JP4200909B2 - 乱数生成共有システム、暗号化通信装置及びそれらに用いる乱数生成共有方法 - Google Patents

Description

本発明は乱数生成共有システム、暗号化通信装置及びそれらに用いる乱数生成共有方法に関し、特に共通暗号鍵通信システムで鍵配布を行うための量子暗号鍵配布システムにおける相互認証方法に関する。

量子暗号鍵配布方式においては、送信者端末と受信者端末との間で安全に乱数（暗号鍵）を生成して共有することができる。つまり、量子暗号鍵配布方式では、以下に述べるような方法にて暗号鍵の配布を行っている（例えば、特許文献１参照）。

（１）送信者端末から受信者端末へと光信号にて乱数情報を送る際に、１ビット当りの光子数が１個となるようにして送っており、（２）盗聴者が送信者端末と受信者端末との間に分岐を仕掛け、乱数情報を覗き見ると、光子が盗聴者によって分岐させられて取り込まれることとなり、その光子が受信者端末に届くことはない。

（３）受信者端末では光信号が届かないため、上記の盗聴を検出することができる。（４）この場合、送信者端末と受信者端末とが共有することができるビットは盗聴されていないビットである。したがって、送信者端末と受信者端末との間では安全に乱数（暗号鍵）を生成して共有することができる。

従来、暗号化通信装置では、データを暗号化する鍵（ワーク鍵）を更新することでことで安全性を高めている。ワーク鍵を更新する際には、その情報が他者に知られないことが重要となる。

そこで、ワーク鍵を別の暗号化鍵（マスタ鍵）で暗号化して送るか、人手によって更新する。マスタ鍵の設定は人手もしくは公開暗号鍵にて行われ、そのマスタ鍵が配布される。この公開暗号鍵を用いる場合には、その公開暗号鍵の認証が必要となる。

量子暗号鍵システムの場合には、上記の暗号化通信装置とは異なり、暗号鍵の生成及び共有を、送信者端末と受信者端末との間毎に自律して自動的に行っているので、従来の暗号化通信装置での人手による暗号鍵の設定や公開暗号鍵の認証というような第三者を介在する作業が不要となる。

特開２００３−２４９９２８号公報

従来の量子暗号鍵配布方式では、送信者端末と受信者端末との間で、安全に鍵を生成して共有することが可能であるが、送信者端末と受信者端末とを接続する際に、正しい相手と接続しているかどうか確認してから暗号化鍵の生成及び共有を開始する必要がある。

例えば、図１０に示すように、悪意のあるものが偽の装置を対向させて接続した場合（図１０に示す例では、正規送信者端末８と偽受信者端末９ａ）には、気付かずに偽の装置との間で暗号化鍵の生成及び共有を行い、暗号化鍵が悪意のあるものに知られてしまうからである。

また、従来の量子暗号鍵配布方式では、とられた暗号化鍵を用いて暗号化データが盗聴され、解読されるという危険性があるので、正しい相手と接続しているかどうか確認してから暗号化鍵の生成及び共有を開始する必要がある。しかしながら、従来の量子暗号鍵配布方式では、接続相手が正しい相手であるかどうかを確認する機構を備えていないという問題がある。

一方、正規の送信者端末及び受信者端末が接続されているシステムであっても、図１１（ａ）に示すように、悪意のある者が伝送路を二か所切断した場合、信号が受信できなくなることから、伝送路が切断されたことをシステムで認識することはできるが、その切断箇所が二か所かどうかは認識することができない。

そこで、保守者が二か所ある断点のうちの一か所［図１１（ａ），（ｂ）の断点Ａ１）を修理している間に、図１１（ｂ）に示すように、悪意のある者がもう一か所に［図１１（ａ）の断点Ａ２］に偽受信者端末９ｂ及び偽送信者端末８ｂを挿入することができる。この場合、偽の装置が挿入されたことを検出することは、生成する鍵の中にチェックビットを設けることによって可能である。しかしながら、偽の装置が入っていることを見逃す確率は完全に０ではない。

