JP2007267069A - 暗号システム、暗号鍵中継装置及びそれらに用いる量子暗号鍵配分方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 距離の離れたリモート端末間で共通鍵を安全に共有可能な暗号システムを提供する。
【解決手段】 第１の中継局２内のアドレス制御回路２３は共通鍵蓄積媒体２４に対して読出しアドレスを指定し、共通鍵蓄積媒体２４は指定されたアドレスの共通鍵を出力し、量子暗号回路２２は量子鍵発生回路２１からの量子鍵を使って共通鍵を暗号化して伝送路１０２を経由して第１のリモート端末１に伝える。アドレス制御回路２３が指定したアドレスは通信回路２５、伝送路２０１、第２の中継局３内の通信回路３５によってアドレス制御回路３３に伝わり、共通鍵蓄積媒体３４へと出力される。共通鍵蓄積媒体３４は指定されたアドレスの共通鍵を出力し、量子暗号回路３２は量子鍵発生回路３１からの量子鍵を使って共通鍵を暗号化して伝送路３０２を経由して第２のリモート端末４に伝える。
【選択図】 図１

Description

本発明は暗号システム、暗号鍵中継装置及びそれらに用いる量子暗号鍵配分方法に関し、特に共通暗号鍵を用いた暗号方式における量子による鍵配布方法に関する。

量子暗号鍵配布方法は、送信者と受信者との間で安全に乱数を生成・共有することができる。この量子暗号鍵配布方法では、（１）送信者から受信者へ光信号で乱数情報を送る際、１ビット当たりの光子数が１個以下となるようにして送るため、（２）盗聴者が送信者と受信者との間に分岐を仕掛けた場合、１ビット当たりの光子数が１個以下なので、盗聴者にとられた光子は受信者に届かない。

すなわち、（３）受信者は信号が届かないことによって、盗聴を検出することができる。この場合、（４）送信者と受信者とで共有できるビットは盗聴されていないビットである。ということから、送信者と受信者との間で安全に乱数を生成して共有することができる。

量子暗号方式では、この送信者と受信者との間で作成・共有した乱数をワンタイムパッド法での暗号鍵として利用することによって、情報理論で無条件安全性を達成することができる。ワンタイムパッド法は通信文と同じ長さの暗号鍵を用い、暗号鍵を１回で使い捨てることが特徴である。このワンタイムパッド法に使用する暗号鍵を安全に配送する具体的なプロトコルも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

上記の提案を契機として量子暗号の研究が盛んになっている。量子暗号は物理法則が暗号の安全性を保証するため、計算機の能力の限界に依存しない究極の安全性保証が可能になる。具体的な量子暗号方式の実現手段については、以下の特許文献１にて提案されている。

特表２０００−５１７４９９号公報 ベネット（Ｂｅｎｎｅｔｔ）、ブラッサ−ド（Ｂｒａｓｓａｒｄ）著 ＩＥＥＥコンピュータ、システム、信号処理国際会議［ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｂａｎｇａｌｏｒｅ，Ｉｎｄｉａ，ｐ．１７５（１９８４）］

上述した従来の量子暗号鍵配布方法では、送信者−受信者間で安全に鍵を生成・共有することが可能であるが、送信者から受信者へ光信号で乱数情報を送る際、１ビット当たりの光子数が１個以下であるので、伝送途中に光子が消滅し、１０００ｋｍを超えるような遠方に共通鍵を伝達することができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、距離の離れたリモート端末間で共通鍵を安全に共有することができる暗号システム、暗号鍵中継装置及びそれらに用いる量子暗号鍵配分方法を提供することにある。

本発明による暗号システムは、量子暗号によって保護された第１の伝送路にて接続される第１のリモート端末及び第１の中継局と、前記量子暗号によって保護された第２の伝送路にて接続される第２のリモート端末及び第２の中継局とからなり、前記第１の中継局と前記第２の中継局とを接続してなる暗号システムであって、
前記第１及び第２の中継局各々は、共通鍵を蓄積する第１及び第２の共通鍵蓄積媒体と、前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体から出力される共通鍵を前記第１及び第２の伝送路を介して前記第１及び第２のリモート端末に送出する手段とを備え、
前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体各々は、その一部に同一の共通鍵を蓄積している。

