JP4621116B2 - Quantum secret sharing system and quantum secret key generation method - Google Patents
Quantum secret sharing system and quantum secret key generation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4621116B2 JP4621116B2 JP2005321052A JP2005321052A JP4621116B2 JP 4621116 B2 JP4621116 B2 JP 4621116B2 JP 2005321052 A JP2005321052 A JP 2005321052A JP 2005321052 A JP2005321052 A JP 2005321052A JP 4621116 B2 JP4621116 B2 JP 4621116B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- optical pulse
- pulse train
- phase
- bit
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、量子秘密共有システム及び量子秘密鍵生成方法に関し、より詳細には、光ファイバ伝送路を介して接続された装置間における、コヒーレント光パルス列の相対的位相差を利用した量子秘密鍵配送技術に係わる量子秘密共有システム及び量子秘密鍵生成方法に関する。 The present invention relates to a quantum secret sharing system and a quantum secret key generation method, and more particularly, quantum secret key distribution using a relative phase difference of a coherent optical pulse train between devices connected via an optical fiber transmission line. The present invention relates to a quantum secret sharing system and a quantum secret key generation method related to the technology.
従来、秘密共有システムとして、秘密情報が分散化された分散情報のうちの少なくとも1つを、秘密共有システムの各装置に割り当てるシステムが知られている。量子秘密共有システムとしては、光の量子的性質を利用することによって秘密情報を分散化し、分散化された分散情報のうちの少なくとも1つを、量子秘密共有システムの各装置に割り当てるシステムが知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, as a secret sharing system, a system that allocates at least one of distributed information in which secret information is distributed to each device of the secret sharing system is known. As a quantum secret sharing system, a system is known in which secret information is distributed by utilizing the quantum properties of light, and at least one of the distributed information is allocated to each device of the quantum secret sharing system. (For example, refer nonpatent literature 1).
例えば、秘密共有システムの各装置を、アリス、ボブ、チャーリーと呼ぶ。秘密共有システムは、チャーリーの発信する暗号文を、アリスとボブとが互いに協力することによってのみ、解読することが出来るシステムである。チャーリーが掛けた鍵を、アリスとボブとの両者が協力し合うことで開けることが出来るシステムと言い換えてもよい。このようなシステムを、光の量子的性質を利用することによって実現するのが、量子秘密共有システムである。 For example, each device of the secret sharing system is called Alice, Bob, and Charlie. The secret sharing system is a system that can decipher the ciphertext sent by Charlie only when Alice and Bob cooperate with each other. In other words, the key that Charlie put on can be opened by both Alice and Bob working together. It is the quantum secret sharing system that realizes such a system by utilizing the quantum properties of light.
このような量子秘密共有システムが、既にいくつか提案されている。ここでは、本発明に一番近いシステムについて、非特許文献1により説明する。
Several such quantum secret sharing systems have already been proposed. Here, the system closest to the present invention will be described with reference to Non-Patent
図1は、従来の量子秘密共有システムを示す構成図である。チャーリー101の光子源102は、右斜め直線偏波状態である光子のひとつを発生する。この光子状態|Ψc>は、次のように書き表される。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a conventional quantum secret sharing system. The
ここで、|Ψ>は、光子の偏波状態(添え字のcは、チャーリー101を意味する)を、|H>は、横偏波状態を、及び|V>は、縦偏波状態を表す量子力学的表記である。光子の偏波状態の表記は、通常の光電場の偏波状態を、横振動成分と縦振動成分とに分解して表すのと同様である。 Where | ψ> is the polarization state of the photon (subscript c means Charlie 101), | H> is the transverse polarization state, and | V> is the longitudinal polarization state. It is a quantum mechanical notation. The notation of the polarization state of the photon is the same as that in which the polarization state of a normal photoelectric field is divided into a transverse vibration component and a longitudinal vibration component.
チャーリー101の位相変調器C103は、光子源102からの光子の縦偏波成分に対して、θcを加える。横偏波成分に対しては、何もしない。これにより、光子状態|Ψc>は、次のようになる。
The phase modulator C103 of the Charlie 101 adds θ c to the longitudinal polarization component of the photon from the
チャーリー101からの光子を受信したアリス104は、位相変調器A105を用いて、その光子の縦偏波成分に対して、0か、π/2か、πか、3π/2かのいずれかの位相変調θaを加える。これにより、光子状態|Ψa>は、次のようになる。 Alice 104 receiving the photon from Charlie 101 uses the phase modulator A105 to select 0, π / 2, π, or 3π / 2 for the longitudinal polarization component of the photon. Add phase modulation θ a. Thereby, the photon state | Ψ a > becomes as follows.
ここで、φcaは、チャーリー101からアリス104までの伝搬位相である。なお、ここでは、原理説明のため、伝送路の伝搬損失は無視する。次に、アリス104は、式(3)の状態をボブ106に送信する。 Here, φ ca is a propagation phase from Charlie 101 to Alice 104. Here, for the purpose of explaining the principle, the propagation loss of the transmission line is ignored. Next, Alice 104 transmits the state of equation (3) to Bob 106.
アリス104からの光子を受信したボブ106は、位相変調B107により、その光子の縦偏波成分に対して、0かπ/2のいずれかの位相変調θbを印加する。これにより、光子状態|Ψb>は、次のようになる。
Bob 106 that receives photons from Alice 104, the
ここで、φabは、アリス104からボブ106までの伝搬位相である。次に、ボブ106は、式(4)の状態の光子を、右斜め直線偏波と左斜め直線偏波とに分離する偏波ビームスプリッタ108に入力する。
Here, φ ab is the propagation phase from Alice 104 to Bob 106. Next, Bob 106 inputs the photon in the state of Equation (4) to a
偏波ビームスプリッタ108からは、右斜め直線偏波または左斜め直線偏波の光子が出力される。右斜め直線状態を|+>、左斜め直線状態を|−>とおく。|H>と|V>とを用いると、|+>及び|−>は、次のように書き表される(図2参照)。
From the
式(5a)及び式(5b)を用いると、式(4)は、次のように書き換えられる。 Using Equation (5a) and Equation (5b), Equation (4) can be rewritten as follows.
ここで、θa及びθcは、0か、π/2か、πか、3π/2かのいずれか、ならびにθbは、0か、π/2かのいずれかであるので、θa+θb+θcは、0か、π/2か、πか、3π/2かのいずれかとなる(2πは、0と換算する)。 Here, θ a and θ c are either 0, π / 2, π, or 3π / 2, and θ b is either 0 or π / 2, so θ a + Θ b + θ c is 0, π / 2, π, or 3π / 2 (2π is converted to 0).
θa+θb+θc=0であれば、式(6)は、次のようになる。 If θ a + θ b + θ c = 0, equation (6) becomes as follows.
式(7a)は、光子が必ず右斜め直線出力ポートに出力されることを表している。 Expression (7a) represents that a photon is always output to the right diagonal straight output port.
θa+θb+θc=πであれば、式(6)は、次のようになる。 If θ a + θ b + θ c = π, equation (6) becomes as follows.