また、偽の装置を検出するまでには多少なりとも時間を要するので、それを検出する前までに生成した鍵が盗まれる可能性がある。接続相手が正規のものであるかどうかを確認する機構を設け、暗号化鍵の生成前に相手を確認することができれば、上記のような問題が生ずることはない。しかしながら、従来の量子暗号鍵配布方式では、接続相手が正規の相手であるかどうかを確認する機構が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、送信者端末及び受信者端末それぞれの接続相手が正規のものであるかどうかを確認することができ、偽の装置が接続されることによる暗号化鍵の盗聴及び盗聴された暗号化鍵によるデータの解読を防止することができるとともに、安全な暗号化鍵の生成及び共有と暗号化通信とを実現することができる乱数生成共有システム、暗号化通信装置及びそれらに用いる乱数生成共有方法を提供することにある。

本発明による他の乱数生成共有システムは、送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、前記乱数を暗号化鍵として用いる乱数生成共有システムであって、
前記送信者端末と前記受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部を保持する保持手段を備え、
前記送信者端末と前記受信者端末との接続を解除して再接続した際に前記保持手段に保持された暗号化鍵の一部が前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認された時に前記暗号化鍵の生成を再開し、
前記暗号化鍵の生成及び共有に量子暗号鍵配布方式を用いている。

本発明による暗号化通信装置は、送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、前記乱数を暗号化鍵として暗号化通信に用いる暗号化通信装置であって、前記送信者端末と前記受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部を保持する保持手段を備え、前記送信者端末と前記受信者端末との接続を解除して再接続した際に前記保持手段に保持された暗号化鍵の一部が前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認された時に前記暗号化鍵の生成及び当該暗号化鍵を用いた暗号化通信を再開している。

本発明による他の乱数生成共有方法は、送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、前記乱数を暗号化鍵として用いる乱数生成共有方法であって、
前記送信者端末と前記受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部を保持手段に保持し、前記送信者端末と前記受信者端末との接続を解除して再接続した際に前記保持手段に保持された暗号化鍵の一部が前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認された時に前記暗号化鍵の生成を再開し、
前記暗号化鍵の生成及び共有に量子暗号鍵配布方式を用いている。

すなわち、本発明の第１の乱数生成共有システムは、送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行うシステムにおいて、送信者端末と受信者端末との間で過去に生成及び共有された乱数の一部をメモリに蓄え、送信者端末と受信者端末との接続を解除して再接続した際に、メモリに蓄えてある乱数の一部を送信者端末及び受信者端末にて相互に確認し合うことを特徴とする。

本発明の第２の乱数生成共有システムは、上記の第１の乱数生成共有システムにおいて、乱数の生成及び共有を行う際に量子暗号鍵配布方式を用いることを特徴とする。

本発明の第３の乱数生成共有システムは、上記の第２の乱数生成共有システムにおいて、量子暗号鍵配布方式がＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式であることを特徴とする。

本発明の第４の乱数生成共有システムは、上記の第２または第３の乱数生成共有システムにおいて、量子暗号鍵配布方式における乱数の生成及び共有のプロトコルとしてＢＢ８４（Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｂｒａｓｓａｒｄ ８４）プロトコルを用いることを特徴とする。

本発明の第５の乱数生成共有システムは、上記の第１から第４の乱数生成共有システムのいずれかにおいて、送信者端末が、複数の受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行うことを特徴とする

本発明の第６の乱数生成共有システムは、送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、乱数を暗号化鍵として用いるシステムにおいて、送信者端末と受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部をメモリに蓄え、送信者端末と受信者端末との接続を解除して再接続した際にメモリに蓄えてある暗号化鍵の一部が送信者端末及び受信者端末にて相互に確認し合い、相互に確認できた時に暗号化鍵の生成を再開することを特徴とする。