本発明による暗号鍵中継装置は、量子暗号によって保護された伝送路にてリモート端末に接続されるとともに、他の中継局に接続される暗号鍵中継装置であって、
共通鍵を蓄積する共通鍵蓄積媒体と、前記共通鍵蓄積媒体から出力される共通鍵を前記伝送路を介して前記リモート端末に送出する手段とを備え、
前記共通鍵蓄積媒体は、その一部に前記他の中継局にて蓄積される共通鍵と同一の共通鍵を蓄積している。

本発明による量子暗号鍵配分方法は、量子暗号によって保護された第１の伝送路にて接続される第１のリモート端末及び第１の中継局と、前記量子暗号によって保護された第２の伝送路にて接続される第２のリモート端末及び第２の中継局とからなり、前記第１の中継局と前記第２の中継局とを接続してなる暗号システムに用いる量子暗号鍵配分方法であって、
前記第１及び第２の中継局各々に、その一部に同一の共通鍵を蓄積する第１及び第２の共通鍵蓄積媒体を設け、
前記第１及び第２の中継局各々が、それぞれ前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体から出力される共通鍵を前記第１及び第２の伝送路を介して前記第１及び第２のリモート端末に送出する処理を実行している。

すなわち、本発明の暗号システムは、互いに量子鍵による暗号化通信路にて接続される第１のリモート端末及び第１の中継局と、量子鍵によって暗号化通信路によって接続されてる第２のリモート端末及び第２の中継局と、第１及び第２の中継局に共通鍵蓄積媒体を有することを特徴としている。

さらに、本発明の暗号システムでは、第１のリモート端末と第１の中継局とにおいて、量子鍵による暗号化通信路を利用して第１の中継局内の第１の制御回路の指示する共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を第１のリモート端末に暗号伝送し、第２のリモート端末と第２の中継局とにおいて、量子鍵による暗号化通信路を利用して第２の中継局内の第２の制御回路の指示する共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を第２のリモート端末に暗号伝送し、第１及び第２の制御回路の指示する共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を同一としている。

これによって、本発明の暗号システムでは、第１のリモート端末と第１の中継局との間、第２のリモート端末と第２の中継局との間の伝送路がそれぞれ量子暗号によって保護されており、盗聴に対して安全となり、一方、第１及び第２の中継局間の伝送路においてアドレス情報しか伝送されておらず、盗聴されても無害となるため、距離が大きく離れた第１及び第２のリモート端末間でも、第１及び第２の中継局を経由することによって、安全に共通鍵を保持することが可能となる。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、距離の離れたリモート端末間で共通鍵を安全に共有することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による暗号システムの構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施例による暗号システムは第１のリモート端末１と第１の中継局２との間及び第２のリモート端末４と第２の中継局３との間をそれぞれ量子暗号によって保護された伝送路１０１，１０２，３０１，３０２にて接続して構成されている。尚、第１の中継局２と第２の中継局３との間は通常の伝送路２０１にて接続されている。

第１のリモート端末１及び第２のリモート端末４はそれぞれ量子鍵発生回路１１，４１と、量子暗号回路１２，４２とを含んで構成されている。第１の中継局２及び第２の中継局３はそれぞれ量子鍵発生回路２１，３１と、量子暗号回路２２，３２と、アドレス制御回路２３，３３と、共通鍵蓄積媒体２４，３４と、通信回路２５，３５とを含んで構成されている。

図２は本発明の一実施例による暗号システムの動作を示すシーケンスチャートである。これら図１及び図２を参照して、本発明の一実施例による暗号システムについて説明する。ここでは、距離の離れた第１のリモート端末１と第２のリモート端末４との間を第１の中継局２及び第２の中継局３を介することによって安全に共通鍵を共有する方法について説明する。

第１のリモート端末１と第１の中継局２とは近距離にあり、伝送路１０１によって接続された量子鍵発生回路１１，２１を利用することができる。同様に、第２のリモート端末４と第２の中継局３とは近距離にあり、伝送路３０１によって接続された量子鍵発生回路４１，３１を利用することができる。

一方、第１の中継局２及び第２の中継局３は、情報セキュリティに対して安全な環境にあり、両者は距離が離れているが、伝送路２０１によって接続されているものとする。

第１の中継局２及び第２の中継局３には、共通鍵蓄積媒体２４，３４が予め設置されている。共通鍵蓄積媒体２４，３４には、大量の共通鍵の候補が記録されており、厳重に警護されて第１の中継局２及び第２の中継局３に人手等で搬送されるとともに、第１の中継局２及び第２の中継局３の内部においても外部からアクセスされない高セキリティ環境で保護されているものとする。