式(7b)は、光子が必ず左斜め直線出力ポートに出力されることを表している。 Expression (7b) represents that a photon is always output to the left diagonal straight output port.
一方、θa+θb+θc=π/2または3π/2の場合には、 On the other hand, in the case of θ a + θ b + θ c = π / 2 or 3π / 2,
または Or
となり、これらは、光子が右斜め直線出力ポートまたは左斜め直線出力ポートのどちらにも出力され得ることを示している。 These indicate that photons can be output to either the right diagonal straight output port or the left diagonal straight output port.
ボブ106は、偏波ビームスプリッタ108の右斜め直線出力ポートには光子検出器1 109を、及び左斜め直線出力ポートには光子検出器2 110を備えている。式(7a)と、式(7b)と、式(7c)と、式(7d)とに示された出力特性に基づいて、各変調位相に対して、どの光子検出器が光子を検出するかを表にまとめると、次の表1〜4のようになる。
Bob 106 includes a
ここで、表中の光子検出器1は、光子検出器1 109において100%の確度で光子検出をする場合を、表中の光子検出器2は、光子検出器2 110において100%の確度で光子検出をする場合を、表中の*は、光子検出器1 109か光子検出器2 110かのどちらが光子検出をするのか不確定な場合を表す。
Here, the
表1〜4からわかるように、アリス104と、ボブ106と、チャーリー101との3つの装置における位相変調の和が、0かπかのいずれかの場合には、光子検出をする光子検出器が確定する。 As can be seen from Tables 1 to 4, when the sum of the phase modulation in the three devices Alice 104, Bob 106, and Charlie 101 is either 0 or π, a photon detector that performs photon detection Is fixed.
以上の構成及びシステム動作を用いて、次の手順によりアリス104及びボブ106は、チャーリー101の秘密鍵を共有する。
(1)光子の送受信後、ボブ106は、どの光子が検出されたかをチャーリー101及びアリス104に通知する。上述の原理説明では省略したが、伝送路には損失があり、及び光子検出器の検出効率は100%ではないので、必要な手順である。
(2)3つの装置は、検出された光子について、自身の変調位相が、0か、π/2か、πか、3π/2のいずれかであったのか通知し合う。但し、値そのものは通知しない。これにより、3つの装置は、その光子に対する検出事象が確定的か否かを知る。
(3)チャーリー101は、確定的に検出された光子について、3つの装置における位相変調の和が、0であればビット「0」とし、πであればビット「1」とする。アリス104はボブ106の光子検出結果を知らず、及びボブ106はアリス104の位相変調値を知らないので、どちらも単独では、このビット情報が分からない。
(4)アリス104及びボブ106は、単独では、チャーリー101の作成した秘密鍵を解読することが出来ない。しかし、アリス104の変調位相θaとボブ106の光子検出結果を照らし合わせると、表1〜4に従って、チャーリー101の秘密鍵ビットを知ることが出来る。これにより、暗号データを解読することが出来る。
Using the above configuration and system operation, Alice 104 and Bob 106 share the secret key of Charlie 101 according to the following procedure.
(1) After transmitting and receiving photons, Bob 106 notifies Charlie 101 and Alice 104 which photons have been detected. Although omitted in the above description of the principle, this is a necessary procedure because there is a loss in the transmission path and the detection efficiency of the photon detector is not 100%.
(2) For the detected photons, the three devices notify each other whether their modulation phase is 0, π / 2, π, or 3π / 2. However, the value itself is not notified. Thus, the three devices know whether the detection event for that photon is deterministic.
(3) Charlie 101 sets bit “0” if the sum of the phase modulation in the three devices is 0 for the photons that are definitely detected, and bit “1” if the sum is π. Since Alice 104 does not know the photon detection result of Bob 106, and Bob 106 does not know the phase modulation value of Alice 104, neither of them alone knows this bit information.
(4) Alice 104 and Bob 106 alone cannot decrypt the secret key created by Charlie 101. However, In the light of the photon detection result of the modulation phase theta a and Bob 106 to Alice 104, according to Table 1-4, it is possible to know the secret key bits Charlie 101. Thereby, the encrypted data can be decrypted.
次に、上述の従来システムが盗聴行為に対して安全であることを説明する。盗聴者の目的は、チャーリー101の鍵を知ることである。すなわち、盗聴者が、チャーリー101の変調位相を知ることである。そのためには、盗聴者は、チャーリー101からアリス104へ送られる光子状態がわかればよい。ひとつの方法は、チャーリー101から送出される光子を抜き取って測定すること(盗み聞き)である。しかし、チャーリー101が送っている光子は、ひとつなので、盗聴者に光子を抜き取られると、光子がボブ106まで届かず、鍵ビットとはならない。よって、この盗聴方法は、成功しない。 Next, it will be described that the above-described conventional system is safe against wiretapping. The purpose of the eavesdropper is to know the key of Charlie 101. That is, an eavesdropper knows the modulation phase of Charlie 101. For that purpose, the eavesdropper only needs to know the photon state sent from Charlie 101 to Alice 104. One method is to extract and measure the photons transmitted from Charlie 101 (eavesdropping). However, since there is only one photon being sent by Charlie 101, if the photon is extracted by an eavesdropper, the photon does not reach Bob 106 and does not become a key bit. Therefore, this wiretapping method is not successful.
他の盗聴方法としては、チャーリー101が送った光子状態を、直接測定する方法がある。そして、後段のアリス104及びボブ106には不審に思われないように、測定結果に基づいて、ダミー光子を送信する。ところが、チャーリー101の変調位相は、0か、π/2か、πか、3π/2かのいずれかであり、この4値を100%の確度で特定することは出来ない。すなわち、100%の確度で、鍵ビットを知ることは出来ない。従って、チャーリーが送ったのと全く同一のダミー光子を、アリス104及びボブ106へ送ることは出来ない。よって、正規の手順に従って、チャーリー101が秘密鍵を生成して、アリス104及びボブ106がお互いの変調位相及び光子検出結果を持ち寄って、チャーリー101が生成した秘密鍵を解こうとしても、上手くいかないことが生じる。そこで、いくつかのテストビットについて、3つの装置で答え合わせをして不一致があれば、どこかで盗聴行為があったと判断することが出来る。よって、この盗聴方法も、成功しない。
As another wiretapping method, there is a method of directly measuring the photon state transmitted by Charlie 101. Then, dummy photons are transmitted to Alice 104 and Bob 106 in the subsequent stage based on the measurement result so as not to be suspicious. However, the modulation phase of
上述したように、上記の従来技術の例は、安全な秘密共有機能を提供するシステムとなっている。 As described above, the above prior art example is a system that provides a secure secret sharing function.