本発明の第７の乱数生成共有システムは、上記の第６の乱数生成共有システムにおいて、暗号化鍵の生成及び共有を行う際に量子暗号鍵配布方式を用いることを特徴とする。

本発明の第８の乱数生成共有システムは、上記の第７の乱数生成共有システムにおいて、量子暗号鍵配布方式がＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式であることを特徴とする。

本発明の第９の乱数生成共有システムは、上記の第７または第８の乱数生成共有システムにおいて、量子暗号鍵配布方式における暗号化鍵の生成及び共有のプロコルとしてＢＢ８４プロトコルを用いることを特徴とする。

本発明の第１０の乱数生成共有システムは、上記の第６から第９の乱数生成共有システムのいずれかにおいて、送信者端末が、複数の受信者端末との間で暗号化鍵の生成及び共有を行うことを特徴とする。

本発明の第１の暗号化通信装置は、送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、乱数を暗号化鍵として暗号化通信に用いる装置において、送信者端末と受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部をメモリに蓄え、送信者端末と受信者端末との接続を解除して再接続した際にメモリに蓄えてある暗号化鍵の一部を送信者端末及び受信者端末にて相互に確認し合い、相互に確認できた時に暗号化鍵の生成及び当該暗号化鍵を用いた暗号化通信を再開することを特徴とする。

本発明の第２の暗号化通信装置は、上記の第１の暗号化通信装置において、暗号化鍵の生成及び共有に量子暗号鍵配布方式を用いることを特徴とする。

本発明の第３の暗号化通信装置は、上記の第２の暗号化通信装置において、量子暗号鍵配布方式がＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式であることを特徴とする。

本発明の第４の暗号化通信装置は、上記の第２または第３の暗号化通信装置において、量子暗号鍵配布方式における暗号化鍵の生成及び共有のプロトコルとしてＢＢ８４プロトコルを用いることを特徴とする。

本発明の第５の暗号化通信装置は、上記の第１から第４の暗号化通信装置のいずれかにおいて、送信者端末が、複数の受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行うことを特徴とする。

これによって、本発明では、暗号化鍵の生成及び共有において、送信者端末及び受信者端末それぞれの接続相手が正規のものであるかどうかを確認することが可能となり、偽の装置が接続されることによる暗号化鍵の盗聴及び盗聴された暗号化鍵によるデータの解読を防止することが可能になるとともに、安全な暗号化鍵の生成及び共有と、暗号化通信とが実現可能になる。

本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、送信者端末及び受信者端末それぞれの接続相手が正規のものであるかどうかを確認することができ、偽の装置が接続されることによる暗号化鍵の盗聴及び盗聴された暗号化鍵によるデータの解読を防止することができるとともに、安全な暗号化鍵の生成及び共有と暗号化通信とを実現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は本発明の第１の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。図１において、本発明の第１の実施例による乱数生成共有システムは送信者側の暗号化通信装置（以下、送信者端末とする）１と、受信者側の暗号化通信装置（以下、受信者端末とする）２とから構成されている。

送信者端末１は鍵生成部１１と、認証用メモリ１２と、暗号鍵メモリ１３と、暗号化／復号化部１４とから構成され、受信者端末２は鍵生成部２１と、認証用メモリ２２と、暗号鍵メモリ２３と、暗号化／復号化部２４とから構成されている。

送信者端末１及び受信者端末２は暗号鍵生成伝送路１００と、暗号化通信路２００とによって相互に接続されており、暗号鍵生成伝送路１００は暗号鍵生成チャネル１０１と認証チャネル１０２とから構成され、暗号化通信路２００は暗号化／復号化部１４，２４間を接続している。

図２は図１の送信者端末１及び受信者端末２の動作を示すフローチャートである。これら図１及び図２を参照して送信者端末１及び受信者端末２における暗号化鍵生成処理及び相互認証処理について説明する。