第１の中継局２内のアドレス制御回路２３は、不規則に、順番で共通鍵蓄積媒体２４に対して読出しアドレスを指定する。共通鍵蓄積媒体２４は指定されたアドレスの共通鍵を出力し、量子暗号回路２２に伝える。量子暗号回路２２は、量子鍵発生回路２１からの量子鍵を使って共通鍵蓄積媒体２４からの共通鍵を暗号化して伝送路１０２を経由して第１のリモート端末１内の量子暗号回路１２に伝える（図２のａ１参照）。量子暗号回路１２では量子鍵発生回路１１からの量子鍵を用いて量子暗号復号を行い、共通鍵を出力する（図２のａ３参照）。

一方、第１の中継局２内のアドレス制御回路２３が指定したアドレスは通信回路２５によって伝送路２０１を伝わって第２の中継局３内の通信回路３５によってアドレス制御回路３３に伝わり（図２のａ２参照）、アドレス制御回路３３から共通鍵蓄積媒体３４へと出力される。

共通鍵蓄積媒体３４はアドレス制御回路３３によって指定されたアドレスの共通鍵を出力する。共通鍵蓄積媒体２４，３４の内容は同じであるので、出力される共通鍵も同一であり、その同一の共通鍵が共通鍵蓄積媒体３４から量子暗号回路３２に伝わる。

量子暗号回路３２は量子鍵発生回路３１からの量子鍵を使って共通鍵蓄積媒体３４からの共通鍵を暗号化し、伝送路３０２を経由して第２のリモート端末４内の量子暗号回路４２に伝える（図２のａ４参照）。量子暗号回路４２では量子鍵発生回路４１からの量子鍵を用いて量子暗号復号を行い、共通鍵を出力する（図２のａ５参照）。

以上の動作において、伝送路１０２，３０２は量子暗号によって保護されており、盗聴に対して安全である。一方、伝送路２０１では共通鍵蓄積媒体２４，３４に対するアドレス情報しか伝送されておらず、盗聴されても無害である。

したがって、本実施例では、第１の中継局２及び第２の中継局３にそれぞれ収容された共通鍵蓄積媒体２４，３４のアドレスを指定することによって、距離の離れた第１のリモート端末１と第２のリモート端末４との間で共通鍵を安全に共有することができる。

図３は図１の共通鍵蓄積媒体２４，３４内部の記録論理構成を説明するための図である。図３において、アドレスＡ〜Ｅに対して互いに相関のない乱数Ａ〜Ｅが記録されている。例えば、アドレスＢが指定されると、共通鍵蓄積媒体２４，３４から乱数Ｂが出力されて共通鍵として利用される。アドレスＢが盗聴によって解読されても乱数Ｂの内容をアドレＢから推測することはできない。

このように、本実施例では、第１のリモート端末１と第２の中継局２との間の伝送路、第２のリモート端末４と第２の中継局３との間の伝送路がそれぞれ量子暗号によって保護されており、盗聴に対して安全である。一方、第１の中継局２と第２の中継局３との間の伝送路２０１では、共通鍵蓄積媒体２４，３４に対するアドレス情報しか伝送されておらず、伝送路２０１が盗聴されても無害である。したがって、本実施例では、距離の離れた第１のリモート端末１と第２のリモート端末４との間で共通鍵を安全に共有することができる。

尚、本発明では、上記の実施例において、第１の中継局２から第２の中継局３を介して第２のリモート端末４へと共通鍵を送出する場合について述べたが、第２の中継局３から第１の中継局２を介して第１のリモート端末１へと共通鍵を送出する場合についても適用可能である。

本発明の一実施例による暗号システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例による暗号システムの動作を示すシーケンスチャートである。 図１の共通鍵蓄積媒体内部の記録論理構成を説明するための図である。

符号の説明

１ 第１のリモート端末
２ 第１の中継局
３ 第２の中継局
４ 第２のリモート端末
１１，２１，
３１，４１ 量子鍵発生回路
１２，２２，
３２，４２ 量子暗号回路
２３，３３ アドレス制御回路
２４，３４ 共通鍵蓄積媒体
２５，３５ 通信回路
１０１，１０２，
３０１，３０２ 量子暗号によって保護された伝送路
２０１ 通常の伝送路