上記の説明では、簡単のため、チャーリー101からアリス104までの伝播位相、及びアリス104からボブ106までの伝播位相は、縦横偏波成分とも同一としたが、実際の光ファイバ伝送路においては、ファイバの微小な複屈折性のため、両者の伝播位相は同一ではない。この場合、式(6)の位相項(θa+θb+θc)は、(θa+θb+θc+Δ)となる。ここで、Δは、伝送路の複屈折性による縦方向と横方向との位相差であり、伝送路に対する擾乱により、時間的に揺らぐ量である。
In the above description, for the sake of simplicity, the propagation phase from
しかしながら、位相差Δが存在すると、上述の従来システムは、以下に説明する場合には動かないという問題があった。すなわち、従来システムは、横方向偏波と縦方向偏波との位相が伝送路上では変化しないという前提の下で動作するシステムであり、伝送路上で横方向偏波と縦方向偏波とで位相差が生じる複屈折性を有する光ファイバ伝送路の場合、システムが動作する前提が崩れ、システムが正常に動作しない虞があるという問題があった。何らかの補償技術を用いて、Δ=0とすることも原理的には可能であるが、装置規模が大きくなり、制御操作も煩雑である。出来れば、そのような制御が不要であるシステムが望ましい。 However, when the phase difference Δ exists, the conventional system described above has a problem that it does not move in the case described below. In other words, the conventional system operates on the assumption that the phase of the transverse polarization and the longitudinal polarization does not change on the transmission line. In the case of an optical fiber transmission line having a birefringence in which a phase difference occurs, there is a problem that the premise for operating the system is broken and the system may not operate normally. Although it is possible in principle to set Δ = 0 using some compensation technique, the scale of the apparatus becomes large and the control operation is complicated. If possible, a system that does not require such control is desirable.
また、上述の従来システムでは、3つの装置における位相変調の和が0またはπである場合にのみ、鍵ビットが生成され、その他の場合は、無視されるため効率がよくないという問題もあった。効率よく鍵ビットを生成するには、送受信された光子全てからビットを生成するシステムが望ましい。 Further, the above-described conventional system has a problem that the key bit is generated only when the sum of the phase modulations in the three apparatuses is 0 or π, and in other cases, it is ignored and is not efficient. . In order to generate key bits efficiently, a system that generates bits from all transmitted and received photons is desirable.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、横方向偏波と縦方向偏波とで位相差が生じる光ファイバ伝送路等で接続された装置間において、光ファイバ伝送路等の複屈折性に影響されずに動作し、及び送受信された光子全てを鍵ビットの生成に寄与させるための、量子秘密鍵を共有するシステム及び量子秘密鍵を生成する方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is between devices connected by an optical fiber transmission line or the like in which a phase difference occurs between laterally polarized waves and longitudinally polarized waves. A system for sharing a quantum secret key and a method for generating a quantum secret key, which operates without being affected by birefringence in an optical fiber transmission line, etc., and contributes to the generation of key bits for all transmitted and received photons Is to provide.
本発明は、このような目的を達成するために、伝送路により接続された複数の装置において、光信号の送信装置と、送信装置からの光信号を中継する少なくともひとつの中継装置と、光信号を最後に中継する中継装置からの光信号を受信する受信装置とにより構成された量子秘密共有システムであって、一定間隔の光パルス列を発生する手段(304)と、光パルス列を発生する手段から発せられた光パルス列を、各パルスの位相が0またはπで変調して中継装置のうちのひとつに送信する手段(305)とを備える送信装置と、送信装置から送信された光信号の光パルス列を、各パルスの位相が0またはπで変調して、他の中継装置または受信装置へ送信する手段(308)を備える中継装置と、光信号を最後に中継する中継装置から送信される光信号の光パルス列を、2分岐する手段(310)と、2分岐された光パルス列の一方に光パルス列のパルス間隔に等しい時間遅延を付加する手段と、2分岐された光パルス列の他方と時間遅延を付加された光パルス列とを、2×2の入出力端子を有する光カップラにより合波する手段(311)と、合波された光パルス列の光パルスを検出する手段(312及び313)とを備える受信装置とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides an optical signal transmission device, at least one relay device for relaying an optical signal from the transmission device, and an optical signal in a plurality of devices connected by a transmission path. A quantum secret sharing system composed of a receiving device that receives an optical signal from a relay device that relays the optical signal last, from means for generating an optical pulse train at a constant interval (304) and means for generating an optical pulse train A transmission device comprising means (305) for modulating the emitted optical pulse train with the phase of each pulse being 0 or π and transmitting it to one of the relay devices, and an optical pulse train of an optical signal transmitted from the transmission device Are transmitted from the relay device having means (308) for transmitting the phase of each pulse to other relay device or receiving device after the phase of each pulse is modulated by 0 or π, and from the relay device that relays the optical signal last. The optical pulse train of optical signals, and means for two-branch (310), and hand stage on one of the two branched optical pulse train for adding a time delay equal to the pulse interval of the optical pulse train, 2 other split optical pulse train And the optical pulse train to which the time delay is added by means of an optical coupler having a 2 × 2 input / output terminal (311), and means for detecting optical pulses of the combined optical pulse train (312 and 313) ).
この構成によれば、時間的に隣接する光パルス間の位相差を利用した量子秘密鍵を共有するシステムは、隣接する光パルスが同一の屈折率による影響を受けるので、位相差が常に一定に保たれることにより、光ファイバ伝送路等の複屈折性に影響されずに動作し、及び送受信された光子全てを鍵ビットの生成に寄与させることが可能となる。 According to this configuration, in a system sharing a quantum secret key using a phase difference between temporally adjacent optical pulses, the adjacent optical pulses are affected by the same refractive index, so the phase difference is always constant. By being maintained, it is possible to operate without being affected by the birefringence of the optical fiber transmission line or the like, and it is possible to contribute all the transmitted and received photons to the generation of the key bit.
以上説明したように、本発明によれば、一定間隔の光パルス列を発生する手段と、光パルス列を発生する手段から発せられた光パルス列を、各パルスの位相が0またはπで変調して中継装置のうちのひとつに送信する手段とを備えた送信装置と、受信した光信号の光パルス列を、各パルスの位相が0またはπで変調して、他の中継装置または受信装置へ送信する手段を備えた中継装置と、送信される光信号の光パルス列を、2分岐して、分岐した経路間に光パルス列のパルス間隔に等しい時間遅延を付加する手段と、2分岐された光パルス列を、2×2の入出力端子を有する光カップラにより合波する手段と、合波された光パルス列の光パルスを検出する手段とを備えた受信装置とを備えるので、横方向偏波と縦方向偏波とで位相差が生じる光ファイバ伝送路等で接続された装置間において、光ファイバ伝送路等の複屈折性に影響されずに動作し、及び送受信された光子全てを鍵ビットの生成に寄与させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the optical pulse train generated from the means for generating the optical pulse train at regular intervals and the optical pulse train generated by the optical pulse train are modulated with the phase of each pulse being 0 or π and relayed. Means for transmitting to one of the devices, and means for transmitting the optical pulse train of the received optical signal to another relay device or receiving device by modulating the phase of each pulse with 0 or π A means for adding a time delay equal to a pulse interval of the optical pulse train between the branched paths, and a two-branched optical pulse train, Since it comprises a receiving device comprising means for multiplexing by an optical coupler having a 2 × 2 input / output terminal and means for detecting an optical pulse of the combined optical pulse train, Light causing a phase difference between waves In between devices connected by an Aiba transmission path and the like, it operates without being affected by the birefringence of the optical fiber transmission path and the like, and it is possible to contribute to all sent and received photons to generate the key bit.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図3は、本発明の一実施形態にかかる量子秘密共有システムを示す構成図である。 FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a quantum secret sharing system according to an embodiment of the present invention.