送信者端末１及び受信者端末２各々は、鍵生成部１１，２１にて自立して暗号化のための鍵を生成し（図２ステップＳ１）、生成した暗号化鍵を暗号鍵メモリ１３，２３に記憶するとともに（図２ステップＳ２）、その生成した暗号化鍵の一部を認証用メモリ１２，２２に記憶する（図２ステップＳ３）。

暗号化鍵の生成は、暗号鍵生成チャネル１０１を介して行われ、生成された暗号化鍵は予め設定された方法（例えば、１０回生成された暗号化鍵のうちの９個を暗号用として用い、１個を認証用として用いる方法等）で規則性を持って暗号鍵メモリ１３，２３及び認証用メモリ１２，２２に記憶される。

暗号鍵メモリ１３，２３に記憶された暗号化鍵は、暗号化／復号化部１４，２４にてデータの暗号化及び復号化に用いられ、暗号化されたデータによる暗号化通信は暗号化通信路２００を介して行われる。

認証用メモリ１２，２２に記憶された暗号化鍵の一部は、送信者端末１及び受信者端末２が再接続された際に（図２ステップＳ４）、認証チャネル１０２を介して送信者端末１及び受信者端末２の相互認証に用いられる。この相互認証は送信者端末１から受信者端末２への暗号化鍵の送信と、受信者端末２から送信者端末１への暗号化鍵の送信とを行って実現される。

送信者端末１及び受信者端末２の相互認証は認証用メモリ１２，２２に記憶された鍵の全データもしくは過去の任意のタイミングで生成された鍵を比較することによって実現される（図２ステップＳ５）。その場合には、その比較で一致となった時に（図２ステップＳ６）、正規の接続相手と見做す（図２ステップＳ７）。また、その比較でＮ回、不一致になった場合には（図２ステップＳ６，Ｓ９）、正規の接続相手と見做さなず（図２ステップＳ１０）、処理終了となる。

このように、本実施例では、認証用メモリ１２，２２に記憶された暗号化鍵の一部を用いて送信者端末１及び受信者端末２の相互認証を行うことで、偽伝送路を介して偽の受信者端末が接続される場合（図１０参照）、あるいは伝送路上に偽の受信者端末及び偽の送信者端末が挿入された場合でも［図１１（ｂ）参照］、それら偽の装置を検出することができる。尚、一度認証に用いた鍵は破棄し、二度と認証用に用いないようにすることによって、相互接続の安全性を高めることができる。

図３は本発明の第２の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。図３において、本発明の第２の実施例による乱数生成共有システムでは、送信者端末１と受信者端末２とを工場出荷時に、工場等（暗号化鍵の生成や蓄積が管理可能な閉じた空間であればよい）にて上述した本発明の第１の実施例と同様の方法で暗号化鍵を生成し、それらを認証用メモリ１２，２２に蓄積しておき、送信者端末１と受信者端末２とを設置場所Ａ，Ｂに設置し、光ファイバ２０１で接続した後、認証用メモリ１２，２２の暗号化鍵を用いて通信相手の認証を行っている。この場合、認証用メモリ１２，２２には、最初の認証に用いられる暗号化鍵が少なくとも蓄積される。

また、本実施例では、送信者端末１と受信者端末２とが設置場所Ａ，Ｂに設置された際に、光ファイバ２０１で接続できない場合でも、暗号鍵メモリ１３，２３に蓄積された暗号化鍵を用いた暗号通信を、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｍｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）網２０２を介して行うことができる。この場合、認証用メモリ１２，２２には認証用としても使用可能で、かつ暗号通信にも使用可能な汎用の暗号化鍵を蓄積しておいてもよい。

その際、ＩＰ網２０２では認証用の暗号化鍵を生成することができないので、認証用メモリ１２，２２には、所定期間（例えば、半年や一年）、使用可能な数だけ生成された認証用の暗号化鍵が蓄積される。但し、蓄積された暗号化鍵を全て使いきると、再度、送信者端末１と受信者端末２とを工場（管理可能な閉じた空間）に戻して暗号化鍵の生成及び蓄積が行われるが、認証用メモリ１２，２２のみを入替える方法も考えられる。

