JP2008504791A - Qkdシステムネットワーク - Google Patents
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- H04L9/0855—Quantum cryptography involving additional nodes, e.g. quantum relays, repeaters, intermediate nodes or remote nodes
Abstract
【解決手段】一例としてQKDシステムネットワーク(50)は、リレーステーション(58)を間に有する第1QKDステーション(A1)および第2QKDステーション(A2)を含む。リレーステーションは、単一の第3QKDステーション(B)および光スイッチ(55)を含む。光スイッチによって、第3QKDステーションは、第1および第2QKDステーション間で共通のキーを確立するように、第1および第2QKDステーションと交互に通信することが可能になる。エンドユーザは、各々QKDステーションA1およびA2に連結されている。秘密キー(S)は、A1およびA2と独立にキーを生成することが可能なQKDステーションBによって、P1およびP2間で共有される。この基本的なシステムは、P1−A1−B−A2−P2と表すことができ、リレーを構成するB1およびA2を有してP1−A1−B1−A2−B2−P2などのように、さらに複雑な線形ネットワークの形に拡張することができる。この基本的なQKDシステムネットワークはさらに、多次元に拡張することができる。
Description
QKDネットワークは、いくつかの方法で構築することができる。一例では、QKDリレーは、キーとする材料のみを運ぶ。リレーが終端間地点−例えば、2つのQKD終端間−に沿ってペアワイズで一致したキーを確立した後、リレーは、これらのキーペアを「ホップ−バイ−ホップ」で1つの終点から他の終点までキーを安全に運ぶために用いる。キーは、あるリレーから次のリレーまで進むに従って、各ペアワイズキーを有するワンタイムパッドを用いて暗号化および復号化される。このアプローチでは、終端間キーは、リレーのメモリ内に適切に「疑いの晴れた」状態で現れるが、リンクを通過する際に常に暗号化される。このような設計は、「キー輸送ネットワーク」と称することもできる。
しかしながら、このようなQKDネットワークは、それ自身欠点も有している。例えば、主な弱点は、リレーが信頼されるものでなければならないということである。キーとする材料およびメッセージトラフィックは、−直接的もしくは間接的に−リレーのメモリ中において疑いのない状態で得られるため、これらのリレーは敵対者の手に落ちてはならない。リレーは物理的に安全な位置にいる必要があり、かつトラフィックが本当に重要であるならば、おそらく保護される必要もある。さらに、システム中の全てのユーザは、彼らのメッセージトラフィックの全てのキーを有するネットワーク(かつネットワークのオペレータ)を信頼しなければならない。従って、非常に重要な機密情報(トラフィック)を共有する必要のあるユーザペアは、この機密トラフィックのキーを輸送するために用いられるQKDネットワークの全ての装置、かつおそらく全てのオペレータを含むために、内情に通じている可能性のあるものに対するサークルを拡張しなければならない。
まず図7を参照すると、702において、ステーションA1およびB1間でQKDプロセスを開始するために、ステーションA1は信号をステーションB1に送信する。また、ステーションB1は、そのスイッチを対応する位置にセットする。704において、ステーションB2とでQKDプロセスを開始するために、ステーションB1は信号をステーションA2に送信する。また、ステーションA2は、そのスイッチを対応する位置にセットする。706および708において、キーk1およびk2が確立されるまでステーション間で伝達が続く。
Claims (6)
- 第1QKDステーションおよび第2QKDステーションと、
前記第1および前記第2QKDステーションを機能的に連結するリレーステーションと、を備え、
前記リレーステーションは、単一の第3QKDステーションと、前記第1および前記第2QKDステーション間で共有キーを確立するように、前記第3QKDステーションが前記第1および前記第2QKDステーションと交互に通信することを可能にする光スイッチと、を有している、
QKDネットワークシステム。 - 前記第3QKDステーションは、前記光スイッチに各々連結されている量子光レイヤおよびコントローラを含む、
請求項1に記載のシステム。 - エンドユーザP1からエンドユーザP2へ安全キーSを通信する方法であって、前記エンドユーザP1および前記P2は、各々第1および第2QKDステーションA1およびB1に連結され、前記A1および前記B1は、単一の第3QKDステーションBおよび光スイッチを含むリレーステーションを介して互いに機能的に連結されており、前記方法は、
a)前記ステーションBおよび前記A1間でキーk1を交換するために前記スイッチをセットし、
b)前記ステーションBおよび前記A2間でキーk2を交換するために前記スイッチをセットし、
c)Bで、c =k1 XOR k2を実行し、
d)P1で、c1 =S XOR k1を実行して、C1をBへ送信し、
e)Bで、c2 =c1 XOR cを実行し、
f)A2を介してc2をP2へ送信し、
g)P2で、P2 XOR k2 =Sを実行する、
方法。 - キーcを確立した後に、キーk1およびk2を消去する、請求項3に記載の方法。
- QKDステーションA1−B1−A2−B2の線形な構成を有するQKDシステムネットワーク越しに、エンドユーザP1およびP2間でキーSを通信する方法であって、前記エンドユーザP1は機能的に前記A1に連結され、前記エンドユーザP2は機能的に前記P2に連結されており、前記方法は、
B1およびA1間の通信を可能にする光スイッチをB1にセットして、A1およびB1間で第1キーk1を確立し、
B2およびA2間の通信を可能にする光スイッチをA2にセットして、A2およびB2間で第2キーk2を確立し、
B1およびA2間の通信を可能にする前記光スイッチをB1およびA2にセットして、B1およびA2間で第3キーk3を確立し、
B1においてキーMb1 =k1 XOR k3を形成し、
A2においてキーMa2 =k3 XOR k2を形成し、
P2でSを明らかにするために、S XOR k1 XOR Ma2 XOR k2を実行する、
方法。 - 秘密キーSを第1エンドユーザP1から第2エンドユーザP2へ通信する方法であって、前記エンドユーザは共に、QKDシステムネットワークにおける第1および第2QKDステーションに各々機能的にリンクされており、前記方法は、
光スイッチを第1状態になるように配置することによって、リレーステーションにおける前記第1QKDステーションおよび第3QKDステーション間に第1キーを確立し、
前記光スイッチを第2状態になるように配置することによって、前記第2QKDステーションおよび前記第3QKD間に第2キーを確立し、
前記第3QKDステーションにおける前記第1および前記第2キーを結合し、
前記秘密キーSをP1からP2へ通信するために、前記第3QKDステーションにおいて前記結合されたキーを用いる、
方法。
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