位相変調した光パルス列314を送出する送信装置であるアリス301と、アリス301の出力と接続され、アリス301から送出された光パルス列314を受信し、受信した光パルス列314をさらに位相変調した光パルス列を送出する中継装置であるボブ302と、ボブ302の出力と接続され、ボブ302から送出された光パルス列を受信し、受信した光パルス列により、秘密鍵を生成する受信装置であるチャーリー303とを備えている。
アリス301は、光パルス列を発生するコヒーレントパルス光源304と、コヒーレントパルス光源304の出力と接続され、位相変調θaを印加する位相変調器A305と、位相変調器A305の出力と接続され、1パルスあたりの平均光子数を減衰させる光減衰器306とを備えている。さらに、アリス301は、図示してはいないが、チャーリー303により送信される光子検出の時刻を受信する受信手段を有している。
ボブ302は、受信した光パルス列314の一部を分岐するビームスプリッタ307と、ビームスプリッタ307の出力と接続され、位相変調θbを印加する位相変調器B308と、ビームスプリッタ307の出力と接続され、分岐した光パルス列の一部の平均光子数を監視する光子検出器B309とを備えている。さらに、ボブ302は、図示してはいないが、チャーリー303により送信される光子検出の時刻を受信する受信手段を有している。
チャーリー303は、受信した光パルス列を2経路に分岐するビームスプリッタ310と、ビームスプリッタ310の出力と接続され、再び合波するビームスプリッタ311と、ビームスプリッタ311の出力と接続され、ビームスプリッタ311からの出力を検出する光子検出器1 312及び光子検出器2 313とを備えている。さらに、チャーリー303は、図示してはいないが、光子検出をした時刻を記録する記録手段、及び光子検出をした時刻をアリス301及びボブ302に送信する送信手段を有している。
The
アリス301のコヒーレントパルス光源304は、時間間隔Tの光パルス列を発生する。光パルス列のコヒーレント時間は、Tよりも十分長いとする。コヒーレントパルス光源304からの各光パルス列には、位相変調器A305により0またはπの位相変調θaが印加される。位相変調θaが印加された光パルス列は、光減衰器306により、平均光子数が1パルスあたり1未満(例えば、0.1光子/パルス)まで減衰されて、ボブ302へ送出される。
The coherent pulse
ボブ302では、アリス301から送出された各光パルス列314に対して、位相変調器B308により0またはπの位相変調θbが印加される。位相変調θbが印加された光パルス列は、チャーリー303へ送出される。
In
ここで、ボブ302では、アリス301から送出された各光パルス列314の一部を分岐し、光子検出器B309により、平均光子数が1光子/パルス未満であることを監視しながら、上述の動作を行う。この監視は、アリス301がボブ302を欺くのを防ぐために備えている。
Here,
チャーリー303では、受信した光パルス列をビームスプリッタ310により、2経路に分岐し、一方に時間遅延を与えた後、2×2のビームスプリッタ311により、再び合波する。合波する2光パルス列315の一方に与える時間の遅延量は、光パルス列の時間間隔Tに等しくする。ビームスプリッタ311からの出力は、光子検出器1 312及び光子検出器2 313により検出される。
In the
ここで、送信されてくるのは、平均光子数が1光子/パルス未満の信号光なので、光子が検出されるのは、原理的に数タイムスロットに1回である。このことが、本システムの安全性の根拠となっている。 Here, since the signal light having an average number of photons of less than 1 photon / pulse is transmitted, the photon is detected only once every several time slots in principle. This is the basis for the safety of this system.
チャーリー303における分岐合波回路(すなわち、ビームスプリッタ310及びビームスプリッタ311)は、時間の遅延量が、光パルス列の時間間隔と同じに設定されているので、ビームスプリッタ311では、前後の光パルス列が重なり合い、互いに干渉することになる。干渉の結果、互いの位相差が0の場合は、光子検出器1 312が光子を検出し、互いの位相差がπの場合は、光子検出器2 313が光子を検出する。
In the branching / multiplexing circuit (that is, the
チャーリーに到達するi番目の光パルスの位相は、θa (i)+θb (i)+φ(i)である。ここで、φ(i)は、アリス301からチャーリー303までの伝播位相、上括弧は、i番目の光パルスに対する位相量であることを表す。従って、i番目の光パルスと(i+1)番目の光パルスとの位相差は、(θa (i+1)−θa (i))+(θb (i+1)−θb (i))+(φ(i+1)−φ(i))となっている。ここで、光ファイバの伝播位相φは、一般には、擾乱により時間的に変動し得る量であるが、T程度の時間内では、一定とみなしてよい。このため、i番目の光パルスと(i+1)番目の光パルスとの位相差は、(θa (i+1)−θa (i))+(θb (i+1)−θb (i))と書き改められる。従来システムが、位相の「絶対値」を利用するのに対して、本発明のシステムは、「相対値」を利用する。そのため、時間的な変動がなければ、定数項は消える。
The phase of the i-th optical pulse that reaches Charlie is θ a (i) + θ b (i) + φ (i) . Here, φ (i) represents the propagation phase from
さらに、θa (i+1)−θa (i)=Δθa (i)、θb (i+1)−θb (i)=Δθb (i)とおくと、前後の光パルスの位相差は、Δθa (i)+Δθb (i)と書き表される。ところで、θa及びθbは、0またはπである。従って、Δθa (i)+Δθb (i)は、0またはπとなり、この値に従って、光子検出器1 312または光子検出器2 313により、光子を検出する。Δθa (i)及びΔθb (i)がどの値の場合に、光子検出器1 312か光子検出器2 313かのどちらかが光子検出をするかを、以下の表5に示す。ここで、光子検出器1 312が光子検出をする場合に割り当てるビットと、光子検出器2 313が光子検出をする場合に割り当てる、光子検出器1 312が光子検出をする場合に割り当てるビットとは異なるビットとを、基準符号ビットと呼ぶ。基準符号ビットは、アリス301と、ボブ302と、チャーリー303とにおいて、保持することにより共有する。
Furthermore, if θ a (i + 1) −θ a (i) = Δθ a (i) , θ b (i + 1) −θ b (i) = Δθ b (i) , the phase difference between the front and rear optical pulses is Δθ a (i) + Δθ b (i) is written. By the way, θ a and θ b are 0 or π. Therefore, Δθ a (i) + Δθ b (i) is 0 or π, and photons are detected by the photon detector 1312 or the
以上の構成及びシステム動作を用いて、次の手順によりアリス301及びボブ302において、チャーリー303の秘密鍵を共有することが出来る。
(1)アリス301と、ボブ302と、チャーリー303とは、上記に従って、光パルス列を送受信する。
(2)チャーリー303において、光子検出の時刻を記録する記録手段により、光子検出をした時刻を記録する。さらに、光子検出をした時刻の時間スロットについて、光子検出器1 312が検出した場合には、ビット「0」とし、光子検出器2 313が検出した場合には、ビット「1」とする。これらを符号ビットと呼ぶ。符号ビットは、光子検出器1 312が検出した場合を、ビット「1」とし、光子検出器2 313が検出した場合を、ビット「0」としてもよい。符号ビットにより、秘密鍵を生成する。
(3)チャーリー303から、チャーリー303の記録手段により記録された光子検出の時刻を、アリス301及びボブ302に対して、送信手段により通知する。
(4)アリス301及びボブ302において、光子検出をした時刻の時間タイムスロットに対応する2連光パルスに対して、自体が印加した印加した変調位相を参照する。ただし、アリス301またはボブ302において、自体の変調位相だけでは、チャーリー303の符号ビットを取得することは出来ない。
(5)アリス301と、ボブ302と、チャーリー303とにおいて、秘密鍵の一部をテストビットとする。このテストビットについて、アリス301及びボブ302において、自体の変調位相を、チャーリー303に通知する。さらに、チャーリー303において、テストビットについての符号ビットをアリス301及びボブ302に通知する。そして、アリス301と、ボブ302と、チャーリー303とにおいて、テストビットについての変調位相及び符号ビットと、表5による基準符号ビットとが、整合しているかをチェックする。チェックした結果、不一致があれば、システムは正常に動作していないことを識別し、及び秘密鍵を廃棄する。
(6)チェックした結果、不一致がなければ、アリス301及びボブ302において、各変調位相を自体の部分鍵情報に設定する。アリス301またはボブ302において、各々の部分鍵情報を付け合せると、保持している基準符号ビットにより、チャーリー303の秘密鍵を取得することが出来る。
Using the above configuration and system operation,