図４は本発明の第３の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。図４において、本発明の第３の実施例による乱数生成共有システムは送信者端末３と、受信者端末４とから構成されている。

送信者端末３は量子暗号鍵生成部３１と、認証用メモリ３２と、暗号鍵メモリ３３とから構成され、受信者端末４は量子暗号鍵生成部４１と、認証用メモリ４２と、暗号鍵メモリ４３とから構成されている。

送信者端末３及び受信者端末４は暗号鍵生成伝送路３００によって相互に接続されており、暗号鍵生成伝送路３００は暗号鍵生成チャネル３０１と認証チャネル３０２とから構成されている。

図５は図４に示す送信者端末３の量子暗号鍵生成部３１の構成を示すブロック図であり、図６は図４に示す受信者端末４の量子暗号鍵生成部４１の構成を示すブロック図である。

図５において、送信者端末３の量子暗号鍵生成部３１はＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙと呼ばれる構成となっており、ファラデーミラー３１１と、位相変調器３１２と、乱数発生部３１３と、基底発生部３１４とから構成されている。

図６において、受信者端末４の量子暗号鍵生成部４１もＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙと呼ばれる構成となっており、偏光ビームスプリッタ４１１と、光子検出器４１２，４１３と、位相変調器４１４と、基底発生部４１５と、光カプラ４１６と、光サーキュレータ４１７と、パルス光源４１８とから構成されている。

本実施例による送信者端末３及び受信者端末４の接続時の相互認証は、上述した本発明の第１の実施例と同様に、認証用メモリ３２，４２に記憶した鍵を用いて行われる。

これら図４〜図６を参照して本発明の第３の実施例による乱数生成共有システムの動作について説明する。送信者端末３及び受信者端末４は、暗号化のための鍵を量子暗号鍵生成部３１，４１にて自立して生成し、生成した鍵を暗号鍵メモリ３３，４３に記憶するとともに、その生成した鍵の一部を認証用メモリ３２，４２に記憶する。暗号化のための鍵の生成は、暗号鍵生成チャネル３０１を介して行われる。また、暗号化のための鍵の生成は、Ｐｌｕｇ＆Ｐｌａｙ量子暗号鍵生成技術とＢＢ８４（Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｂｒａｓｓａｒｄ ８４）プロトコルとを用いて行われる。

図７は本発明の第３の実施例による量子暗号鍵生成処理を示すシーケンスチャートである。これら図４及び図７を参照して本発明の第３の実施例による量子暗号鍵生成処理について説明する。

ここで、量子チャネルとは送信者端末３から受信者端末４へ送信する光パワーが１ｐｈｏｔｏｎ／ｂｉｔ以下の微弱な状態の通信チャネルを示し、古典チャネルとは通常の光パワー領域での通信チャネルを示している。

この量子暗号鍵生成は、
（１）送信者端末３で暗号鍵の元データとなるランダムデータビット（ａ）と、変調時の基底（＋基底、Ｘ基底）［基底情報（ａ）］となるランダムデータによって位相変調データを生成して記憶する（図７ステップＳ１１）。
（２）送信者端末３で光パルスを位相変調データによって位相変調し、量子チャネルを介して受信者端末４に送信する（図７ステップＳ１２，ａ１）。
（３）受信者端末４でもランダムな基底（＋基底、Ｘ基底）データに基づいて送信者端末３からの光パルスを位相変調し、干渉計を経て受信する（図７ステップＳ２１）。
（４）受信者端末４で受信することができた光データビット（ｂ）とその時の基底とを記憶し［基底情報（ｂ）］、送信者端末３へ古典チャネルを介して送信する（図７ステップＳ２２，ａ２）。
（５）送信者端末３では受信者端末４から送られた基底情報（ｂ）と記憶していた基底情報（ａ）とを比較し、ランダムデータビット（ａ）のうちの基底の合わないビットを破棄する（図７ステップＳ１３）。
（６）送信者端末３から受信者端末４へ、ランダムデータビット（ａ）のうちの破棄されずに残ったビットのビット番号を古典チャネルを介して送信する（図７ステップＳ１４，ａ３）。
（７）受信者端末４では送信者端末３から送られてきたビット番号以外の光データビット（ｂ）を破棄する（図７ステップＳ２３）。
（８）送信者端末３と受信者端末４とは暗号化鍵データを共有する（図７のａ４）。

