2008-03-14 2009-10-01 Nec Corp Apparatus and method of encoding quantum key distribution
JP2011510582A (en) * 2008-01-25 2011-03-31 キネテイツク・リミテツド Quantum cryptography equipment
JP2011510583A (en) * 2008-01-25 2011-03-31 キネテイツク・リミテツド Multi-community network with quantum key distribution
JP2015154342A (en) * 2014-02-17 2015-08-24 株式会社東芝 Quantum key distribution device, quantum key distribution system, and quantum key distribution method
WO2015129196A1 (en) * 2014-02-27 2015-09-03 日本電気株式会社 Confidential communication system, and method for delivering secret key in confidential communication system
JP2015177535A (en) * 2014-03-18 2015-10-05 株式会社東芝 Receiver, transmitter, communication system, and communication method
JP2015179989A (en) * 2014-03-19 2015-10-08 株式会社東芝 Communication system, communication device, communication method, and program
WO2016068508A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-06 에스케이텔레콤 주식회사 Device and method for supplying key to plurality of devices in quantum key distribution system
JP2016171530A (en) * 2015-03-13 2016-09-23 株式会社東芝 Communication apparatus, communication method, program and communication system
US9692595B2 (en) 2010-12-02 2017-06-27 Qinetiq Limited Quantum key distribution
EP2622783A4 (en) * 2010-09-30 2017-07-12 Los Alamos National Security, LLC Quantum key distribution using card, base station and trusted authority
JP2019216413A (en) * 2018-06-08 2019-12-19 株式会社東芝 Quantum communication network
CN114465718A (en) * 2022-01-07 2022-05-10 南京邮电大学 Multi-protocol translation method and related equipment for quantum key distribution service

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008306633A (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Nec Corp Method and apparatus for managing encryption key in private communication network
JP2011510582A (en) * 2008-01-25 2011-03-31 キネテイツク・リミテツド Quantum cryptography equipment
JP2011510583A (en) * 2008-01-25 2011-03-31 キネテイツク・リミテツド Multi-community network with quantum key distribution
JP2009225019A (en) * 2008-03-14 2009-10-01 Nec Corp Apparatus and method of encoding quantum key distribution
EP2622783A4 (en) * 2010-09-30 2017-07-12 Los Alamos National Security, LLC Quantum key distribution using card, base station and trusted authority
US9692595B2 (en) 2010-12-02 2017-06-27 Qinetiq Limited Quantum key distribution
JP2015154342A (en) * 2014-02-17 2015-08-24 株式会社東芝 Quantum key distribution device, quantum key distribution system, and quantum key distribution method
WO2015129196A1 (en) * 2014-02-27 2015-09-03 日本電気株式会社 Confidential communication system, and method for delivering secret key in confidential communication system
JP2015177535A (en) * 2014-03-18 2015-10-05 株式会社東芝 Receiver, transmitter, communication system, and communication method
US9813237B2 (en) 2014-03-18 2017-11-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Receiver, transmitter, communication system, and communication method
US10291590B2 (en) 2014-03-19 2019-05-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Communication system, communication apparatus, communication method, and computer program product
JP2015179989A (en) * 2014-03-19 2015-10-08 株式会社東芝 Communication system, communication device, communication method, and program
KR101776137B1 (en) 2014-10-30 2017-09-19 에스케이 텔레콤주식회사 Method and Apparatus for Supplying Key to Multiple Devices in Quantum Key Distribution System
WO2016068508A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-06 에스케이텔레콤 주식회사 Device and method for supplying key to plurality of devices in quantum key distribution system
US10382198B2 (en) 2014-10-30 2019-08-13 ID Quantique Device and method for supplying key to plurality of devices in quantum key distribution system
JP2016171530A (en) * 2015-03-13 2016-09-23 株式会社東芝 Communication apparatus, communication method, program and communication system
JP2019216413A (en) * 2018-06-08 2019-12-19 株式会社東芝 Quantum communication network
GB2574597B (en) * 2018-06-08 2021-10-20 Toshiba Kk A Quantum communication network
US11424838B2 (en) 2018-06-08 2022-08-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Quantum communication network
CN114465718A (en) * 2022-01-07 2022-05-10 南京邮电大学 Multi-protocol translation method and related equipment for quantum key distribution service
CN114465718B (en) * 2022-01-07 2023-11-03 南京邮电大学 Multi-protocol translation method and related equipment for quantum key distribution service

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007053591A (en) Quantum encryption key distribution system and method
EP3560140B1 (en) Apparatus and method for enhancing secret key rate exchange over quantum channel in quantum key distribution systems
JP6732026B2 (en) Apparatus and method for adding an entropy source to a quantum key distribution system
EP1653654B1 (en) Method and system for generating shared information
US7734757B2 (en) Method and system for managing shared information
EP1742408B1 (en) Communication system and synchronization control method
US8041039B2 (en) Secret communications system and channel control method
US8204231B2 (en) Method and device for managing cryptographic keys in secret communications network
US9160529B2 (en) Secret communication system and method for generating shared secret information
JP4888630B2 (en) Communication system and supervisory control method thereof
JP5558579B2 (en) Quantum communication system and method
CA2883444C (en) System and method for quantum key distribution
US20050259825A1 (en) Key bank systems and methods for QKD
US20090279698A1 (en) Hub Device for a Network Comprising Quantum Cryptographic Connections and Node Module for Said Hub Device
US20220294618A1 (en) Improvements to qkd methods
JP5672425B2 (en) Cryptographic communication system and cryptographic communication method
GB2586235A (en) Improvements to QKD methods
RU2697696C1 (en) Method of transmitting a message over a computer network using hardware for quantum key distribution

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20081104