(1)
(2) In
(3) From
(4) In
(5) In
(6) If there is no mismatch as a result of the check,
次に、上述の量子秘密共有システムが、盗聴行為に対して安全であることを説明する。盗聴者は、チャーリー303の符号ビットを取得しようとする。すなわち、盗聴者は、チャーリー303の光子検出の結果を取得しようとする。そのためには、ボブ302からチャーリー303に送出される信号状態を取得することが出来ればよい。そこで、盗聴者は、ボブ302からチャーリー303への伝送路上において盗聴を試みると仮定する。
Next, it will be described that the above-described quantum secret sharing system is safe against wiretapping. An eavesdropper tries to acquire the sign bit of
ひとつの盗聴方法は、信号の一部を分岐させて検出する方法が考えられる。この場合、送出されている光パルスは、平均光子数が1光子/パルス未満の信号であるので、光子検出をされるのは、数パルスに1回である。どの光パルスで光子検出をされるのかは、全く確率的である。平均光子数が適切に設定されていれば、盗聴者がチャーリー303と同一の光パルスから光子検出をする確率は、十分小さい。従って、盗聴者は、秘密鍵のわずかな部分しか知り得ないことになる。
One eavesdropping method may be a method in which a part of a signal is branched and detected. In this case, since the transmitted light pulse is a signal having an average number of photons of less than one photon / pulse, the photon is detected once every few pulses. It is quite probabilistic which light pulse is used for photon detection. If the average number of photons is set appropriately, the probability that an eavesdropper will detect photons from the same light pulse as
他の盗聴方法を、図4を参照して説明する。 Another wiretapping method will be described with reference to FIG.
図4は、本発明の一実施形態にかかる量子秘密共有システムに対する盗聴方法を示す構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an eavesdropping method for the quantum secret sharing system according to the embodiment of the present invention.
ボブから送出されている信号401を受信し、受信した信号401により、ダミー信号411を生成してチャーリー412に送出する盗聴者402と、盗聴者402と接続され、盗聴者402から送出されたダミー信号411を受信するチャーリー412とを備えている。
An
盗聴者402は、受信した信号401を2経路に分岐するビームスプリッタ403と、ビームスプリッタ403の出力と接続され、再び合波するビームスプリッタ404と、ビームスプリッタ404と接続され、ビームスプリッタ404からの出力を検出する光子検出器T405及び光子検出器S406と、ダミー信号の光パルス列を発生する光子源407と、光子源407の出力と接続され、発生したダミー信号の光パルス列を2経路に分岐するビームスプリッタ408と、光子検出器T405と光子検出器S406とビームスプリッタ408との出力と接続され、位相変調を印加する位相変調器409と、ビームスプリッタ408と位相変調器409との出力と接続され、再び合波するビームスプリッタ410とを備えている。
An
他の盗聴方法としては、盗聴者402がボブからの信号401を全て受信し、及び受信した結果に基づいて、ダミー信号411をチャーリー412に送出する方法が考えられる。ところが、送出されている信号401は、平均光子数が1光子/パルス未満の信号であるので、全ての信号が受信された場合であっても、光子検出をされるのは、数スロットに1回である。盗聴者402は、光子検出をした光パルスについての信号状態のみを取得することが出来る。具体的には、盗聴者402は、ビームスプリッタ403と、ビームスプリッタ404と、光子検出器T405と、光子検出器S406とを用いて、特定の2光パルス間の位相差のみを取得することが出来る。
As another wiretapping method, a method in which the
次に、盗聴者402は、自体の光子検出と同一の光子検出の結果がチャーリー412において再現されるように、ダミー信号411を送出する。そのためには、光子源407と、ビームスプリッタ408と、位相変調器409と、ビームスプリッタ410とを用いて、光子検出したのと同一の位相状態の2光パルスを送出する。光子検出をしなかった光パルスについては、情報が無いので、何も送出しない。すなわち、盗聴者402から、チャーリー412へは、孤立した2光パルスがダミー信号411として送出される。
Next, the
このようなダミー信号411としての信号光が、チャーリー412の分岐合波回路(すなわち、ビームスプリッタ413及びビームスプリッタ414)を通過すると、チャーリー412において、次の3つの時間位置で光子を検出し得る。
(i)短経路を通った第1光パルスから光子検出をされる場合
(ii)長経路を通った第1光パルスまたは短経路を通った第2光パルスから光子検出をされる場合
(iii)長経路を通った第2光パルスから光子検出をされる場合
真ん中の時間位置で光子検出をされる場合である(ii)は、2光パルス列417の光パルスが互いに干渉し合うので、盗聴者と同じ側の検出器で、光子検出をされる。この場合には、盗聴が成功する。しかし、一方、両側の時間位置で光子検出をされる場合である(i)及び(iii)では、2光パルス列417の光パルスが互いに干渉する相手がいないので、どちら側で検出されるかは、全くランダムである。従って、この場合、正規の手順により、チャーリー412において、秘密鍵を生成し、アリス及びボブがお互いの変調位相を持ち寄って、チャーリー412が生成した秘密鍵を解こうとしても、上手くいかないことが生じる。
When such signal light as the dummy signal 411 passes through the branching and multiplexing circuit of the Charlie 412 (that is, the
(I) When photon is detected from the first light pulse that has passed through the short path
(Ii) When photons are detected from the first light pulse passing through the long path or the second light pulse passing through the short path
(Iii) When photon detection is performed from the second optical pulse passing through the long path In the case where photon detection is performed at the middle time position, (ii) is because the optical pulses of the two optical pulse trains 417 interfere with each other. The photon is detected by a detector on the same side as the eavesdropper. In this case, eavesdropping is successful. However, on the other hand, in (i) and (iii) where photons are detected at the time positions on both sides, there is no other party with which the optical pulses of the two optical pulse trains 417 interfere with each other. , Totally random. Therefore, in this case, even if
そこで、いくつかのテストビットについて、アリスと、ボブと、チャーリーとにおいて答え合わせをして、不一致があれば、どこかで盗聴行為があったとして識別される。よって、この盗聴方法も、成功しない。 Therefore, for some test bits, Alice, Bob, and Charlie answer each other, and if there is a mismatch, it is identified that there was an eavesdropping action somewhere. Therefore, this wiretapping method is also not successful.