本実施例では、上述した本発明の第１の実施例と同様に、認証用メモリ３２，４２に記憶した鍵を、送信者端末３と受信者端末４とを接続した際に認証チャネル３０２を介して送信者端末３及び受信者端末４の相互認証に用いている。送信者端末３及び受信者端末４の相互認証は、認証用メモリ３２，４２に記憶した鍵の全データもしくは過去の任意のタイミングで生成された鍵を比較し、その比較で不一致となった時に、正規の接続相手と見做さないことによって実現される。

図８は本発明の第４の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。図８において、本発明の第４の実施例による乱数生成共有システムは送信者端末５と、受信者端末（ａ，ｂ）６，７とから構成されている。尚、図７においては送信者端末５及び受信者端末（ａ，ｂ）６，７の暗号鍵生成部５１，６１，７１と、認証用メモリ５２，５３，６２，７２と、暗号鍵メモリ５４，５５，６３，７３とについてのみ記載している。

本実施例は、上述した本発明の第３の実施例と同様に、暗号鍵生成に量子暗号鍵生成技術を用いている。また、本構成例は１：２接続の例を表しており、送信者端末５と暗号鍵生成伝送路４００，５００と受信者端末（ａ，ｂ）６，７とから構成されている。

送信者端末５は量子暗号鍵生成部５１と、受信者端末６との間で生成した鍵の記憶に用いる認証用メモリ（ａ）５２及び暗号鍵メモリ（ａ）５４と、受信者端末７との間で生成した鍵の記憶に用いる認証用メモリ（ｂ）５３及び暗号鍵メモリ（ｂ）５５とから構成されている。

受信者端末（ａ）６は量子暗号鍵生成部６１と、認証用メモリ６２と、暗号鍵メモリ６３とから構成され、受信者端末（ｂ）７は量子暗号鍵生成部７１と、認証用メモリ７２と、暗号鍵メモリ７３とから構成されている。

送信者端末５と受信者端末（ａ）６とは暗号鍵生成伝送路４００によって接続され、暗号鍵生成伝送路４００は暗号鍵生成チャネル４０１と認証チャネル４０２とから構成されている。同様に、送信者端末５と受信者端末（ｂ）７とは暗号鍵生成伝送路５００によって接続され、暗号鍵生成伝送路５００は暗号鍵生成チャネル５０１と認証チャネル５０２とから構成されている。

量子暗号鍵生成部５１，６１，７１各々は上述した本発明の第２の実施例と同様に、Ｐｌｕｇ＆Ｐｌａｙと呼ばれる構成となっている。

図９は本発明の第４の実施例における動作タイミングを示す図である。これら図８及び図９を参照して本発明の第４の実施例における動作タイミングについて説明する。

図９に示すように、送信者端末５と受信者（ａ，ｂ）６，７とは暗号化鍵生成を時分割方式によって行っている。割り当てられたタイムスロット毎に鍵生成を行う以外の各々の鍵生成プロセスは上述した本発明の第２の実施例と同様である。また、受信者（ａ，ｂ）６，７各々が送信者端末５と接続する際の相互認証についても、上述した本発明の第２の実施例と同様の動作となる。