Claims (9)

1. 量子暗号によって保護された第１の伝送路にて接続される第１のリモート端末及び第１の中継局と、前記量子暗号によって保護された第２の伝送路にて接続される第２のリモート端末及び第２の中継局とからなり、前記第１の中継局と前記第２の中継局とを接続してなる暗号システムであって、
   前記第１及び第２の中継局各々は、共通鍵を蓄積する第１及び第２の共通鍵蓄積媒体と、前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体から出力される共通鍵を前記第１及び第２の伝送路を介して前記第１及び第２のリモート端末に送出する手段とを有し、
   前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体各々は、その一部に同一の共通鍵を蓄積することを特徴とする暗号システム。
2. 前記第１及び第２の中継局各々は、前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体に対してアドレスを指定する第１及び第２の制御回路を含み、
   前記第１の制御回路の指示する前記第１の共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を前記第１の伝送路を介して前記第１のリモート端末に暗号伝送し、前記第２の制御回路の指示する前記第２の共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を前記第２の伝送路を介して前記第２のリモート端末に暗号伝送することを特徴とする請求項１記載の暗号システム。
3. 前記第１の制御回路は、前記第１の共通鍵蓄積媒体に指示したアドレス情報を前記第２の制御回路に出力し、
   前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路からのアドレス情報を前記第２の共通鍵蓄積媒体に指示することを特徴とする請求項２記載の暗号システム。
4. 量子暗号によって保護された伝送路にてリモート端末に接続されるとともに、他の中継局に接続される暗号鍵中継装置であって、
   共通鍵を蓄積する共通鍵蓄積媒体と、前記共通鍵蓄積媒体から出力される共通鍵を前記伝送路を介して前記リモート端末に送出する手段とを有し、
   前記共通鍵蓄積媒体は、その一部に前記他の中継局にて蓄積される共通鍵と同一の共通鍵を蓄積することを特徴とする暗号鍵中継装置。
5. 前記共通鍵蓄積媒体に対してアドレスを指定する制御回路を含み、
   前記制御回路の指示する前記共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を前記伝送路を介して前記リモート端末に暗号伝送することを特徴とする請求項４記載の暗号鍵中継装置。
6. 前記制御回路は、前記共通鍵蓄積媒体に指示したアドレス情報を前記他の中継局に出力し、
   前記他の中継局が、その蓄積される共通鍵のうちの前記制御回路からのアドレス情報に基づいた共通鍵を前記他の中継局に接続されるリモート端末に暗号伝送することを特徴とする請求項５記載の暗号鍵中継装置。
7. 量子暗号によって保護された第１の伝送路にて接続される第１のリモート端末及び第１の中継局と、前記量子暗号によって保護された第２の伝送路にて接続される第２のリモート端末及び第２の中継局とからなり、前記第１の中継局と前記第２の中継局とを接続してなる暗号システムに用いる量子暗号鍵配分方法であって、
   前記第１及び第２の中継局各々に、その一部に同一の共通鍵を蓄積する第１及び第２の共通鍵蓄積媒体を設け、
   前記第１及び第２の中継局各々が、それぞれ前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体から出力される共通鍵を前記第１及び第２の伝送路を介して前記第１及び第２のリモート端末に送出する処理を実行することを特徴とする量子暗号鍵配分方法。
8. 前記第１及び第２の中継局各々が、前記第１及び第２の共通鍵蓄積媒体に対してアドレスを指定する第１及び第２の制御処理をそれぞれ実行し、
   前記第１の制御処理にて指示される前記第１の共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を前記第１の伝送路を介して前記第１のリモート端末に暗号伝送し、前記第２の制御処理にて指示される前記第２の共通鍵蓄積媒体の共通鍵の一部を前記第２の伝送路を介して前記第２のリモート端末に暗号伝送することを特徴とする請求項７記載の量子暗号鍵配分方法。
9. 前記第１の中継局が前記第１の制御処理において、前記第１の共通鍵蓄積媒体に指示したアドレス情報を前記第２の中継局に出力し、
   前記第２の中継局が前記第２の制御処理において、前記第１の中継局からのアドレス情報を前記第２の共通鍵蓄積媒体に指示することを特徴とする請求項８記載の量子暗号鍵配分方法。

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