次に、量子秘密共有システムは、アリスまたはボブにおいて、単体では秘密鍵を取得することが出来ないようにするシステムであるので、第三者に秘密鍵が漏洩しないだけではなく、悪意のある不正なアリスまたはボブにおいて、単体では秘密鍵を取得することが出来ないことが必要である。このことを、図5または図6を参照して説明する。 Next, since the quantum secret sharing system is a system that prevents Alice or Bob from acquiring a secret key alone, not only does the secret key not leak to a third party, but also malicious fraud Neither Alice or Bob needs to be able to acquire a secret key alone. This will be described with reference to FIG. 5 or FIG.
図5は、本発明の一実施形態にかかる量子秘密共有システムに対する悪意のある不正なボブにおける盗聴方法を示す構成図である。 FIG. 5 is a block diagram showing a malicious eavesdropping method for Bob for a quantum secret sharing system according to an embodiment of the present invention.
信号を送出するアリス501と、アリス501の出力と接続され、アリス501から送出された信号を受信し、受信した信号とは別の信号を送出するボブ502と、ボブ502の出力と接続され、ボブ502から送出された別の信号を受信するチャーリー507とを備えている。
ボブ502は、光パルス列を発生するコヒーレントパルス光源504と、コヒーレントパルス光源504の出力と接続され、位相変調を印加する位相変調器505と、位相変調器505の出力と接続され、1パルスあたりの平均光子数を減衰させる光減衰器506とを備えている。さらに、ボブ502は、アリス501から送出された信号をせき止めるストッパー503を備えている。
まず、悪意のある不正なボブ502については、図5の盗聴方法が考えられる。ボブ502において、アリス501からの信号をストッパー503によりせき止める。代わりとして、ボブ502において、位相変調器505により、0またはπで位相変調し、さらに、光減衰器506により、平均光子数が、1光子/パルス未満の光パルス列をチャーリー507に送信する。この構成により、ボブ502において、チャーリー507が生成する秘密鍵を完全に取得することが出来る。
First, for the malicious and
そして、アリス501と、ボブ502と、チャーリー507とにおいて、テストビットの答え合わせをする場合には、ボブ502において変調位相を明らかにするよりも前に、アリス501において変調位相を明らかにさせる。ボブ502において、チャーリー507の符号ビットとアリス501の変調位相とが整合するように(実際の変調位相とは関係なく)、ボブ502自体の変調位相を通知する。
When
すると、ボブ502においてチャーリー507の秘密鍵を取得しつつ、システム全体が正常に動作しているように見せかけることが出来る。しかしながら、この盗聴方法は、ボブ502において、先に変調位相の通知をするようにさせれば、テストビットの答え合わせをする場合に、不整合が起こり、チャーリー507において、この不整合を識別することが出来る。
Then, while
図6は、本発明の一実施形態にかかる量子秘密共有システムに対する悪意のある不正なアリスにおける盗聴方法を示す構成図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a method of eavesdropping in malicious and unauthorized Alice for the quantum secret sharing system according to an embodiment of the present invention.
信号を送出するアリス1 601と、アリス1 601の出力と接続され、アリス1 601から送出された信号を受信し、受信した信号をさらに位相変調した信号を送出するボブ602と、ボブ602の出力と接続され、ボブ602から送出された信号を受信するアリス2 604と、アリス1 601の出力と接続され、アリス1 601から送出された信号を受信するチャーリー609とを備えている。
アリス2 604は、受信した信号を2経路に分岐するビームスプリッタ605と、ビームスプリッタ605の出力と接続され、再び合波するビームスプリッタ606と、ビームスプリッタ606の出力と接続され、ビームスプリッタ606からの出力を検出する光子検出器a607及び光子検出器b608とを備えている。
悪意のある不正なアリス1 601及びアリス2 604については、図6の盗聴方法が考えられる。アリス1 601において、ボブ602を迂回して、0またはπで位相変調した平均光子数が1光子/パルス未満の光パルス列をチャーリーに送信する。これにより、アリス1 601において、チャーリー609が生成する秘密鍵を完全に取得することが出来る。
The
同時にアリス1 601において、平均光子数が1光子/パルス以上の光パルス列(位相変調している必要はない)をボブ602に送出し、ボブの直後で、アリス2 604において、チャーリー609と同一の受信器(すなわち、ビームスプリッタ605と、ビームスプリッタ606と、光子検出器a607と、光子検出器b608と)により、これを検出する。この場合、平均光子数が1光子/パルス以上であるので、全ての時間スロットで光子検出をすることが出来て、従って、アリス2 604において、ボブ602の位相変調を全て取得することが出来る。これにより、テストビットの答え合わせの場合の不整合を回避することが出来る。
At the same time, in
しかしながら、ボブ602において、平均光子数を監視する光子検出器B309(図3)を備えており、平均光子数が1光子/パルス以上の光パルス列が受信されると、システムに不具合があることを識別することが出来る。ここで、光子検出器B309(図3)により、平均光子数が1光子/パルス未満ではない場合には、盗聴行為もしくはシステム誤動作があるとして、秘密鍵の生成を中止する、または生成した秘密鍵を破棄することが出来る。従って、この盗聴方法は、成功しない。
However,
代替の悪意のある不正なアリス1 601及びアリス2 604としては、図6の構成において、1光子/パルス未満の光パルス列を送信する盗聴方法が考えられる。この場合、ボブ602の直後で、アリス2 604において、信号を検出しても、全ての時間スロットで光子検出をすることは出来ない。すなわち、チャーリー609により光子検出をする時刻の時間スロットの全てに対応する、ボブ602の変調位相を取得することは出来ない。
As an alternative malicious
そこで、アリス1 601と、ボブ602と、チャーリー609とにおいて、テストビットの答え合わせをする場合には、アリス1 601において変調位相を明らかにするよりも前に、ボブ602において変調位相を明らかにさせる。アリス1 601において、チャーリー609の符号ビットとボブ602の変調位相とが整合するように(実際の変調位相とは関係なく)、アリス1 601自体の変調位相を通知する。
Therefore, when
すると、アリス1 601においてチャーリー609の秘密鍵を取得しつつ、システム全体が正常に動作しているように見せかけることが出来る。しかしながら、この盗聴方法は、アリス1 601において、先に変調位相の通知をするようにさせれば、テストビットの答え合わせをする場合に、不整合が起こり、チャーリー609において、この不整合を識別することが出来る。
Then,
上の例において、悪意のある不正なボブの動作を防止するためには、先にボブにおいて変調位相を通知させるとした。一方、悪意のある不正なアリスの動作を防止するためには、先にアリスにおいて変調位相を通知させるとした。両方をともに満足させるためには、アリス及びボブにおいて、同時に変調位相を通知させるか、またはビット毎に交互に先に通知させるようにすればよい。 In the above example, in order to prevent malicious and unauthorized Bob operation, Bob is first notified of the modulation phase. On the other hand, in order to prevent malicious Alice's operation, Alice is notified of the modulation phase first. In order to satisfy both, Alice and Bob may be notified of the modulation phase at the same time, or alternatively may be notified first every bit.