以上の説明では、量子暗号鍵生成方式をＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式を用いて説明したが、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いた方式でも構わない、暗号鍵生成プロトコルをＢＢ８４プロトコルとしたが、Ｅ９１（Ｅｋｅｒｔ ９１）プロトコルでも、Ｂ９２（Ｂｅｎｎｅｔｔ ９２）プロトコルでも構わない。

また、本発明の第４の実施例では１：２接続を例に挙げて説明しているが、その接続形態は１：多（３以上）でも構わず、トポロジーもリングやバス型でも構わない。

このように、上記の構成において、上記の各機能を満たす限り、暗号鍵生成方式や暗号鍵生成プロトコル、接続形態は自由であり、上記の説明が本発明を限定するものではない。

本発明は、ネットワークを介して取引を行う際の秘匿通信システムや官庁等における重要情報の秘匿通信システム等の高度な安全性が要求される分野に適用することが可能である。

本発明の第１の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。 図１の送信者端末及び受信者端末の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。 図４に示す送信者端末の量子暗号鍵生成部の構成を示すブロック図である。 図４に示す受信者端末の量子暗号鍵生成部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例による量子暗号鍵生成処理を示すシーケンスチャートである。 本発明の第４の実施例による乱数生成共有システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施例における動作タイミングを示す図である。 従来の乱数生成共有システムにおいて偽受信者端末が接続された場合を示すブロック図である。 （ａ）は従来の乱数生成共有システムにおいて正規送信者端末と正規受信者端末との間のファイバが切断された場合を示すブロック図、（ｂ）は従来の乱数生成共有システムにおいて正規送信者端末と正規受信者端末との間に偽受信者端末と偽送信者端末とが接続された場合を示すブロック図である。

符号の説明

１，３，５ 送信者側の暗号化通信装置
２，４，６，７ 受信者側の暗号化通信装置
１１，２１ 鍵生成部
１２，２２，３２，４２，５２，
５３，６２，７２ 認証用メモリ
１３，２３，３３，４３，５４，
５５，６３，７３ 暗号鍵メモリ
１４，２４ 暗号化／復号化部
３１，４１ 量子暗号鍵生成部
５１，６１，７１ 暗号鍵生成部
１００，３００，４００，５００ 暗号鍵生成伝送路
１０１，３０１，４０１，５０１ 暗号鍵生成チャネル
１０２，３０２，４０２，５０２ 認証チャネル
２００ 暗号化通信路
２０１ 光ファイバ
２０２ ＩＰ網
３１１ ファラデーミラー
３１２，４１４ 位相変調器
３１３ 乱数発生部
３１４，４１５ 基底発生部
４１１ 偏光ビームスプリッタ
４１２，４１３ 光子検出器
４１６ 光カプラ
４１８ パルス光源

Claims (22)

1. 送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、前記乱数を暗号化鍵として用いる乱数生成共有システムであって、
   前記送信者端末と前記受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部を保持する保持手段を有し、
   前記送信者端末と前記受信者端末との接続を解除して再接続した際に前記保持手段に保持された暗号化鍵の一部が前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認された時に前記暗号化鍵の生成を再開し、
   前記暗号化鍵の生成及び共有に量子暗号鍵配布方式を用いることを特徴とする乱数生成共有システム。
2. 前記量子暗号鍵配布方式がＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式であることを特徴とする請求項１記載の乱数生成共有システム。
3. 前記量子暗号鍵配布方式における前記暗号化鍵の生成及び共有のプロトコルとしてＢＢ８４（Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｂｒａｓｓａｒｄ ８４）プロトコルを用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の乱数生成共有システム。
4. 前記保持手段に保持された乱数は、前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認する際に使用された後に破棄されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の乱数生成共有システム。
5. 前記送信者端末と前記受信者端末との間で生成及び共有された乱数を前記保持手段にそれぞれ保持した後、前記送信者端末と前記受信者端末とが所定距離以上の間隔をもって設置された後に前記保持手段に保持された乱数の一部を前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載の乱数生成共有システム。
6. 前記保持手段に保持された乱数は、前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認する際と、暗号通信を行う際とに使用可能としたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の乱数生成共有システム。
7. 前記送信者端末は、複数の受信者端末との間で暗号化鍵の生成及び共有を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか記載の乱数生成共有システム。
8. 送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、前記乱数を暗号化鍵として暗号化通信に用いる暗号化通信装置であって、
   前記送信者端末と前記受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部を保持する保持手段を有し、
   前記送信者端末と前記受信者端末との接続を解除して再接続した際に前記保持手段に保持された暗号化鍵の一部が前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認された時に前記暗号化鍵の生成及び当該暗号化鍵を用いた暗号化通信を再開することを特徴とする暗号化通信装置。
9. 前記暗号化鍵の生成及び共有に量子暗号鍵配布方式を用いることを特徴とする請求項８記載の暗号化通信装置。
10. 前記量子暗号鍵配布方式がＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式であることを特徴とする請求項９記載の暗号化通信装置。
11. 前記量子暗号鍵配布方式における前記暗号化鍵の生成及び共有のプロトコルとしてＢＢ８４（Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｂｒａｓｓａｒｄ ８４）プロトコルを用いることを特徴とする請求項９または請求項１０記載の暗号化通信装置。
12. 前記保持手段に保持された乱数は、前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認する際に使用された後に破棄されることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか記載の暗号化通信装置。
13. 前記送信者端末と前記受信者端末との間で生成及び共有された乱数を前記保持手段にそれぞれ保持した後、前記送信者端末と前記受信者端末とが所定距離以上の間隔をもって設置された後に前記保持手段に保持された乱数の一部を前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか記載の暗号化通信装置。
14. 前記保持手段に保持された乱数は、前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認する際と、暗号通信を行う際とに使用可能としたことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか記載の暗号化通信装置。
15. 前記送信者端末は、複数の受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行うことを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか記載の暗号化通信装置。
16. 送信者端末と受信者端末との間で乱数の生成及び共有を行い、前記乱数を暗号化鍵として用いる乱数生成共有方法であって、
    前記送信者端末と前記受信者端末との間で過去に生成及び共有された暗号化鍵の一部を保持手段に保持し、前記送信者端末と前記受信者端末との接続を解除して再接続した際に前記保持手段に保持された暗号化鍵の一部が前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認された時に前記暗号化鍵の生成を再開し、
    前記暗号化鍵の生成及び共有に量子暗号鍵配布方式を用いることを特徴とする乱数生成共有方法。
17. 前記量子暗号鍵配布方式がＰｌｕｇ＆Ｐｌａｙ方式であることを特徴とする請求項１６記載の乱数生成共有方法。
18. 前記量子暗号鍵配布方式における前記暗号化鍵の生成及び共有のプロトコルとしてＢＢ８４（Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｂｒａｓｓａｒｄ ８４）プロトコルを用いることを特徴とする請求項１６または請求項１７記載の乱数生成共有方法。
19. 前記保持手段に保持された乱数は、前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認する際に使用された後に破棄されることを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか記載の乱数生成共有方法。
20. 前記送信者端末と前記受信者端末との間で生成及び共有された乱数を前記保持手段にそれぞれ保持した後、前記送信者端末と前記受信者端末とが所定距離以上の間隔をもって設置された後に前記保持手段に保持された乱数の一部を前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認することを特徴とする請求項１６から請求項１９のいずれか記載の乱数生成共有方法。
21. 前記保持手段に保持された乱数は、前記送信者端末及び前記受信者端末にて相互に確認する際と、暗号通信を行う際とに使用可能としたことを特徴とする請求項１６から請求項２０のいずれか記載の乱数生成共有方法。
22. 前記送信者端末は、複数の受信者端末との間で暗号化鍵の生成及び共有を行うことを特徴とする請求項１６から請求項２１のいずれか記載の乱数生成共有方法。

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