上述したように、本発明の実施形態は、外部の盗聴者及び悪意のある参加者に対して、安全な秘密共有機能を提供するシステムとなっている。 As described above, the embodiment of the present invention is a system that provides a secure secret sharing function to external eavesdroppers and malicious participants.
なお、上の例では、アリス及びボブにおいて、チャーリーの秘密鍵を共有するとした。しかし、これに限るものではなく、チャーリーの秘密鍵の共有者数をさらに増やすことも可能である。すなわち、図7に示すように、アリス701からチャーリー705へと送信される光パルス列を、ボブ1 702と、ボブ2 703と、ボブN 704とが光ファイバ伝送路上において、0またはπで位相変調する構成である。この構成においても、ボブ1 702〜ボブN 704のN個の中継装置であるボブで変調される位相は、0かπかのいずれかであるので、表5により動作を表現することができる。従って、上述した中継装置であるボブが1つである場合と同様に、アリスと複数のボブとの間で、チャーリーの秘密鍵を共有することが出来る。
In the above example, Alice and Bob share Charlie's secret key. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to further increase the number of Charlie secret key sharers. That is, as shown in FIG. 7, the optical pulse train transmitted from
本実施形態によれば、時間的に隣接する光パルス間の位相差を利用した量子秘密共有の実現により、光ファイバ伝送路の複屈折性または屈折率揺らぎがある場合でも、隣接する光パルスは同一の屈折率を有するので、光パルス間の位相差を一定に保つことが出来て、光ファイバ伝送路の複屈折性または屈折率揺らぎに影響されずに動作する、量子秘密共有システム及び量子秘密鍵生成方法の提供が可能となる。 According to this embodiment, due to the realization of quantum secret sharing using the phase difference between temporally adjacent optical pulses, even if there is birefringence or refractive index fluctuation of the optical fiber transmission line, the adjacent optical pulse is Quantum secret sharing system and quantum secret that have the same refractive index, can maintain a constant phase difference between optical pulses, and operate without being affected by birefringence or refractive index fluctuation of the optical fiber transmission line It is possible to provide a key generation method.
また、本実施形態によれば、検出された光子の全てを鍵ビットの生成に寄与させることも出来て、秘密鍵の生成効率が高い、量子秘密共有システム及び量子秘密鍵生成方法の提供も可能となる。 In addition, according to the present embodiment, it is possible to provide a quantum secret sharing system and a quantum secret key generation method that can contribute all the detected photons to the generation of key bits and have high secret key generation efficiency. It becomes.
将来いかなる技術革新が起ころうとも絶対に安全であると言える量子秘密鍵によって、光ファイバ伝送路を用いた通信網において秘匿通信が可能となる。 With a quantum secret key that can be said to be absolutely safe no matter what technological innovations will occur in the future, secret communication is possible in a communication network using an optical fiber transmission line.
108 偏波ビームスプリッタ
306 光減衰器
307、310、311 ビームスプリッタ
314 光パルス列
315 2光パルス列
401 信号
403、404、408、410、413、414 ビームスプリッタ
411 ダミー信号
417 2光パルス列
503 ストッパー
506 光減衰器
605、606 ビームスプリッタ
108
Claims (4)
一定間隔の光パルス列を発生する手段と、
前記光パルス列を発生する手段から発せられた光パルス列について、各パルスの位相を0またはπで変調して前記中継装置のうちのひとつに送信する手段と
を備える前記送信装置と、
前記送信装置から送信された光信号の光パルス列を、各パルスの位相が0またはπで変調して、前記他の中継装置または前記受信装置へ送信する手段
を備える前記中継装置と、
前記光信号を最後に中継する中継装置から送信される光信号の光パルス列を、2分岐する手段と、
前記2分岐された光パルス列の一方に前記光パルス列のパルス間隔に等しい時間遅延を付加する手段と、
前記2分岐された光パルス列の他方と前記時間遅延を付加された光パルス列とを、2×2の入出力端子を有する光カップラにより合波する手段と、
前記合波された光パルス列の光パルスを検出する手段と
を備える前記受信装置と
を備えたことを特徴とする量子秘密共有システム。 In a plurality of devices connected by a transmission line, an optical signal transmission device, at least one relay device that relays the optical signal from the transmission device, and an optical signal from the relay device that relays the optical signal lastly A quantum secret sharing system comprising a receiving device for receiving,
Means for generating optical pulse trains at regular intervals;
Means for modulating the phase of each pulse with 0 or π and transmitting to one of the repeaters for the optical pulse train emitted from the means for generating the optical pulse train; and
The relay apparatus comprising: means for modulating the optical pulse train of the optical signal transmitted from the transmission apparatus with the phase of each pulse being 0 or π and transmitting the modulated signal to the other relay apparatus or the reception apparatus;
Means for bifurcating an optical pulse train of an optical signal transmitted from a repeater that relays the optical signal last,
Means for adding a time delay equal to the pulse interval of the optical pulse train to one of the two branched optical pulse trains ;
Means for multiplexing the other of the two branched optical pulse trains and the optical pulse train added with the time delay by an optical coupler having 2 × 2 input / output terminals;
A quantum secret sharing system comprising: the receiving device comprising: means for detecting an optical pulse of the combined optical pulse train.
前記送信装置により、各パルスの位相を0またはπで変調した光パルス列の光信号を前記中継装置のうちのひとつに送信するステップと、
前記中継装置により、前記送信装置から送信された光信号の光パルス列についての各パルスの位相を0またはπで変調した光パルス列の光信号を、前記他の中継装置または前記受信装置へ送信するステップと、
前記受信装置により、前記受信した光信号の光子検出の時刻を、他の装置に送信するステップと、
前記送信装置により、
前記光子検出の時刻に対応する光パルスに対して変調された変調位相を識別するステップと、
テストビットについての変調位相を、他の装置に送信するステップと、
前記テストビットについての変調位相及び符号ビットと、前記基準符号ビットとを整合して、整合する場合には、前記テストビットについての変調位相を部分鍵情報として保持するステップと、
前記中継装置により、
前記光子検出の時刻に対応する光パルスに対して変調された変調位相を識別するステップと、
前記テストビットについての変調位相を、他の装置に送信するステップと、
前記テストビットについての変調位相及び符号ビットと、前記基準符号ビットとを整合して、整合する場合には、前記テストビットについての変調位相を部分鍵情報として保持するステップと、
前記受信装置により、
前記テストビットについての符号ビットを、他の装置に送信するステップと、
前記テストビットについての変調位相及び符号ビットと、前記基準符号ビットとを整合して、整合する場合には、前記テストビットについての符号ビットを鍵情報として保持するステップと
を備えたことを特徴とする量子秘密鍵生成方法。 In a plurality of devices connected by a transmission line and having a common reference code bit, an optical signal transmission device, at least one relay device that relays an optical signal from the transmission device, and the optical signal last relayed to means for 2 branches the optical pulse train of the optical signal received from the relay device, the two branched one means for adding a time delay equal to the pulse interval of the optical pulse train in the optical pulse train, the two branched optical Means for multiplexing the other of the pulse trains and the optical pulse train to which the time delay has been added by an optical coupler having 2 × 2 input / output terminals, and means for detecting the optical pulse of the combined optical pulse train. A quantum secret key generation method in a quantum secret sharing system configured with a receiving device comprising:
A step of transmitting an optical signal of an optical pulse train obtained by modulating the phase of each pulse by 0 or π to one of the relay devices by the transmitting device;
Transmitting the optical signal of the optical pulse train obtained by modulating the phase of each pulse of the optical pulse train of the optical signal transmitted from the transmission device by 0 or π to the other relay device or the receiving device. When,
Transmitting the photon detection time of the received optical signal to another device by the receiving device;
By the transmission device,
Identifying the modulation phase modulated for the optical pulse corresponding to the time of the photon detection;
Transmitting the modulation phase for the test bit to another device;
Matching the modulation phase and code bit for the test bit with the reference code bit, and if matching, holding the modulation phase for the test bit as partial key information;
By the relay device,
Identifying the modulation phase modulated for the optical pulse corresponding to the time of the photon detection;
Transmitting the modulation phase for the test bit to another device;
Matching the modulation phase and code bit for the test bit with the reference code bit, and if matching, holding the modulation phase for the test bit as partial key information;
By the receiving device,
Transmitting a sign bit for the test bit to another device;
The modulation phase and the sign bit for the test bit are matched with the reference code bit, and when matched, the code bit for the test bit is stored as key information. Quantum secret key generation method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005321052A JP4621116B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Quantum secret sharing system and quantum secret key generation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005321052A JP4621116B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Quantum secret sharing system and quantum secret key generation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007129562A JP2007129562A (en) | 2007-05-24 |
JP4621116B2 true JP4621116B2 (en) | 2011-01-26 |
Family
ID=38151848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005321052A Expired - Fee Related JP4621116B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Quantum secret sharing system and quantum secret key generation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4621116B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103824487A (en) * | 2014-02-27 | 2014-05-28 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | Wiretap demonstration device and method based on quantum key communication |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5631743B2 (en) * | 2008-01-25 | 2014-11-26 | キネテイツク・リミテツド | Quantum cryptography equipment |
GB0809045D0 (en) * | 2008-05-19 | 2008-06-25 | Qinetiq Ltd | Quantum key distribution involving moveable key device |
GB0822356D0 (en) | 2008-12-08 | 2009-01-14 | Qinetiq Ltd | Non-linear optical device |
GB201020424D0 (en) | 2010-12-02 | 2011-01-19 | Qinetiq Ltd | Quantum key distribution |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09502323A (en) * | 1993-09-09 | 1997-03-04 | ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | Key distribution method using quantum cryptography |
JPH09502321A (en) * | 1993-09-09 | 1997-03-04 | ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | Key distribution system and method using quantum cryptography |
JPH09502320A (en) * | 1993-09-09 | 1997-03-04 | ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | Key distribution in multiple access networks using quantum cryptography |
-
2005
- 2005-11-04 JP JP2005321052A patent/JP4621116B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09502323A (en) * | 1993-09-09 | 1997-03-04 | ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | Key distribution method using quantum cryptography |
JPH09502321A (en) * | 1993-09-09 | 1997-03-04 | ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | Key distribution system and method using quantum cryptography |
JPH09502320A (en) * | 1993-09-09 | 1997-03-04 | ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー | Key distribution in multiple access networks using quantum cryptography |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103824487A (en) * | 2014-02-27 | 2014-05-28 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | Wiretap demonstration device and method based on quantum key communication |
CN103824487B (en) * | 2014-02-27 | 2016-01-13 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | Based on eavesdropping apparatus for demonstrating and the method thereof of quantum key communication |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007129562A (en) | 2007-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3399670B1 (en) | Apparatus and method for decoy-state three-state quantum key distribution | |
Gisin et al. | Trojan-horse attacks on quantum-key-distribution systems | |
JP4800674B2 (en) | Communication method and communication system | |
US8171354B2 (en) | Communication system and method for controlling the same | |
EP3718248A1 (en) | Quantum security systems | |
US20070076884A1 (en) | Quantum key distribution system | |
JP2007251678A (en) | Quantum encryption communication apparatus and average photon number setting method in communication terminal | |
WO2016172375A1 (en) | Methods for quantum key distribution and related devices | |
JP4777069B2 (en) | Quantum cryptographic communication system and method, polarization / phase modulation converter, and phase / polarization modulation converter | |
JP4358206B2 (en) | Quantum cryptographic communication device and quantum cryptographic communication method | |
JP4621116B2 (en) | Quantum secret sharing system and quantum secret key generation method | |
US8428259B2 (en) | Apparatus and method for all-optical encryption and decryption of an optical signal | |
WO2022123594A1 (en) | System and method for plug-and-play differential phase encoded measurement-device-independent quantum key distribution | |
JP4962700B2 (en) | Quantum cryptographic communication device | |
JP4746588B2 (en) | Quantum cryptographic communication device and quantum cryptographic communication method | |
JP4421975B2 (en) | Photodetector and quantum cryptography communication system | |
JP2008294934A (en) | Quantum cryptographic communication system and eavesdropping detection method | |
JP2005268958A (en) | Quantum cipher communication device | |
JP4026701B2 (en) | Quantum cryptography transmission device and quantum cryptography transmission method | |
JP4728288B2 (en) | Quantum cryptography receiver, quantum cryptography system, and quantum cryptography transmission / reception method | |
JP2007266738A (en) | Quantum cryptographic communication apparatus and communication terminal | |
JP2005286485A (en) | Quantum encryption communication method and quantum encryption communication apparatus | |
JP4755231B2 (en) | Quantum key distribution system | |
JP4421977B2 (en) | Quantum cryptographic communication device | |
JP4417360B2 (en) | Quantum communication system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080124 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20100512 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20100512 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100730 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20100903 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100928 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101022 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101029 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131105 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |